Родій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Картка

Родій (Rh) — хімічний елемент з атомним номером 45, а також його проста речовина — сріблястий блискучий метал, що належить до платинових металів.

Це рідкісний і розсіяний елемент. У природі є один стабільний ізотоп 103Rh. Родій хімічно пасивний. Густина 12410 кг/м3; tплав 1963 °С; tкип 3700 °С.

Історія

Відкритий Вільямом Волластоном 1804 року під час вивчення самородної південноамериканської платини. Розчинивши платину в царській воді, Волластон помітив, що вона набула рожевого кольору. Цей колір зберігся після осадження платини і паладію. Виділивши з розчину темно-червоний порошок, він пропік його у водневій атмосфері, отримавши важкий сріблястий метал[1].

Назва походить від грецького грец. ροδον — рожевий, оскільки багато його сполук мають рожевий колір.

Властивості

Родій — важкий перехідний метал, платиноїд. У порошкоподібному вигляді має темний колір (родієва чернь), а при сплавлянні — сріблястий блиск. Густина родію — 12,41 г/см³, температура плавлення — 2233 К, кипіння — 3973 К. Головною особливістю родію є його висока стійкість до хімічного і механічного впливу, що, втім, сильно залежить від його чистоти.

Модуль пружності родію за нормальних умов становить 38,64 МПа, модуль зсуву — 4,2 МПа, твердість за Брінеллем — 989,8 МПаШаблон:Sfn. Має дуже малу леткість — навіть знаходячись у вакуумі за високої температури.

Енергії іонізації: 7,46, 18,07 і 31,05 еВШаблон:Sfn.

Питомий опір — 4,33×10−8 Ом·м, температурний коефіцієнт електричного опору — 0,00457 К−1. Магнітна проникність — 0,9903×10−6гауссових одиницях), тобто родій є парамагнетикомШаблон:Sfn.

На відміну від багатьох інших металів, родій не має різних алотропічних форм — єдина ґратка, яку він утворює, це кубічна гранецентрована з періодом 0,3803 нм[2].

У видимому спектрі відбивна здатність родія складає 80 % і зростає при збільшенні довжини хвилі, досягаючи 95 % для мікрохвильового випромінення[3].

Як і інші метали цієї групи він вкрай малоактивний. У вигляді губки або зливка не окислюється на повітрі. З киснем починає взаємодіяти лише за температури вище 1100 °C. С хлором взаємодіє за 250 °C, з бромом — за більш високих температур. З фтором майже не взаємодіє навіть за температури червоного калінняШаблон:Sfn. Майже не взаємодіє з кислотами — як розведеними так і концентрованими. Не розчиняється у царській воді[4].

У сполуках зазвичай має ступінь окиснення +3, рідше +1, +2, +4 або +6Шаблон:Sfn.

У виді порошку поглинає водень (у тисячі разів більше за власний об'єм)Шаблон:Sfn.

Ізотопи

Існує один природній ізотоп родію, Rh103. Крім нього штучно були отримані 58 нестабільних ізотопів з масовими числами від 89 до 126. 21 цих ізотопів — метастабільні. Найбільш довгоживучими з них є Rh102(метастабільний ізотоп з цим масовим числом живе 3,7 років, а звичайний — 207 днів) і Rh101 (період напіврозпаду — 3,3 роки)[5].

Розповсюдження

Середній вміст Родію у земній корі 10−7 % за масою. Вміст Родію підвищений в ультраосновних вивержених породах. Власних мінералів Родій не має. Міститься у вигляді ізоморфної домішки в мінералах самородної платини і групи осмистого іридію (до 3,3 %), а також в мідно-нікелевих рудах. Рідкісний різновид осмистого іридію — родієвий нев'янськіт — найбагатший на Родій мінерал (до 11,3 % Родію).

Видобуток

Найбільшим постачальником родію є Південно-Африканська Республіка, що видобуває майже 80 % усього родію в світі. Також в трійку лідерів за видобутком входять Росія і Зімбабве[6].

Родій є одним з продуктів розпаду урану, тому в значних кількостях утворюється в ядерних реакторах. За деякими оцінками, очищення відпрацьованого ядерного палива могло б майже повністю задовільнити світову потребу в родії[7].

Отримання

Отримання родію, як й інших платинових металів, — дуже трудомісткий процес. Труднощі полягають у доволі слабких реакційній здатності платинових елементів, які дуже важко розділити. Родій добувають із анодних відходів під час виробництва міді й нікелю. Їх (відходи) обробляють царською водою, при цьому Au, Pt, Pd переходять у розчин, а Os, Ir, Rh, Ag залишаються в осаді. Хлорид срібла нагрівають із карбонатом олова й азотною кислотою і переводять у розчинний нітрат срібла. Решту сплавляють із гідрогенсульфатом натрію й переводять родій у водорозчинний Rh2(SO4)3. Осаджують його лугом у Rh(OH)3, потім дією соляної кислоти переводять у H3[RhCl6] і знову осаджують дією нітриту натрію з хлоридом амонію у (NH4)3[Rh(NO2)6] і переводять у (NH4)3[RhCl6] — комплекс, який відновлюють воднем до металу.

<math>\mathrm{2\ {(NH_4)}_{3}{[RhCl_6] + 3 \ H_2} \longrightarrow} </math> <math>\mathrm{ 2\ Rh + 6\ NH_4^+ + 6\ Cl^-+ 6\ HCl}</math>

Застосування

У 2018 році світове споживання родію склало 21,5 тонну[8]. Ціна родію у тому ж році становила від двох до трьох тисяч доларів за кілограм[9].

Каталізатори

Родій і його сплави є каталізаторами у багатьох реакціях. Найбільш масово він використовується для виробництва каталітичних нейтралізаторів, що перетворюють чадний газ і оксиди азоту на воду, азот, кисень і вуглекислий газ — на ці потреби йде близько 80 % усього світового видобутку родію[10]. Серед інших реакцій, що каталізуються родієм, можна виділити карбонілювання бутадієнуШаблон:Sfn, гідрування алкенів (за допомогою каталізатора Вілкінсона), отримання азотної кислоти з аміаку і киснюШаблон:Sfn, утворення оцтової кислоти з метанолу (Шаблон:Не перекладено).

У деяких каталізаторах використовуються сплави родію з платиною і паладієм[11].

Платинові каталізатори, що використовуються для прискорення таких реакцій як Шаблон:Не перекладено, що проходять за великих температур, виготовляють з додаванням родію для більшої стійкості[12].

Виробництво скла

Родієво-платинові сплави погано змочуються розплавленим склом, тому з них виготовляють обладнання для високотехнологічного склярства, наприклад, фільєри для виготовлення скловолокна або плоскопанельних дисплеїв[13].

Ювелірна справа

Золоте кільце з діамантом і родійоване кільце з білого золота Родій у кілька разів дорожчий за золото, і складний в обробці, тому безпосередньо з нього ювелірних прикрас не виготовляють, проте його використовують для гальванічного покриття виробів зі срібла і золота для збільшення їх довговічності. Цей процес називають родіюванням. На родії менш помітні подряпини, і його блиск не тьмяніє з часом. Вироби з білого золота (сплаву золота з нікелем або паладієм) частіше родіюють, щоб приховати жовтий відтінок. Родієве покриття стирається за 5-10 років[14]. Товщина шару родію що наноситься становить від 0,1 до 1 мікрона в залежності від зношуваності виробу (менше для сережок, більше для перстнів)[15].

Окрім захисних властивостей, родій також оберігає від прояву алергічних реакцій на домішки у золоті та сріблі, оскільки відноситься до гіпоалергенних металів. Для цього прикрасу покривають родієм локально (аби певна частина тіла уникала контакту з прикрасою) або цілком[16].

Вимірювальні прилади

Термопари з родію і платини можуть використовуватися для вимірювання температури до 1750 °C, а з родію й іридію — до 2000°CШаблон:Sfn. Залізо-родієвий сплав використовують у термометрах опору, що вимірюють низькі температури (до 1,4 К)[17][18].

Родієве покриття використовують у приладах, що вимірюють механічні властивості рідин, які спричиняють корозію (наприклад, кислот)Шаблон:Sfn.

Родій використовується як робоче тіло в автономних детекторах теплових нейтронів, що використовуються у ядерних реакторах[19].

Інше

Додавання родію в платину значно покращує її механічні властивості: збільшує міцність, стійкість до корозії і окиснення при високих температурах, температуру плавлення. Такі сплави використовуються для виготовлення лабораторного обладнання, особливо такого, що працює за високих температур, або такого, що нагрівається струмом (через більш високий питомий опір)[12].

Десятивідсотковий сплав родію з платиною використовується для виготовлення свічок розжарювання у турбінах літаків, оскільки такі свічки працюють в умовах одночасного високого термічного, механічного і хімічного навантаження[12].

Родій використовується для покриття електроконтактів через його стійкість до електрокорозії, відсутність перехідного опору, механічну міцність (важливо для ковзних контактів)[20].

Родій використовується як покриття для стоматологічних дзеркал[21], а також дзеркал для потреб лазерних технологій[22]. Такі дзеркала не тьмяніють з часом, і їхні властивості мало залежать від температуриШаблон:Sfn.

Хлорид родію має антивірусну дію, а деякі його сполуки мають антиканцерогенні властивості[11].

Біологічна роль і вплив на здоров'я

Кількість родію, з якою людина контактує протягом життя вкрай мала (концентрація родію у крові людини — менше 0,4 нанограм/л[23]), тому його впливу на здоров'я наразі не виявлено, хоча очікується, що у значних концентраціях він може мати негативний вплив на здоров'я. Родій є токсичним для деяких видів бактерій[24]. Тварини, які отримували ін'єкцію трихлориду родію ставали в'ялими, і іноді впадали в летаргію. Розчин солей родію при потраплянні в очі викликає легке подразнення[25]. Деякі сполуки родію селективно зв'язуються з окремими лініями ракових клітин, що може бути використане для терапії відповідних форм раку[26].

Примітки

  1. The Element RhodiumОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  2. The metal rhodium does not have allotropesОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  3. NOTE ON THE SPECTRAL REFLECTIVITY OF RHODIUMОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  4. RhodiumОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  5. Isotopes of the Element RhodiumОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  6. 8 Countries that Produce the Most Rhodium in the WorldОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  7. Supply of Rhodium in Used Nuclear Fuel To Exceed World Supply From Ores by 2030.Обнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  8. Rhodium supply worldwide from 2010 to 2018Обнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  9. Rhodium Prices and Rhodium Price ChartsОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  10. Determining Platinum, Palladium and Rhodium in Automotive Catalytic Converters Using ICP AnalysisОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  11. а б Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, and PlatinumОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  12. а б в Rhodium-Platinum AlloysОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  13. Platinum in the Glass IndustryОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  14. Родирование золота и серебра: плюсы и минусы. Цена родирования ювелирных изделийОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  15. 12 Things You Need to Know About Rhodium PlatingОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  16. Причини родіювання ювелірних прикрас та покроковий процес нанесення шару родія
  17. Stability characteristics of rhodium-iron alloy resistance thermometersОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  18. Rhodium-Iron RTDs Шаблон:WebarchiveОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  19. CHARACTERISTICS OF SELF-POWERED NEUTRON DETECTORSUSED IN POWER REACTORSОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  20. The Platinum Group Metals as Coating MaterialsОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  21. Rhodium mirrorОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  22. RHODIUM AS THE PROMISING MATERIAL FOR THE FIRST MIRRORS OF LASER AND SPECTROSCOPY METHODS OF PLASMA DIAGNOSTICS IN A FUSION REACTORОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  23. Platinum, palladium, rhodium, molybdenum and strontium in blood of urban women in nine countriesОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  24. RhodiumОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  25. RHODIUMОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  26. Cell-Selective Biological Activity of Rhodium Metalloinsertors Correlates with Subcellular LocalizationОбнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info

Література

* Категорія:Хімічні елементи Категорія:Благородні метали Категорія:Період 5 періодичної системи елементів