Конструкционный материал

Родий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Запрос «Rh» перенаправляется сюда; о диграфе см. Rh (диграф).

Не следует путать с радием.

Рутений ← Родий → Палладий Co ↑ Rh ↓ Ir 45Rh
Внешний вид простого вещества
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	+0,8в
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)
Номер CAS	7440-16-6

^[3]

	Родий
Rh 102,9055
4d85s1

Ро́дий (химический символ — Rh; лат. Rh odium) — элемент девятой группы (в старой системе — побочной подгруппы восьмой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 45. Простое вещество родий — твёрдый переходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.

Содержание

• 1 История
• 2 Происхождение названия
• 3 Содержание в природе
• 3.1 Месторождения
• 4 Получение
• 5 Физические свойства
• 6 Изотопы родия
• 7 Химические свойства
• 8 Применение
• 8.1 Катализаторы
• 8.2 Конструкционный материал
• 8.3 Термопары
• 8.4 Материал контактных пар
• 8.5 Ювелирное дело
• 8.6 Ядерные реакторы
• 9 Цены
• 10 Биологическая роль и физиологическое воздействие
• 11 См. также
• 12 Примечания
• 13 Ссылки

История

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

Происхождение названия

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

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

Ежегодно в мире добывается менее 30 тонн родия. Месторождения родия находятся на территории ЮАР, Канады, Колумбии, России^[4].

Получение

Родий извлекают из самородной платины^[4]. 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 её с помощью NH₄Cl отделить не удается) 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 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 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 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

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

Основная статья: Изотопы родия

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

См. также: Хлориды родия

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

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 1751 день ]}), 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:

4 R h + 3 O 2 → 2 R h 2 O 3 {\displaystyle {\mathsf {4Rh+3O_{2}\rightarrow 2Rh_{2}O_{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:

2 R h + 6 K H S O 4 → 2 K 3 [ R h (S O 4) 3 ] + 3 H 2 {\displaystyle {\mathsf {2Rh+6KHSO_{4}\rightarrow 2K_{3}[Rh(SO_{4})_{3}]+3H_{2}}}}

2 R h + 3 B a O 2 → R h 2 O 3 + 3 B a O {\displaystyle {\mathsf {2Rh+3BaO_{2}\rightarrow Rh_{2}O_{3}+3BaO}}}

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

2 R h + 6 N a C l + C l 2 → 2 N a 3 [ R h C l 6 ] {\displaystyle {\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:

2 N a 3 [ R h C l 6 ] + 3 N a O H → R h (O H) 3 ↓ + 6 N a C l {\displaystyle {\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):

R h 2 O 3 + 12 H C l → 2 H 3 [ R h C l 6 ] + 3 H 2 O {\displaystyle {\mathsf {Rh_{2}O_{3}+12HCl\rightarrow 2H_{3}[RhCl_{6}]+3H_{2}O}}}

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:

2 R h F 6 + 3 C l 2 → 2 R h F 3 + 6 C l F {\displaystyle {\mathsf {2RhF_{6}+3Cl_{2}\rightarrow 2RhF_{3}+6ClF}}}

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

Применение

Катализаторы

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

Конструкционный материал

• 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

• 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

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

Ювелирное дело

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. Родием также покрывают изделия из серебра, что предотвращает их потемнение. Нанесение на ювелирное изделие родиевого покрытия уменьшает износ и увеличивает твёрдость изделия, защищая от царапин, и придаёт яркий блеск.

Ядерные реакторы

Родиевые детекторы применяются в реакторах для измерения нейтронного потока.

Цены

В феврале 2006 цены на родий достигли рекордного значения 3500 долл. за тройскую унцию^[5]. 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.

По состоянию на сентябрь 2015 года средняя цена на родий составляет 756,67 долл. за унцию^[6].