Родій
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
ред.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[2].
Назва походить від грецького грец. ροδον — рожевий, оскільки багато його сполук мають рожевий колір.
Властивості
ред.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 МПа[3]. Має дуже малу леткість — навіть знаходячись у вакуумі за високої температури.
Енергії іонізації: 7,46, 18,07 і 31,05 еВ[3].
Питомий опір — 4,33×10−8 Ом·м, температурний коефіцієнт електричного опору — 0,00457 К−1. Магнітна проникність — 0,9903×10−6 (у гаусових одиницях), тобто родій є парамагнетиком[3].
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[4].
У видимому спектрі відбивна здатність родія складає 80 % і зростає при збільшенні довжини хвилі, досягаючи 95 % для мікрохвильового випромінення[5].
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 каління[6]. Майже не взаємодіє з кислотами — як розведеними так і концентрованими. Не розчиняється у царській воді[7].
У сполуках зазвичай має ступінь окиснення +3, рідше +1, +2, +4 або +6[3].
У виді порошку поглинає водень (у тисячі разів більше за власний об'єм)[6].
Ізотопи
ред.Існує один природний ізотоп родію, 103Rh. Крім нього штучно були отримані 58 нестабільних ізотопів з масовими числами від 89 до 126. 21 цих ізотопів — метастабільні. Найбільш довгоживучими з них є 102Rh(метастабільний ізотоп з цим масовим числом живе 3,7 років, а звичайний — 207 днів) і 101Rh (період напіврозпаду — 3,3 роки)[8].
Розповсюдження
ред.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
ред.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[9].
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 задовольнити світову потребу в родії[10].
Отримання
ред.Отримання родію, як й інших платинових металів, — дуже трудомісткий процес. Труднощі полягають у доволі слабкій 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 Ag, Au, Pt, Pd переходять у розчин, а Os, Ir, Rh залишаються в осаді (родій у вигляді хлориду). Осад 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.
![{\displaystyle \mathrm {2\ {(NH_{4})}_{3}{[RhCl_{6}]+3\ H_{2}}\longrightarrow } }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c6e9d6fecceb9096043e2cfc8462d519c2a33609)
Застосування
ред.У 2018 році світове споживання родію склало 21,5 тонну[11]. Ціна родію у тому ж році складала 1700-2700 доларів за унцію (тобто, 55-85 тисяч доларів за кілограм). Ціна на родій сильно коливається — в 2021 році вона становила 29500 доларів за унцію[12].
Каталізатори
ред.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[13]. Серед інших реакцій, що каталізуються родієм, можна виділити карбонілювання бутадієну[14], гідрування алкенів (за допомогою каталізатора Вілкінсона), отримання азотної кислоти з аміаку і кисню[15], утворення оцтової кислоти з метанолу (процес Монсанто[en]).
У деяких каталізаторах використовуються сплави родію з платиною і паладієм[16].
Платинові каталізатори, що використовуються для прискорення таких реакцій як процес Андруссова[en], що проходять за великих температур, виготовляють з додаванням родію для більшої стійкості[17].
Виробництво скла
ред.Платина і родієво-платинові сплави погано змочуються розплавленим склом[18], тому з них виготовляють обладнання для високотехнологічного склярства, наприклад, фільєри для виготовлення скловолокна або плоскопанельних дисплеїв. Родій у цих сплавах додає фільєрам міцності і запобігає їх повзучій деформації[19].
Ювелірна справа
ред.
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[20]. Товщина шару родію що наноситься становить від 0,1 до 1 мікрона в залежності від зношуваності виробу (менше для сережок, більше для перснів)[21].
Окрім захисних властивостей, родій також оберігає від прояву алергічних реакцій на домішки у золоті та сріблі, оскільки належить до гіпоалергенних металів. Для цього прикрасу покривають родієм локально (аби певна частина тіла уникала контакту з прикрасою) або цілком[22].
Вимірювальні прилади
ред.Термопари з родію і платини можуть використовуватися для вимірювання температури до 1750 °C, а з родію й іридію — до 2000°C[23]. Залізо-родієвий сплав використовують у термометрах опору, що вимірюють низькі температури (до 1,4 К)[24][25].
Родієве покриття використовують у приладах, що вимірюють механічні властивості рідин, які спричиняють корозію (наприклад, кислот)[26].
Родій використовується як робоче тіло в автономних детекторах теплових нейтронів, що використовуються у ядерних реакторах[27].
Інше
ред.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)[17].
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[17].
Родій використовується для покриття електроконтактів через його стійкість до електрокорозії, відсутність перехідного опору, механічну міцність (важливо для ковзних контактів)[28].
Родій використовується як покриття для стоматологічних дзеркал[29], а також дзеркал для потреб лазерних технологій[30]. Такі дзеркала не тьмяніють з часом, і їхні властивості мало залежать від температури[26].
Хлорид родію має антивірусну дію, а деякі його сполуки мають антиканцерогенні властивості[16].
Біологічна роль і вплив на здоров'я
ред.Кількість родію, з якою людина контактує протягом життя вкрай мала (концентрація родію у крові людини — менше 0,4 нанограм/л[31]), 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[32]. 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[33]. Деякі сполуки родію селективно зв'язуються з окремими лініями ракових клітин, що може бути використане для терапії відповідних форм раку[34].
Примітки
ред.- ↑ A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
- ↑ The Element Rhodium(англ.)
- ↑ а б в г Poole, 2004, с. 1145.
- ↑ The metal rhodium does not have allotropes(англ.)
- ↑ NOTE ON THE SPECTRAL REFLECTIVITY OF RHODIUM(англ.)
- ↑ а б Федоров, 1966, с. 15.
- ↑ Rhodium(англ.)
- ↑ Isotopes of the Element Rhodium(англ.)
- ↑ 8 Countries that Produce the Most Rhodium in the World(англ.)
- ↑ Supply of Rhodium in Used Nuclear Fuel To Exceed World Supply From Ores by 2030.(англ.)
- ↑ Rhodium supply worldwide from 2010 to 2018(англ.)
- ↑ Rhodium Prices and Rhodium Price Charts(англ.)
- ↑ Determining Platinum, Palladium and Rhodium in Automotive Catalytic Converters Using ICP Analysis(англ.)
- ↑ Потапов, Хомченко, 1982, с. 307.
- ↑ Гемпел, 1965, с. 504.
- ↑ а б Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, and Platinum(англ.)
- ↑ а б в Rhodium-Platinum Alloys(англ.)
- ↑ The Wetting of Platinum and Its Alloys by Glass(англ.)
- ↑ Platinum in the Glass Industry(англ.)
- ↑ Родирование золота и серебра: плюсы и минусы. Цена родирования ювелирных изделий(рос.)
- ↑ 12 Things You Need to Know About Rhodium Plating(англ.)
- ↑ Причини родіювання ювелірних прикрас та покроковий процес нанесення шару родія
- ↑ Nag, 2009, с. 30.
- ↑ Stability characteristics of rhodium-iron alloy resistance thermometers(англ.)
- ↑ Rhodium-Iron RTDs [Архівовано 6 березня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ а б Гемпел, 1965, с. 506.
- ↑ CHARACTERISTICS OF SELF-POWERED NEUTRON DETECTORSUSED IN POWER REACTORS(англ.)
- ↑ The Platinum Group Metals as Coating Materials(англ.)
- ↑ Rhodium mirror(англ.)
- ↑ RHODIUM AS THE PROMISING MATERIAL FOR THE FIRST MIRRORS OF LASER AND SPECTROSCOPY METHODS OF PLASMA DIAGNOSTICS IN A FUSION REACTOR(англ.)
- ↑ Platinum, palladium, rhodium, molybdenum and strontium in blood of urban women in nine countries(англ.)
- ↑ Rhodium(англ.)
- ↑ RHODIUM(англ.)
- ↑ Cell-Selective Biological Activity of Rhodium Metalloinsertors Correlates with Subcellular Localization(англ.)
Література
ред.- Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- Потапов В.М., Хомченко В.П. Химия: учебник. — М. : «Высшая школа», 1982. — 367 с.
- И.А. Федоров. Родий. — М. : «Наука», 1966. — 275 с.
- К.А. Гемпел. Справочник по редким металлам. — М. : «Мир», 1965. — 940 с. — ISBN 5-4582-8306-6.
- P.K. Nag. Basic Mechanical Engineering. — New Deli : Tata McGraw-Hill Education, 2009. — 224 с. — ISBN 9780070085633.
- Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.