RHODIUM: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, PENGGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2025

The rhodium adalah logam peralihan yang dipunyai oleh kumpulan palladium dan yang simbol kimia adalah Rh. Ia mulia, lengai dalam keadaan normal, sementara ia jarang berlaku dan mahal, kerana ia adalah logam kedua paling rendah di kerak bumi. Juga, tidak ada mineral yang mewakili kaedah menguntungkan logam ini.

Walaupun penampilannya adalah dari logam putih keperakan khas, sebilangan besar sebatiannya mempunyai warna kemerahan yang sama, selain fakta bahawa larutannya muncul dengan warna merah jambu. Itulah sebabnya logam ini diberi nama 'rhodon', yang merupakan bahasa Yunani untuk warna merah jambu.

Mutiara rhodium logam. Sumber: Imej Hi-Res Elemen Kimia

Walau bagaimanapun, aloi adalah perak, dan juga mahal, kerana ia dicampurkan dengan platinum, paladium dan iridium. Sifat mulia yang tinggi menjadikannya logam yang hampir kebal terhadap pengoksidaan, serta benar-benar tahan terhadap serangan oleh asid dan basa kuat; oleh itu, pelapisnya membantu melindungi objek logam, seperti perhiasan.

Selain penggunaan hiasannya, rhodium juga dapat melindungi alat yang digunakan pada suhu tinggi dan pada alat elektrik.

Ia sangat terkenal kerana membantu memecah gas beracun (NO _x ) di dalam pemangkin pemangkin. Ini juga memangkin pengeluaran sebatian organik, seperti mentol dan asid asetik.

Menariknya, ia hanya wujud di alam sebagai isotop ¹⁰³ Rh, dan sebatiannya mudah dikurangkan kepada logam kerana sifatnya yang mulia. Dari semua nombor pengoksidaannya, +3 (Rh ³⁺ ) adalah yang paling stabil dan banyak, diikuti oleh +1 dan, dengan adanya fluor, +6 (Rh ⁶⁺ ).

Dalam keadaan logam, tidak berbahaya bagi kesihatan kita, kecuali zarah-zarahnya yang tersebar di udara disedut. Walau bagaimanapun, sebatian atau garamnya yang berwarna dianggap sebagai karsinogen, selain kuat melekat pada kulit.

Sejarah

Penemuan rhodium disertai dengan paladium, kedua logam itu dijumpai oleh saintis yang sama: ahli kimia Inggeris William H. Wollaston, yang pada tahun 1803 memeriksa mineral platinum, kononnya dari Peru.

Saya tahu dari Hippolyte-Victor Collet-Descotils, seorang ahli kimia Perancis, bahawa terdapat garam kemerahan dalam mineral platinum, warnanya mungkin disebabkan oleh unsur logam yang tidak diketahui. Oleh itu, Wollaston mencerna bijih platinumnya dalam aqua regia, kemudian meneutralkan keasidan campuran yang dihasilkan dengan NaOH.

Dari campuran ini Wollaston, dengan cara tindak balas pemendakan, memisahkan sebatian logam; Dia memisahkan platinum sebagai (NH ₄ ) ₂ , setelah menambahkan NH ₄ Cl, dan logam lain ia dikurangkan dengan zink logam. Dia cuba melarutkan logam spongy ini dengan HNO ₃ , meninggalkan dua logam dan dua unsur kimia baru: paladium dan rhodium.

Namun, ketika dia menambahkan aqua regia, dia melihat bahawa logam hampir tidak larut, pada masa yang sama ia membentuk endapan merah dengan NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Di sinilah namanya berasal: warna merah sebatiannya, yang ditandai dengan Perkataan Yunani 'rhodon'.

Garam ini dikurangkan dengan zink logam, sekali lagi, sehingga memperoleh rhodium spongy. Dan sejak itu teknik memperoleh bertambah baik, seperti permintaan dan aplikasi teknologi, akhirnya muncul potongan rhodium yang berkilat.

Hartanah

Penampilan fizikal

Logam putih keras dan keperakan tanpa lapisan oksida pada suhu bilik. Walau bagaimanapun, ia bukan logam yang mudah ditempa, yang bermaksud bahawa apabila anda memukulnya, ia akan retak.

Jisim molar

102.905 g / mol

Takat lebur

1964 ° C. Nilai ini lebih tinggi daripada kobalt (1495 ºC), yang mencerminkan peningkatan kekuatan ikatan logam terkuat ketika turun melalui kumpulan.

Takat lebur

3695 ° C. Ia adalah salah satu logam dengan titik lebur tertinggi.

Ketumpatan

-12.41 g / mL pada suhu bilik

-10.7 g / mL pada titik lebur, iaitu ketika ia mencair atau mencair

Panas pelakuran

26.59 kJ / mol

Haba pengewapan

493 kJ / mol

Kapasiti haba molar

24.98 J / (mol K)

Elektronegativiti

2.28 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pertama: 719.7 kJ / mol (Rh ⁺ gas)

-Kedua: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gas)

-Ketiga: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gas)

Kekonduksian terma

150 W / (m K)

Ketahanan elektrik

43.3 nΩm pada 0 ° C

Mohs kekerasan

6

Susunan magnet

Paramagnetik

Tindak balas kimia

Rhodium, walaupun merupakan logam mulia, tidak bermaksud bahawa ia adalah unsur lengai. Hampir tidak berkarat dalam keadaan normal; tetapi apabila dipanaskan di atas 600 ºC, permukaannya mula bertindak balas dengan oksigen:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Hasilnya adalah bahawa logam kehilangan kilauan peraknya yang khas.

Ia juga boleh bertindak balas dengan gas fluor:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ berwarna hitam. Sekiranya dipanaskan, ia boleh berubah menjadi RhF ₅ , melepaskan fluorida ke persekitaran. Apabila tindak balas fluorinasi dilakukan dalam keadaan kering, pembentukan RhF ₃ (pepejal merah) lebih disukai daripada RhF ₆ . Halida lain: RhCl ₃ , RhBr ₃ dan RhI ₃ dibentuk dengan cara yang serupa.

Mungkin perkara yang paling mengejutkan mengenai rhodium logam adalah ketahanannya yang sangat kuat untuk menyerang oleh bahan yang mengakis: asid kuat dan asas kuat. Aqua regia, campuran pekat asid hidroklorik dan nitrik, HCl-HNO ₃ , dapat larut dengan sukar, menghasilkan larutan berwarna merah jambu.

Garam cair, seperti KHSO ₄ , lebih efektif dalam melarutkannya, kerana ia membawa kepada pembentukan kompleks rhodium yang larut dalam air.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Atom rhodium mengkristal dalam struktur kubik berpusat muka, fcc. Atom Rh tetap bersatu berkat ikatan logam mereka, kekuatan yang bertanggungjawab pada skala makro untuk sifat fizikal logam yang dapat diukur. Dalam ikatan ini elektron valensi campur tangan, yang diberikan mengikut konfigurasi elektronik:

4d ⁸ 5s ¹

Oleh itu, ini adalah anomali atau pengecualian, kerana diharapkan mempunyai dua elektron dalam orbit 5snya, dan tujuh pada orbit 4d (mematuhi rajah Moeller).

Terdapat sejumlah sembilan elektron valensi yang, bersama-sama dengan jari-jari atom, menentukan kristal fcc; struktur yang kelihatan sangat stabil, kerana terdapat sedikit maklumat mengenai bentuk alotropik lain yang mungkin di bawah tekanan atau suhu yang berbeza.

Atom Rh ini, atau lebih tepatnya butiran kristal mereka, dapat berinteraksi sedemikian rupa untuk membuat nanopartikel dengan morfologi yang berbeza.

Apabila nanopartikel Rh ini tumbuh di atas templat (agregat polimer, misalnya), mereka memperoleh bentuk dan dimensi permukaannya; oleh itu, sfera rhodium mesopori telah dirancang untuk menggantikan logam dalam aplikasi pemangkin tertentu (yang mempercepat reaksi kimia tanpa dikonsumsi dalam proses tersebut).

Nombor pengoksidaan

Oleh kerana terdapat sembilan elektron valensi, adalah normal untuk menganggap bahawa rhodium dapat "kehilangan semuanya" dalam interaksinya dalam sebatian; iaitu dengan mengandaikan adanya kation Rh ⁹⁺ , dengan nombor pengoksidaan atau keadaan 9+ atau (IX).

Nombor pengoksidaan positif dan didapati bagi rhodium dalam sebatiannya berkisar antara +1 (Rh ⁺ ) hingga +6 (Rh ⁶⁺ ). Daripada semua itu, +1 dan +3 adalah yang paling biasa, bersama dengan +2 dan 0 (logam rhodium, Rh ⁰ ).

Sebagai contoh, dalam Rh ₂ O ₃ bilangan pengoksidaan rhodium adalah +3, kerana jika anda menganggap adanya Rh ³⁺ dan watak ionik 100%, jumlah caj akan sama dengan sifar (Rh ₂ ³⁺ Atau ₃ ^2- ).

Contoh lain ditunjukkan oleh RhF ₆ , di mana sekarang bilangan pengoksidaannya adalah +6. Sekali lagi, hanya jumlah cas kompaun yang akan tetap berkecuali sekiranya kewujudan Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) diasumsikan .

Semakin elektronegatif atom dengan rhodium berinteraksi, semakin besar kecenderungannya untuk menunjukkan bilangan pengoksidaan positif; begitulah kes RhF ₆ .

Dalam kes Rh ⁰ , ia sepadan dengan atom fcc kristal yang diselaraskan dengan molekul neutral; sebagai contoh, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Bagaimana rhodium diperoleh?

Kekurangan

Tidak seperti logam lain, tidak ada mineral yang cukup kaya dengan rhodium untuk menjimatkannya. Itulah sebabnya ia merupakan produk sekunder pengeluaran industri logam lain; khususnya yang mulia atau kongenernya (unsur-unsur kumpulan platinum), dan nikel.

Sebilangan besar mineral yang digunakan sebagai bahan mentah berasal dari Afrika Selatan, Kanada dan Rusia.

Proses pengeluarannya rumit kerana, walaupun lengai, rhodium dijumpai di syarikat logam mulia lain, selain mempunyai kekotoran yang sukar dikeluarkan. Oleh itu, beberapa tindak balas kimia mesti dilakukan untuk memisahkannya dari matriks mineralogi awal.

Proses

Kereaktifan kimianya yang rendah menjadikannya tidak berubah semasa logam pertama diekstraksi; sehingga hanya bangsawan yang tinggal (emas di antara mereka). Kemudian, logam mulia ini dirawat dan dicairkan dengan adanya garam, seperti NaHSO ₄ , untuk memilikinya dalam campuran sulfat cair; dalam kes ini, Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Untuk campuran sulfat ini, dari mana setiap logam diendapkan secara berasingan melalui tindak balas kimia yang berbeza, NaOH ditambahkan untuk membentuk rhodium hidroksida, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x dilarutkan semula dengan menambahkan HCl untuk membentuk H ₃ RhCl ₆ , yang masih larut dan menunjukkan warna merah jambu. Kemudian H ₃ RhCl ₆ bertindak balas dengan NH ₄ Cl dan nano ₂ termendak sebagai (NH ₄ ) ₃ .

Sekali lagi, pepejal baru dilarutkan kembali dalam lebih banyak HCl dan medium dipanaskan sehingga span rhodium logam mendakan sementara kekotoran dibakar.

Permohonan

Salutan

Bass berganda kecil, perak, berlapis rhodium. Sumber: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Akhlaknya yang mulia digunakan untuk menutup kepingan logam dengan lapisan yang sama. Dengan cara ini, objek perak dilapisi dengan rhodium untuk melindunginya dari pengoksidaan dan kegelapan (membentuk lapisan hitam AgO dan Ag ₂ S), serta menjadi lebih reflektif (berkilat).

Lapisan seperti itu digunakan dalam pakaian perhiasan, reflektor, alat optik, kontak elektrik, dan penapis sinar-X dalam diagnostik kanser payudara.

Aloi

Ia bukan sahaja logam yang mulia tetapi juga yang keras. Kekerasan ini dapat disumbangkan kepada aloi yang dibuatnya, terutama ketika berkaitan dengan paladium, platinum dan iridium; yang mana, Rh-Pt adalah yang paling terkenal. Juga, rhodium meningkatkan ketahanan aloi ini ke suhu tinggi.

Contohnya, aloi rhodium-platinum digunakan sebagai bahan untuk membuat gelas yang dapat membentuk kaca lebur; dalam pembuatan termokopel, mampu mengukur suhu tinggi (lebih daripada 1000 ºC); keran, bush untuk membersihkan kaca gentian, gegelung relau induksi, enjin turbin pesawat, palam pencucuh, dll.

Pemangkin

Pemangkin pemangkin kereta. Sumber: Ballista

Rhodium dapat menjadi pemangkin reaksi sama ada sebagai logam tulen atau diselaraskan dengan ligan organik (organorodium). Jenis pemangkin bergantung pada tindak balas tertentu yang akan dipercepat, serta faktor lain.

Sebagai contoh, dalam bentuk logamnya dapat menjadi pemangkin pengurangan nitrogen oksida, NO _x , kepada gas persekitaran oksigen dan nitrogen:

2 TIADA _x → x O ₂ + N ₂

Tindak balas ini berlaku secara berterusan setiap hari: dalam pemangkin pemangkin kenderaan dan motosikal. Berkat pengurangan ini, gas NO _x tidak mencemarkan bandar ke tahap yang lebih teruk. Untuk tujuan ini, nanopartikel rhodium mesopori telah digunakan, yang meningkatkan lagi penguraian gas NO _x .

Sebatian itu, yang dikenali sebagai pemangkin Wilkinson, digunakan untuk hidrogenasi (tambah H ₂ ) dan hidroformilat (tambah CO dan H ₂ ) alkena untuk membentuk alkana dan aldehid, masing-masing.

Pemangkin rhodium digunakan secara ringkas untuk menghidrogenasi, karbonilat (tambah CO), dan hidroformilat. Hasilnya adalah bahawa banyak produk bergantung padanya, seperti halnya mentol, sebatian kimia penting dalam permen karet; selain asid nitrik, sikloheksana, asid asetik, organosilikon, antara lain.

Risiko

Rhodium, sebagai logam mulia, walaupun meresap ke dalam tubuh kita, atom Rhnya tidak dapat (sejauh yang diketahui) dimetabolisme. Oleh itu, mereka tidak menimbulkan risiko kesihatan; Kecuali terdapat terlalu banyak atom Rh yang tersebar di udara, yang akhirnya dapat terkumpul di paru-paru dan tulang.

Sebenarnya, dalam proses penyaduran rhodium pada barang kemas atau perhiasan perak, perhiasan akan terdedah kepada "puff" atom ini; sebab mereka mengalami ketidakselesaan dalam sistem pernafasan mereka. Mengenai risiko pepejal yang terbahagi halus, ia tidak mudah terbakar; kecuali apabila terbakar di hadapan OF ₂ .

Sebatian rhodium dikelaskan sebagai toksik dan karsinogenik, yang warnanya menodai kulit. Berikut adalah perbezaan lain yang jelas mengenai bagaimana sifat kation logam berbeza berbanding dengan logam daripadanya.

Dan akhirnya, dalam masalah ekologi, kekurangan rhodium dan kekurangan asimilasi oleh tumbuhan menjadikannya unsur yang tidak berbahaya sekiranya berlaku tumpahan atau sampah; selagi ia adalah rhodium logam.

Rujukan

1. Lars Öhrström. (12 November 2008). Rhodium. Kimia dalam unsurnya. Dipulihkan dari: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rhodium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Rhodium. Pangkalan Data PubChem. CID = 23948. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Struktur Rhodium. Makmal Penyelidikan Johnson Matthey. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Nanopartikel rhodium logam mesopori. Komuniti Nat. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelation. (27 Jun 2018). Pendedahan Rhodium. Dipulihkan dari: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 Jun 2019). Rhodium, Logam Kumpulan Rare Platinum, dan Aplikasinya. Dipulihkan dari: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Kimia Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium dan platinum. SE Livingstone. Akhbar Pergamon.
9. Institut Teknologi Tokyo. (21 Jun 2017). Pemangkin berasaskan rhodium untuk membuat organosilikon menggunakan logam yang kurang berharga. Dipulihkan dari: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 Mei 2017). Rhodium: tindak balas kimia. Dipulihkan dari: pilgaardelements.com
11. Doug Stewart. (2019). Fakta Unsur Rhodium. Dipulihkan dari: chemicool.com