Родий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
45 РутенийРодийПалладий
Co

Rh

Ir
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
45Rh
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 045 Rhodium.svg
Внешний вид простого вещества
Родий
Серебристо-белый твёрдый металл.
Свойства атома
Название, символ, номер

Родий / Rhodium (Rh), 45

Атомная масса
(молярная масса)

102,90550(2)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d8 5s1

Радиус атома

134 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

125 пм

Радиус иона

(+3e)68 пм

Электроотрицательность

2,28 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

5, 4, 3, 2, 1, 0

Энергия ионизации
(первый электрон)

 719,5 (7,46) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

12,41 г/см³

Температура плавления

2239 K

Температура кипения

4000 K

Уд. теплота плавления

21,8 кДж/моль

Уд. теплота испарения

494 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

24,95[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

8,3 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
гранецентрированная

Параметры решётки

a=3,803 Å

Температура Дебая

480 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 150 Вт/(м·К)

45
Родий
Rh
102,906
4d85s1

Ро́дий (лат. Rhodium; обозначается символом Rh) — элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 45. Простое вещество родий (CAS-номер: 7440-16-6) — твёрдый переходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.

История[править | править вики-текст]

Открыт в Англии в 1803 году Уильямом Гайдом Волластоном в ходе работ с самородной платиной.

Происхождение названия[править | править вики-текст]

От др.-греч. ῥόδον — роза, типичные соединения родия (III) имеют глубокий тёмно-красный цвет. Его можно увидеть, растворив металл в царской водке.

Содержание в природе[править | править вики-текст]

Родий очень редкий и рассеянный элемент. В природе встречается только изотоп 103Rh. Среднее содержание родия в земной коре 1·10−7 % по массе, в каменных метеоритах 4,8·10−5 %. 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[править | править вики-текст]

Ежегодно в мире добывается менее 30 тонн родия. Месторождения родия находятся на территории ЮАР, Канады, Колумбии, России[3].

Получение[править | править вики-текст]

Родий извлекают из самородной платины[3]. 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 остается осмистый иридий, кварц, хромистый железняк и другие примеси. Оставшийся раствор упаривают, в осадке остается до 6% родия, присутствуют также палладий, рутений, иридий, платина (всю ее с помощью NH4Cl отделить не удается) и неблагородные металлы. Этот осадок растворяют в воде и еще 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 ученым В.В. Лебединским в 1932 г. 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 раствора на холоду 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 действуют разбавленным едким натром, что позволяет растворить его. Из полученного раствора действием аммиака и NH4Cl снова осаждают родий. Осаждение происходит за счет образования малорастворимого комплексного соединения [Rh(NH3)3(NO2)3]. Отделенный осадок тщательно промывают раствором хлористого аммония. После этого осадок обрабатывают соляной кислотой, нагревая его в ней в течение нескольких часов. Протекает реакция:

2[Rh(NH3)3(NO2)3] + 6HCl → 2[Rh(NH3)3Cl3] +3NO2 + 3NO + 3H2O

с образованием триаминтрихлорида родия ярко-желтого 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 восстанавливают до металла в среде водорода.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Родиевая фольга и проволока

Родий — твёрдый металл, серебристо-серого цвета. Имеет высокий коэффициент отражения электромагнитных лучей видимой части спектра, поэтому широко используется для изготовления «поверхностных» зеркал.

Изотопы родия[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Родий — благородный металл, по химической стойкости в большинстве коррозионных сред превосходит платину. Металлический родий растворяется в царской водке при кипячении (компактный[уточнить] не растворяется, растворяется в виде черни[источник не указан 883 дня]),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:

\mathsf{4Rh + 3O_2 \rightarrow 2Rh_2O_3}

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:

\mathsf{2Rh + 6KHSO_4 \rightarrow 2K_3[Rh(SO_4)_3] + 3H_2}
\mathsf{2Rh + 3BaO_2 \rightarrow Rh_2O_3 + 3BaO}

В присутствии хлоридов щелочных металлов, когда есть возможность образовывать комплексы [RhX3]3−, родий взаимодействует с хлором, например:

\mathsf{2Rh + 6NaCl + Cl_2 \rightarrow 2Na_3[RhCl_6]}

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

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

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

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

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:

\mathsf{2RhF_6 + 3Cl_2 \rightarrow 2RhF_3 + 6ClF}

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

Применение[править | править вики-текст]

Катализаторы[править | править вики-текст]

  • Родий применяется в катализаторах (до 81% всего производства), в том числе в каталитических фильтрах-нейтрализаторах выхлопных газов автомобилей
  • Сплав родия с платиной — очень эффективный катализатор для производства азотной кислоты окислением аммиака воздухом, и до сих пор его применению нет альтернативы.

Конструкционный материал[править | править вики-текст]

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

Термопары[править | править вики-текст]

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

Материал контактных пар[править | править вики-текст]

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

Ювелирное дело[править | править вики-текст]

Используются гальванические электролиты родирования (преимущественно сульфатные, сульфаматные и фосфатные) для получения износостойких и коррозионноустойчивых покрытий.

Холодный белый блеск родия хорошо сочетается с бриллиантами, фианитами и др. вставками. Также родий добавляют в качестве легирующей, укрепляющей добавки в платину и палладий. Нанесение на ювелирное изделие родиевого покрытия уменьшает износ и увеличивает твёрдость изделия, защищая от царапин, и придаёт яркий блеск.

Ядерные реакторы[править | править вики-текст]

Родиевые детекторы применяются в реакторах для измерения нейтронного потока.

Цены[править | править вики-текст]

В феврале 2006 цены на родий достигли рекордного значения 3500 долл. за тройскую унцию[4]. 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. В связи с очень высокими ценами на чистый родий и при значительном спросе и малом объёме добываемого родия, встает актуальная задача для решения острого дефицита родия, выделение его стабильного изотопа из осколков деления ядерного топлива (урана, плутония, тория), где он накапливается в значительных количествах (до 130—180 граммов на тонну осколков), и учитывая развитую атомную энергетику в крупнейших индустриальных странах, объём добычи реакторного родия в несколько раз превысит его добычу из руд. Кроме того, необходимы исследования также и по вопросу режимов 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.

Биологическая роль и физиологическое воздействие[править | править вики-текст]

Родий не играет биологической роли.

Соединения родия довольно редко встречаются в повседневной жизни и их воздействие на человеческий организм до конца не изучено. Несмотря на это, они являются высоко токсичными и канцерогенными веществами. LD50 хлорида родия для крыс — 12,6 мг/кг. Соли родия способны сильно окрашивать человеческую кожу.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 270. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  3. 1 2 Популярная библиотека химических элементов. Родий. Книги. Наука и техника
  4. Rhodium Charts

Ссылки[править | править вики-текст]