Русская Википедия:Родий

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

  1. REDIRECT Rh

Шаблон:Не путать Шаблон:Химический элемент

Шаблон:Элемент периодической системы Ро́дий (химический символ — Rh; Шаблон:Lang-la) — химический элемент 9-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 45.

Простое вещество родий — это твёрдый переходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.

История

Открыт в Англии в 1803 году Уильямом Гайдом Волластоном в ходе работ с самородной платинойШаблон:Sfn. В 1804 году Уильям Волластон доложил Королевскому обществу, что в платиновой руде из Южной Америки он обнаружил новые ранее неизвестные металлы — палладий и родий[1]. Стремясь очистить выделенную из руды «сырую» платину от примесей золота и ртути, он растворял её в царской водке, а затем осаждал из раствора нашатырём. Оставшийся раствор имел розовый оттенок, что было невозможно объяснить присутствием известных тогда примесей. Добавление в этот раствор цинка привело к выпадению чёрного осадка, в состав которого вошли другие металлы, такие как медь, свинец, палладий и родий. Разбавленная азотная кислота растворила всё, кроме палладия и родия.

Волластон обнаружил, что если попытаться вновь растворить этот высушенный осадок царской водкой, то растворяется лишь часть его. После разбавления раствора водой Волластон добавил в него цианид калия, что привело к обильному выпадению осадка уже оранжевого цвета, который при нагревании сначала приобрёл серый цвет, а затем сплавился в капельку металла — палладия, который по удельному весу был легче ртути[1]. (См. также историю открытия палладия).

К оставшейся нерастворённой части Волластон добавлял хлорид натрия. После промывки этанолом розово-красный осадок прореагировал с цинком, который вытеснил родий из ионного соединения в виде свободного металла[2].

Волластон первым начал исследования свойств родия — определил его плотность и описал некоторые сплавы и соединения. Свои работы металлу также посвятили многие выдающиеся химики XIX века, среди которых были Берцеллиус, Воклен и Клаус, а из более поздних — Иергенсен, Лейдье и ВильмШаблон:Sfn.

После открытия родий нашёл лишь незначительное применение — на рубеже XIX—XX веков родийсодержащие термопары использовались для измерения температуры до 1800 °C. Первым крупным применением было гальваническое покрытие для декоративных целей и в качестве антикоррозийной защиты. Однако наибольший спрос на родий возник после внедрения Volvo в 1976 году трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора, в котором платина и родий обеспечивают разложение оксидов азота на инертный молекулярный азот и кислород, а платина и палладий образовавшийся свободный кислород связывают с углеводородами несгоревшего топлива и окисью углерода[3].

Происхождение названия

Волластон предложил название «Rhodium» как намёк на Шаблон:Lang-grc — роза, так как типичные соединения родия (III) имеют глубокий тёмно-красный цвет. Именно соединения родия окрашивали в розовый цвет остаток раствора после осаждения из него платины в экспериментах Волластона. Ещё более насыщенный к красному цвет можно увидеть, напрямую растворив металл в царской водке.

Содержание в природе

Родий очень редкий и рассеянный элемент. В природе встречается только изотоп 103Rh. Среднее содержание родия в земной коре 1Шаблон:E % по массе, в каменных метеоритах 4,8Шаблон:E %. Содержание родия повышено в ультраосновных изверженных породах. Собственных минералов не имеет. Содержится в некоторых золотых песках Южной Америки. Содержится в никелевых и платиновых рудах в виде простого соединения. До 43 % родия приходится на мексиканские золотые месторождения. Также содержится в изоморфной примеси минералов группы осмистого иридия (до 3,3 %), в медноникелевых рудах. Редкая разновидность осмистого иридия — родиевый невьянскит — самый богатый родием минерал (до 11,3 %).

Месторождения

Ежегодно в мире добывается менее 30 тонн родия. В 2019 добыли 757 тыс. унций (23 542.7 кг)[4]. Месторождения родия находятся на территории ЮАР (на неё приходится 60 % добычи), Канады, Колумбии, России[4][5].

Физические свойства

Файл:Rhodium foil and wire.jpg
Родиевая фольга и проволока

Полная электронная конфигурация атома родия: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d85s1

Родий — твёрдый металл серебристо-серого цвета. Химически чистый родий, полученный из солей методом восстановления имеет вид светло-серого порошка или губки, которые при сплавлении образуют металл, напоминающий своим цветом алюминийШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Очень мелкий порошок родия имеет чёрный цвет и называется родиевой чернью. Получают данную форму при восстановлении солей гидразином, формалином или формиатом аммония. Родиевая чернь по своим свойствам подобна платиновой черни — обладает сильными каталитическими свойствами и также способна активно поглощать водородШаблон:Sfn.

Родий имеет высокий коэффициент отражения электромагнитных лучей видимой части спектра, поэтому широко используется для изготовления «поверхностных» зеркал.

Изотопы родия

Шаблон:Основная статья Весь природный родий состоит из изотопа 103Rh. Наиболее долгоживущие изотопы

Изотоп Период полураспада
101Rh 3,3 года
102Rh 207 дней
102mRh 2,9 года
99Rh 16,1 дней

Химические свойства

Шаблон:См. также Родий — благородный металл, по химической стойкости в большинстве коррозионных сред превосходит платину. Металлический родий растворяется в царской водке при кипячении, в расплаве КНSО4, в концентрированной серной кислоте при нагревании, а также электрохимически, анодно — в смеси перекиси водорода и серной кислоты.

Родий характеризуется высокой химической устойчивостью. С неметаллами он взаимодействует только при температуре красного каления. Мелко измельчённый родий медленно окисляется только при температуре выше 600 °C:

<math>\mathsf{4Rh + 3O_2 \rightarrow 2Rh_2O_3}</math>

При нагревании родий медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой, раствором гипохлорита натрия и бромоводорода. При спекании реагирует с расплавами гидросульфата калия KHSO4, пероксида натрия Na2O2 и пероксида бария BaO2:

<math>\mathsf{2Rh + 6KHSO_4 \rightarrow 2K_3[Rh(SO_4)_3] + 3H_2}</math>
<math>\mathsf{2Rh + 3BaO_2 \rightarrow Rh_2O_3 + 3BaO}</math>
С концентрированной хлорной кислотой родий медленно взаимодействует и при комнатной температуре. Нагревание увеличивает скорость:
<math>\mathsf{2Rh+9HClO_4 \rightarrow 2Rh(ClO_4)_3+3HClO_3+3H_2O}</math>

В присутствии хлоридов щелочных металлов, когда есть возможность образовывать комплексы [RhX6]3−, родий взаимодействует с хлором, например:

<math>\mathsf{2Rh + 6NaCl + 3Cl_2 \rightarrow 2Na_3[RhCl_6]}</math>

При действии на водные растворы солей и комплексов родия (III) щелочами образуется осадок гидроксида родия Rh(OH)3:

<math>\mathsf{2Na_3[RhCl_6] + 3NaOH \rightarrow Rh(OH)_3\downarrow + 6NaCl}</math>

Гидроксид и оксид родия (III) проявляют основные свойства и взаимодействуют с кислотами с образованием комплексов Rh (III):

<math>\mathsf{Rh_2O_3 + 12HCl \rightarrow 2H_3[RhCl_6] + 3H_2O}</math>

Высшую степень окисления +6 родий проявляет в гексафториде RhF6, который образуется при прямом сжигании родия во фторе. Соединение неустойчиво. В отсутствие паров воды гексафторид окисляет свободный хлор:

<math>\mathsf{2RhF_6 + 3Cl_2 \rightarrow 2RhF_3 + 6ClF}</math>

В низших степенях окисления +1 и +2 родий образует комплексные соединения.

Получение

Родий извлекают из самородной платины[5]. Сырую самородную платину помещают в фарфоровые котлы, после чего обрабатывают царской водкой при нагревании в течение суток. Родий, почти вся платина, палладий, неблагородные металлы (железо, медь и другие), частично рутений и иридий переходят в раствор, а в осадке остаётся осмистый иридий, кварц, хромистый железняк и другие примеси. Последующим добавлением в раствор хлорида аммония выделяют гексахлороплатинат(IV) аммония (NH4)2PtCl6. Оставшийся раствор упаривают, в осадке остаётся до 6 % родия, присутствуют также палладий, рутений, иридий, платина (всю её с помощью NH4Cl отделить не удаётся) и неблагородные металлы. Этот осадок растворяют в воде и ещё раз тем же способом отделяют платину. Раствор, в котором остались родий, рутений и палладий, направляют на очистку и разделение.

Родий извлекают разными способами. Известен способ, предложенный советским учёным В. В. Лебединским в 1932 году. Вначале на раствор действуют нитритом натрия NaNO2. Таким образом осаждают и отделяют от раствора гидроокиси неблагородных металлов. Родий сохраняется в растворе в форме Na3[Rh(NO2)6]. После этого действием NH4Cl на раствор на холоде выделяют родий в виде малорастворимого комплекса (NH4)2Na[Rh(NO2)6]. Однако при этом вместе с родием в осадок переходит и иридий. Другие платиновые металлы — рутений, палладий и остатки платины — остаются в растворе.

На осадок воздействуют разбавленным едким натром, что позволяет растворить его. Из полученного раствора действием аммиака и NH4Cl снова осаждают родий. Осаждение происходит за счёт образования малорастворимого комплексного соединения [Rh(NH3)3(NO2)3]. Отделённый осадок тщательно промывают раствором хлористого аммония. После этого осадок обрабатывают соляной кислотой, нагревая его в ней в течение нескольких часов. Протекает реакция:

<math>\mathsf{2[Rh(NH_3)_3(NO_2)_3] + 6HCl \rightarrow 2[Rh(NH_3)_3Cl_3] + 3NO_2 + 3NO +3H_2O}</math>

с образованием триаминтрихлорида родия ярко-жёлтого цвета. Осадок тщательно промывают водой, переводя в состояние, пригодное для выделения металлического родия. Прокаливание полученного соединения проводят в течение нескольких часов при 800—900 °C. Итогом процесса является порошкообразный продукт смеси родия с его окислами. Порошок охлаждают, промывают разбавленной царской водкой с целью удаления оставшегося незначительного количества неблагородных примесей, после чего при высокой температуре в среде водорода восстанавливают до металла.

Из-за очень ограниченного объёма добываемого природного родия рассматривается вариант выделения его стабильного изотопа из осколков деления ядерного топлива (урана, плутония, тория), среди которых родий постепенно накапливается в значительных количествах — до 130—180 граммов на тонну осколков. Учитывая развитую атомную энергетику в крупнейших индустриальных странах, объём добычи реакторного родия может в несколько раз превысить его добычу из руд. Возможно, потребуется исследовать режимы работы реакторов, при которых количество родия в процентном отношении к массе осколков будет выше, и таким образом атомная промышленность может стать основным поставщиком родия на мировой рынок.

Применение

Катализаторы

Файл:Aufgeschnittener Metall Katalysator für ein Auto.jpg
Разрез автомобильного каталитического нейтрализатора

Родий применяется в катализаторах — до 81 % всего его производства направляется именно в эту сферу. Основные направления применения:

Конструкционный материал

  • При производстве изделий из стекла (сплав платина-родий применяется при изготовлении фильер для вытягивания стеклонитей), а также жидкокристаллических экранов. В связи с ростом производства жидкокристаллических устройств потребление родия быстро растёт: в 2003 в производстве стекла было использовано 0,81 тонны, в 2005 — 1,55 тонны родия.
  • Металлический родий используется для производства зеркал для мощных лазерных систем, подвергающихся сильному нагреву (например, фтороводородных лазеров), а также для производства дифракционных решёток к приборам для анализа вещества — спектрометрам.
  • Тигли из платино-родиевых сплавов используются в лабораторных исследованиях, а также для выращивания некоторых драгоценных камней и электрооптических кристаллов.

Термопары

  • Термопары платина-родий и другие. В частности, широкое применение нашли сплавы родия с иридием (например, ИР 40\60) для очень эффективного и долговечного измерения высоких температур (до 2200 °C).

Материал контактных пар

Благодаря высокой стойкости к электроэрозии, родий и его сплавы применяются в качестве материала для контактов: герконы, разъёмы, скользящие контакты.

Ювелирное дело

Файл:White-gold--rhodium-plated.jpg
Обручальное кольцо из белого золота с родиевым покрытием

Для получения износостойкой и коррозионноустойчивой поверхностной плёнки на металлы гальваническим способом осаждается родий (родирование).

Холодный белый блеск родия в оправе хорошо сочетается с бриллиантами, фианитами и другими камнями. Родием также покрывают изделия из серебра, что предотвращает их потемнение. Нанесение на ювелирное изделие родиевого покрытия уменьшает износ и увеличивает твёрдость поверхности изделия, защищая от царапин.

В 2009 году один из частных монетных дворов США впервые в мире выпустил монету из родия. Из-за крайне высокой температуры плавления родия потребовалась разработка особого процесса производства монет, так как прежние не подошли. Выпущенные монеты не являются платёжным средством и используются исключительно в качестве объекта инвестирования[6].

В 2014 году Национальный банк Руанды выпустил монету достоинством 10 руандийских франков из родия как платёжное средство[7].

За счет высокой антикоррозионной характеристики и способности не окисляться под воздействием атмосферного кислорода, в ювелирной промышленности широко применяется родирование ювелирных изделий из серебра. Изделия приобретают после родирования глубокий и жесткий стальной блеск, и не окисляются (не темнеют, не зеленеют). Наиболее часто родирование применяется при изготовлении серебряных колец и других серебряных украшений подверженных в ходе эксплуатации постоянному окислению средыШаблон:Нет АИ.

Ядерные технологии

Родиевые детекторы применяются в ядерных реакторах для измерения нейтронного потока.

Цены

Родий подвержен самым большим ценовым колебаниям из всех благородных металлов — цена на него за последние полвека менялась в сотни раз. В феврале 2006 года цены на родий достигли рекордного значения 3500 долл. за тройскую унцию[8]. В январе 2008 года цены на родий установили новый рекорд — 7000 долл. за унцию. После пика в 10100 долл. за унцию цена на родий упала до 900 долл. на конец ноября 2008 в связи с кризисом в автомобилестроении. 19 ноября 2009 года цена металла поднялась до 2600 долларов за унцию.

По состоянию на сентябрь 2015 года средняя цена на родий составляет 756,67 долл. за унцию[9].

Наименьшая цена за последние годы на родий наблюдалась в августе 2016 года и составляла 625 долл. за унцию, после чего цена на металл стабильно растёт. Цена унции в конце января 2020 цена достигла 10165 долларов[10], 20 февраля 2021 года цена преодолела отметку 20000 долларов, а в конце марта 2021 цена достигла рекордных 30000 долларов[11], после чего начала снижаться.

Биологическая роль и физиологическое воздействие

Соединения родия довольно редко встречаются в повседневной жизни и их воздействие на человеческий организм до конца не изучено. В целом, они являются высокотоксичными и канцерогенными веществами. Применение хлорида родия 12,6 мг/кг веса крыс является летальной дозой для половины группы (ЛД50). Соли родия способны сильно окрашивать человеческую кожу.

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шаблон:Родственные проекты

Ссылки

Внешние ссылки

  1. ↑ 1,0 1,1 Популярная библиотека химических элементов. Книга первая «Водород — Палладий». Изд. 3-е. — М.: Наука, 1983.
  2. ↑ Шаблон:Cite journal
  3. ↑ Шаблон:Cite journal
  4. ↑ 4,0 4,1 Шаблон:Cite web
  5. ↑ 5,0 5,1 Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Cite web
  7. ↑ Шаблон:Cite web
  8. ↑ Шаблон:Cite web
  9. ↑ Шаблон:Cite web
  10. ↑ Шаблон:Cite web
  11. ↑ Шаблон:Cite web

Шаблон:Выбор языка Шаблон:Соединения родия Шаблон:Периодическая система элементов Шаблон:Ряд активности металлов

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Родий&oldid=10706002