RODYUM: TARIHÇE, ÖZELLIKLER, YAPI, KULLANIMLAR, RISKLER - KIMYA - 2025

Rodyum , kimyasal simgesi Rh paladyum grubu ve ait olan bir geçiş metalidir. Asildir, normal koşullar altında hareketsizdir, nadir ve pahalıdır, çünkü yer kabuğunda en az bulunan ikinci metaldir. Ayrıca, bu metali elde etmek için karlı bir yöntemi temsil eden hiçbir mineral yoktur.

Görünüşü tipik bir gümüşi beyaz metal olmasına rağmen, bileşiklerinin çoğu ortak bir kırmızımsı renklenmeyi paylaşır, ayrıca çözeltilerinin pembemsi tonlarda görünmesi gerçeğine ek olarak. Bu nedenle bu metale Yunanca pembe anlamına gelen 'rhodon' adı verilmiştir.

Metalik rodyum inci. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Bununla birlikte, alaşımları gümüştür ve platin, paladyum ve iridyum ile karıştırıldığı için pahalıdır. Yüksek asil karakteri onu oksidasyona karşı neredeyse bağışık ve güçlü asit ve bazların saldırısına karşı tamamen dirençli bir metal yapar; bu nedenle, kaplamaları mücevher gibi metal nesnelerin korunmasına yardımcı olur.

Rodyum, süs amaçlı kullanımının yanı sıra yüksek sıcaklıklarda ve elektrikli cihazlarda kullanılan aletleri de koruyabilir.

Katalitik konvertörlerin içindeki toksik araba gazlarının (NO _x ) parçalanmasına yardımcı olduğu bilinen en iyi yöntemdir . Ayrıca mentol ve asetik asit gibi organik bileşiklerin üretimini de katalize eder.

İlginç bir şekilde, doğada yalnızca ¹⁰³ Rh izotopu olarak bulunur ve asil karakteri nedeniyle bileşiklerinin metale indirgenmesi kolaydır. Tüm oksidasyon sayıları içinde +3 (Rh ³⁺ ) en kararlı ve bol olanıdır, ardından +1 ve flor varlığında +6 (Rh ⁶⁺ ) gelir.

Metalik haliyle, havada dağılmış partiküllerini solumadığımız sürece sağlığımız için zararsızdır. Bununla birlikte, renkli bileşikleri veya tuzları, cilde güçlü bir şekilde bağlanmasının yanı sıra kanserojen olarak kabul edilir.

Tarih

Rodyumun keşfine paladyum da eşlik etti, her iki metal de aynı bilim insanı tarafından keşfedildi: 1803'te sözde Peru'dan bir platin mineralini inceleyen İngiliz kimyager William H. Wollaston.

Fransız kimyager Hippolyte-Victor Collet-Descotils'ten platin minerallerinde rengi muhtemelen bilinmeyen bir metalik elementten kaynaklanan kırmızımsı tuzlar olduğunu biliyordum. Böylece Wollaston, platin cevherini aqua regia'da sindirdi, sonra elde edilen karışımın asitliğini NaOH ile nötralize etti.

Bu karışımdan Wollaston, metalik bileşikleri ayırmak için çökeltme reaksiyonları vasıtasıyla; O olarak platin (NH ayrılmış ₄ ) ₂ , NH ilave edildikten sonra, ₄ Cl, ve başka metaller de metalik çinko ile indirgendi. Bu süngerimsi metalleri HNO ₃ ile çözmeyi denedi ve geriye iki metal ve iki yeni kimyasal element bıraktı: paladyum ve rodyum.

Bununla birlikte, aqua regia'yı eklediğinde, bir metalin zorlukla çözündüğünü ve aynı zamanda NaCl: Na ₃ nH ₂ O ile kırmızı bir çökelti oluşturduğunu fark etti . Adının geldiği yer burasıdır: Yunanca "rhodon" kelimesi.

Bu tuz yine metalik çinko ile indirgenerek süngerimsi rodyum elde edildi. Ve o zamandan beri elde etme teknikleri, talep ve teknolojik uygulamaların yanı sıra gelişti ve sonunda parlak rodyum parçaları ortaya çıktı.

Özellikleri

Fiziksel görünüş

Oda sıcaklığında neredeyse hiç oksit tabakası içermeyen sert, gümüşi beyaz metal. Ancak çok dövülebilir bir metal değildir, yani ona vurduğunuzda çatlayacaktır.

Molar kütle

102.905 g / mol

Erime noktası

1964 ° C Bu değer, kobalttan (1495 ºC) daha yüksektir ve bu, gruptan aşağı inerken en güçlü metalik bağın gücündeki artışı yansıtır.

Erime noktası

3695 ° C En yüksek erime noktasına sahip metallerden biridir.

Yoğunluk

-12.41 g / mL oda sıcaklığında

-10,7 g / mL erime noktasında, yani tam eridiğinde veya eridiğinde

Füzyon ısısı

26,59 kJ / mol

Buharlaşma ısısı

493 kJ / mol

Molar ısı kapasitesi

24.98 J / (mol K)

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 2,28

İyonlaşma enerjileri

-İlk: 719.7 kJ / mol (Rh ⁺ gaz)

-İkinci: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gaz)

Üçüncü: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gaz)

Termal iletkenlik

150 W / (m K)

Elektriksel direnç

0 ° C'de 43,3 nΩm

Mohs sertliği

6

Manyetik düzen

Paramanyetik

Kimyasal reaksiyonlar

Rodyum, asil bir metal olmasına rağmen, inert bir element olduğu anlamına gelmez. Normal koşullar altında pek paslanır; ancak 600 ºC'nin üzerine ısıtıldığında yüzeyi oksijenle reaksiyona girmeye başlar:

Rh (k) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Ve sonuç, metalin karakteristik gümüş parlaklığını kaybetmesidir.

Ayrıca flor gazı ile reaksiyona girebilir:

Rh (k) + F ₂ (g) → RhF ₆ (k)

RhF ₆ siyah renktedir. Isıtılırsa , çevreye florür bırakarak RhF _5'e dönüşebilir. Florlama reaksiyonu kuru koşullar altında gerçekleştirildiğinde, RhF ₃ (kırmızı katı) oluşumu RhF _{6'ya göre} tercih edilir . Diğer halojenürler: RhCl ₃ , RhBr ₃ ve RHI ₃ de benzer bir şekilde oluşturulur.

Metalik rodyumla ilgili belki de en şaşırtıcı şey, aşındırıcı maddelerin saldırısına karşı aşırı direncidir: güçlü asitler ve güçlü bazlar. Hidroklorik ve nitrik asitlerin konsantre bir karışımı olan Aqua regia, HCl-HNO ₃ , zorlukla çözünerek pembemsi bir çözelti oluşturabilir.

KHSO ₄ gibi erimiş tuzlar, suda çözünür rodyum komplekslerinin oluşumuna yol açtıklarından, onu çözmede daha etkilidir.

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Rodyum atomları yüz merkezli kübik yapıda (fcc) kristalleşir. Metalin ölçülebilir fiziksel özelliklerinden makro ölçekte sorumlu bir kuvvet olan metalik bağları sayesinde Rh atomları birleşik kalır. Bu bağda, elektronik konfigürasyona göre verilen değerlik elektronları müdahale eder:

4d ⁸ 5s ¹

Bu nedenle bir anormallik veya istisnadır, çünkü 5s yörüngesinde iki ve 4d yörüngesinde yedi elektron olması beklenir (Moeller diyagramına uyarak).

Atom yarıçapıyla birlikte fcc kristalini tanımlayan toplam dokuz değerlik elektronu vardır; Farklı basınçlar veya sıcaklıklar altında diğer olası allotropik formlar hakkında çok az bilgi bulunduğundan, çok kararlı görünen yapı.

Bu Rh atomları veya kristal taneleri, farklı morfolojilere sahip nanopartiküller oluşturacak şekilde etkileşime girebilir.

Bu Rh nanopartikülleri bir şablonun (örneğin polimerik bir agregat) üzerinde büyüdüklerinde, yüzeyinin şekillerini ve boyutlarını alırlar; bu nedenle, mezogözenekli rodyum küreleri, belirli katalitik uygulamalarda (işlemde tüketilmeden kimyasal reaksiyonları hızlandıran) metalin yerini alacak şekilde tasarlanmıştır.

Oksidasyon numaraları

Dokuz valans elektronu olduğu için, rodyumun bir bileşik içindeki etkileşimlerinde "hepsini kaybedebileceğini" varsaymak normaldir; yani, oksidasyon sayısı veya durumu 9+ veya (IX) olan Rh ⁹⁺ katyonunun varlığını varsayarsak .

Bileşiklerinde rodyum için pozitif ve bulunan oksidasyon sayıları +1 (Rh ⁺ ) ile +6 (Rh ⁶⁺ ) arasında değişir . Hepsi arasında +1 ve +3, +2 ve 0 (metalik rodyum, Rh ⁰ ) ile birlikte en yaygın olanıdır .

Örneğin, Rh ₂ O _3'te rodyumun oksidasyon sayısı + _3'tür , çünkü Rh ³⁺ ve% 100 iyonik karakterin varlığını varsayarsanız , yüklerin toplamı sıfıra eşit olacaktır (Rh ₂ ³⁺ Veya ₃ ^2- ).

Başka bir örnek, şimdi oksidasyon sayısının +6 olduğu RhF ₆ ile temsil edilmektedir . Yine, Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) varlığı varsayılırsa, yalnızca bileşiğin toplam yükü nötr kalacaktır .

Rodyumun etkileştiği atom ne kadar elektronegatif olursa, daha pozitif oksidasyon sayıları gösterme eğilimi o kadar artar; RhF ₆ için durum böyledir .

Rh ⁰ durumunda, nötr moleküller ile koordine edilmiş kristal fcc'nin atomlarına karşılık gelir; örneğin, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Rodyum nasıl elde edilir?

Dezavantajları

Diğer metallerden farklı olarak, rodyumdan ekonomik olacak kadar zengin olan hiçbir mineral mevcut değildir. Bu nedenle, diğer metallerin endüstriyel üretiminin ikincil bir ürünüdür; özellikle asiller veya benzerleri (platin grubunun elementleri) ve nikel.

Hammadde olarak kullanılan minerallerin çoğu Güney Afrika, Kanada ve Rusya'dan geliyor.

Üretim süreci karmaşıktır, çünkü inert olmasına rağmen, çıkarılması zor olan safsızlıklara ek olarak diğer asil metallerin yanında rodyum bulunur. Bu nedenle, onu ilk mineralojik matristen ayırmak için birkaç kimyasal reaksiyon gerçekleştirilmelidir.

İşlem

Düşük kimyasal reaktivitesi, ilk metaller çıkarılırken onu değişmeden tutar; sadece soylular (aralarındaki altın) kalana kadar. Daha sonra, bu soy metaller tedavi edilir ve bu NaHSOs gibi tuzların varlığında erimiş ₄ sülfatların sıvı bir karışım içinde onlara sahip; bu durumda Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Her metalin farklı kimyasal reaksiyonlarla ayrı ayrı çökeltildiği bu sülfat karışımına, rodyum hidroksit, Rh (OH) _x oluşturmak için NaOH eklenir .

Rh (OH) _x 'H oluşturmak üzere HCl eklenerek yeniden çözülmüş ₃ RhCl ₆ görünmeye devam pembe bir renk eritildi ve,. Daha sonra, H ₃ RhCl ₆ NH ile reaksiyona girer ₄ Cl ve NaNO ₂ (NH olarak çökeltilmesi için ₄ ) ₃ .

Yine, yeni katı daha fazla HCl içinde yeniden çözülür ve safsızlıklar yakılırken bir metalik rodyum süngeri çökelene kadar ortam ısıtılır.

Uygulamalar

Kaplamalar

Küçük, gümüş, rodyum kaplama kontrbas. Kaynak: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Asil karakteri, metal parçaları aynı kaplama ile kaplamak için kullanılır. Bu şekilde, gümüş nesneler oksitlenmeden ve koyulaşmadan (siyah bir AgO ve Ag ₂ S tabakası oluşturarak ) ve daha yansıtıcı (parlak) hale gelmekten korumak için rodyumla kaplanır .

Bu tür kaplamalar takılarda, reflektörlerde, optik aletlerde, elektrik kontaklarında ve meme kanseri teşhisinde X-ışını filtrelerinde kullanılır.

alaşımlar

Sadece asil bir metal değil aynı zamanda sert bir metaldir. Bu sertlik, özellikle paladyum, platin ve iridyum söz konusu olduğunda oluşturduğu alaşımlara katkıda bulunabilir; bunlardan en iyi bilinenleri Rh-Pt'dir. Ayrıca rodyum, bu alaşımların yüksek sıcaklıklara karşı direncini artırır.

Örneğin, rodyum-platin alaşımları erimiş cama şekil verebilen camlar yapmak için bir malzeme olarak kullanılır; yüksek sıcaklıkları ölçebilen (1000 ºC'den fazla) termokupl üretiminde; potalar, cam elyafı temizlemek için burçlar, endüksiyon fırın bobinleri, uçak türbin motorları, bujiler vb.

Katalizörler

Bir arabanın katalitik konvertörü. Kaynak: Ballista

Rodyum, reaksiyonları saf metal olarak veya organik ligandlarla (organorodyum) koordine ederek katalize edebilir. Katalizör türü, hızlandırılacak spesifik reaksiyona ve diğer faktörlere bağlıdır.

Örneğin, metalik formda azot oksitler NO indirgenmesini katalize edebilen _x ortam gazlar oksijen ve nitrojen için:

2 YOK _x → x O ₂ + N ₂

Bu reaksiyon günlük olarak sürekli gerçekleşir: taşıtların ve motosikletlerin katalitik konvertörlerinde. Bu azalma sayesinde HAYIR _x gazlar daha kötü bir dereceye kadar değil kirletmez şehirler yok. Bu amaçla, orta gözenekli rodyum nanopartiküller NO daha ayrışmasını geliştirmek olan, kullanılmıştır _x gazlar .

Bir Wilkinson katalizörü olarak bilinen bir bileşik, hidrojene etmek için kullanılır (H ekleme ₂ ) ve hydroformylate (CO ve H ekleme ₂ ) alkenler sırasıyla alkanlar ve aldehidler oluşturulur.

Rodyum katalizörleri kısaca hidrojene etmek, karbonilatlamak (CO eklemek) ve hidroformilatlamak için kullanılır. Sonuç, sakızdaki temel bir kimyasal bileşik olan mentolde olduğu gibi birçok ürünün bunlara bağımlı olmasıdır; nitrik asit, sikloheksan, asetik asit, organosilikon ve diğerleri yanında.

Riskler

Asil bir metal olan rodyum vücudumuza sızsa bile Rh atomları (bildiği kadarıyla) metabolize edilemez. Bu nedenle herhangi bir sağlık riski oluşturmazlar; Havada dağılmış çok fazla Rh atomu olmadığı sürece, bu durum akciğerlerde ve kemiklerde birikebilir.

Aslında, mücevher veya gümüş takılar üzerindeki rodyum kaplama işlemlerinde, kuyumcular bu atom “nefeslerine” maruz kalırlar; solunum sistemlerinde rahatsızlık duymalarının nedeni. İnce parçalanmış katısının riskiyle ilgili olarak, yanıcı bile değildir; OF ₂ varlığında yanma durumu hariç .

Rodyum bileşikleri, renkleri cildi derinlemesine boyayan toksik ve kanserojen olarak sınıflandırılır. İşte bir metal katyonun özelliklerinin ondan gelen metale kıyasla nasıl değiştiğine dair bir başka açık fark.

Ve son olarak, ekolojik konularda, rodyumun kıt olması ve bitkiler tarafından özümsenmemesi, dökülme veya atık durumunda onu zararsız bir element haline getirir; metalik rodyum olduğu sürece.

Referanslar

1. Lars Öhrström. (12 Kasım 2008). Rodyum. Elementinde kimya. Chemistryworld.com'dan kurtarıldı
2. Vikipedi. (2019). Rodyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Rodyum. PubChem Veritabanı. CID = 23948. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Rodyumun Yapısı. Johnson Matthey Araştırma Laboratuvarları. Platin Metaller Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. vd. (2017). Mezogözenekli metal rodyum nanopartiküller. Nat Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Şelasyon. (27 Haziran 2018). Rodyum Maruziyeti. Kaynak: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 Haziran 2019). Nadir Bir Platin Grubu Metal olan Rodyum ve Uygulamaları. Thebalance.com'dan kurtarıldı
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Rutenyum, Rodyum, Paladyum, Osmiyum, İridyum ve platin Kimyası. SE Livingstone. Pergamon Basın.
9. Tokyo Teknoloji Enstitüsü. (21 Haziran 2017). Daha az değerli metal kullanarak organosilikon yapmak için rodyum bazlı bir katalizör. Kurtarıldı: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 Mayıs 2017). Rodyum: kimyasal reaksiyonlar. Pilgaardelements.com'dan kurtarıldı
11. Doug Stewart. (2019). Rodyum Öğesi Gerçekleri. Chemicool.com'dan kurtarıldı