RODIO: STORIA, PROPRIETÀ, STRUTTURA, USI, RISCHI - CHIMICA - 2025

Il rodio è un metallo di transizione appartenente al gruppo del palladio e il cui simbolo chimico è Rh. È nobile, inerte in condizioni normali, mentre è raro e costoso, poiché è il secondo metallo meno abbondante nella crosta terrestre. Inoltre, non ci sono minerali che rappresentano un metodo redditizio per ottenere questo metallo.

Sebbene il suo aspetto sia quello di un tipico metallo bianco argenteo, la maggior parte dei suoi composti condividono una colorazione rossastra in comune, oltre al fatto che le loro soluzioni appaiono nei toni rosati. Ecco perché a questo metallo è stato dato il nome "rhodon", che in greco significa rosa.

Perla rodio metallizzato. Fonte: immagini ad alta risoluzione di elementi chimici

Tuttavia, le sue leghe sono l'argento, oltre che costose, poiché è mescolato con platino, palladio e iridio. Il suo alto carattere nobile lo rende un metallo quasi immune all'ossidazione, oltre che totalmente resistente all'attacco di acidi e basi forti; pertanto, i loro rivestimenti aiutano a proteggere gli oggetti metallici, come i gioielli.

Oltre al suo uso ornamentale, il rodio può anche proteggere gli strumenti utilizzati ad alte temperature e nei dispositivi elettrici.

È popolarmente noto per aiutare ad abbattere i gas tossici per auto (NO _x ) all'interno dei convertitori catalitici. Catalizza anche la produzione di composti organici, come mentolo e acido acetico.

È interessante notare che esiste solo in natura come isotopo ¹⁰³ Rh, e i suoi composti sono facili da ridurre in metallo grazie al suo carattere nobile. Di tutti i suoi numeri di ossidazione, +3 (Rh ³⁺ ) è il più stabile e abbondante, seguito da +1 e, in presenza di fluoro, +6 (Rh ⁶⁺ ).

Allo stato metallico è innocuo per la nostra salute, a meno che le sue particelle disperse nell'aria non vengano respirate. Tuttavia, i suoi composti o sali colorati sono considerati cancerogeni, oltre ad essere fortemente attaccati alla pelle.

Storia

La scoperta del rodio fu accompagnata da quella del palladio, entrambi i metalli furono scoperti dallo stesso scienziato: il chimico inglese William H. Wollaston, che nel 1803 stava esaminando un minerale di platino, presumibilmente dal Perù.

Sapevo da Hippolyte-Victor Collet-Descotils, un chimico francese, che c'erano sali rossastri nei minerali di platino, il cui colore era probabilmente dovuto a un elemento metallico sconosciuto. Quindi Wollaston digerì il suo minerale di platino in acqua regia, quindi neutralizzò l'acidità della miscela risultante con NaOH.

Da questa miscela Wollaston doveva, mediante reazioni di precipitazione, separare i composti metallici; Ha separato il platino come (NH ₄ ) ₂ , dopo aver aggiunto NH ₄ Cl, e altri metalli ha ridotto con zinco metallico. Ha cercato di sciogliere questi metalli spugnosi con HNO ₃ , lasciando due metalli e due nuovi elementi chimici: palladio e rodio.

Tuttavia, quando ha aggiunto acqua regia, ha notato che un metallo si stava appena dissolvendo, allo stesso tempo ha formato un precipitato rosso con NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Da qui deriva il suo nome: il colore rosso dei suoi composti, designato con il Parola greca "rhodon".

Questo sale è stato ridotto con zinco metallico, ancora una volta, ottenendo così rodio spugnoso. E da allora le tecniche di ottenimento migliorarono, così come la domanda e le applicazioni tecnologiche, apparendo finalmente lucenti pezzi di rodio.

Proprietà

Aspetto fisico

Metallo duro, bianco argenteo, praticamente senza strato di ossido a temperatura ambiente. Tuttavia, non è un metallo molto malleabile, il che significa che quando lo colpisci, si spezzerà.

Massa molare

102,905 g / mol

Punto di fusione

1964 ° C. Questo valore è superiore a quello del cobalto (1495 ºC), che riflette un aumento della forza del legame metallico più forte mentre scende attraverso il gruppo.

Punto di fusione

3695 ° C. È uno dei metalli con i punti di fusione più alti.

Densità

-12,41 g / mL a temperatura ambiente

-10,7 g / mL al punto di fusione, cioè proprio quando si scioglie o si scioglie

Calore di fusione

26,59 kJ / mol

Calore di vaporizzazione

493 kJ / mol

Capacità termica molare

24,98 J / (mol K)

elettronegatività

2.28 sulla scala Pauling

Energie di ionizzazione

-Primo: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gassoso)

-Secondo: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gassoso)

-Terzo: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gassoso)

Conduttività termica

150 W / (m · K)

Resistività elettrica

43,3 nΩm a 0 ° C

Durezza di Mohs

6

Ordine magnetico

Paramagnetico

Reazioni chimiche

Il rodio, sebbene sia un metallo nobile, non significa che sia un elemento inerte. Difficilmente arrugginisce in condizioni normali; ma quando viene riscaldato sopra i 600 ºC, la sua superficie inizia a reagire con l'ossigeno:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

E il risultato è che il metallo perde la sua caratteristica lucentezza argentea.

Può anche reagire con il gas fluoro:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

L'RHF ₆ è di colore nero. Se riscaldato, può trasformarsi in RhF ₅ , rilasciando fluoruro nell'ambiente. Quando la reazione di fluorurazione è condotta a secco, la formazione di RhF ₃ (solido rosso) è favorita rispetto a quella di RhF ₆ . Gli altri alogenuri: RhCl ₃ , RhBr ₃ e RhI ₃ si formano in modo simile.

Forse la cosa più sorprendente del rodio metallico è la sua estrema resistenza all'attacco di sostanze corrosive: acidi forti e basi forti. Aqua regia, una miscela concentrata di acido cloridrico e nitrico, HCl-HNO ₃ , può dissolversi con difficoltà, dando luogo a una soluzione rosata.

I sali fusi, come KHSO ₄ , sono più efficaci nel dissolverlo, poiché portano alla formazione di complessi di rodio solubili in acqua.

Struttura e configurazione elettronica

Gli atomi di rodio cristallizzano nella struttura cubica centrata sulla faccia, fcc. Gli atomi Rh rimangono uniti grazie al loro legame metallico, una forza responsabile su scala macro delle proprietà fisiche misurabili del metallo. In questo legame intervengono gli elettroni di valenza, che sono dati secondo la configurazione elettronica:

4d ⁸ 5s ¹

È quindi un'anomalia o un'eccezione, poiché ci si aspetterebbe che abbia due elettroni nel suo orbitale 5s e sette nell'orbitale 4d (obbedendo al diagramma di Moeller).

Ci sono un totale di nove elettroni di valenza che, insieme ai raggi atomici, definiscono il cristallo fcc; struttura che sembra essere molto stabile, dal momento che si trovano poche informazioni su altre possibili forme allotropiche sotto diverse pressioni o temperature.

Questi atomi di Rh, o meglio i loro grani cristallini, possono interagire in modo tale da creare nanoparticelle con morfologie differenti.

Quando queste nanoparticelle Rh crescono su un modello (un aggregato polimerico, per esempio), acquisiscono le forme e le dimensioni della sua superficie; quindi, le sfere mesoporose di rodio sono state progettate per soppiantare il metallo in alcune applicazioni catalitiche (che accelerano le reazioni chimiche senza essere consumate nel processo).

Numeri di ossidazione

Poiché ci sono nove elettroni di valenza, è normale supporre che il rodio possa "perderli tutti" nelle sue interazioni all'interno di un composto; cioè, assumendo l'esistenza del catione Rh ⁹⁺ , con un numero di ossidazione o stato di 9+ o (IX).

I numeri di ossidazione positivi e trovati per il rodio nei suoi composti vanno da +1 (Rh ⁺ ) a +6 (Rh ⁶⁺ ). Di tutti loro, +1 e +3 sono i più comuni, insieme a +2 e 0 (rodio metallico, Rh ⁰ ).

Ad esempio, in Rh ₂ O ₃ il numero di ossidazione del rodio è +3, poiché se si assume l'esistenza di Rh ³⁺ e un carattere ionico al 100%, la somma delle cariche sarà uguale a zero (Rh ₂ ³⁺ Oppure ₃ ^2- ).

Un altro esempio è rappresentato da RhF ₆ , in cui ora il suo numero di ossidazione è +6. Anche in questo caso, solo la carica totale del composto rimarrà neutra se si presume l'esistenza di Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

Più elettronegativo è l'atomo con il quale il rodio interagisce, maggiore è la sua tendenza a mostrare numeri di ossidazione più positivi; questo è il caso di RhF ₆ .

Nel caso di Rh ⁰ , corrisponde ai suoi atomi del cristallo fcc coordinati con molecole neutre; ad esempio, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Come si ottiene il rodio?

svantaggi

A differenza di altri metalli, non esiste un minerale disponibile che sia abbastanza ricco di rodio da essere economico da ottenere da esso. Ecco perché è piuttosto un prodotto secondario della produzione industriale di altri metalli; in particolare quelli nobili o loro congeneri (gli elementi del gruppo del platino) e il nichel.

La maggior parte dei minerali utilizzati come materie prime proviene da Sud Africa, Canada e Russia.

Il processo produttivo è complesso perché, pur essendo inerte, il rodio è in compagnia di altri metalli nobili, oltre ad avere impurità difficilmente rimovibili. Pertanto, devono essere eseguite diverse reazioni chimiche per separarlo dalla matrice mineralogica iniziale.

Processi

La sua bassa reattività chimica lo mantiene inalterato durante l'estrazione dei primi metalli; finché rimangono solo i nobili (l'oro tra loro). Quindi, questi metalli nobili vengono trattati e fusi in presenza di sali, come NaHSO ₄ , per averli in una miscela liquida di solfati; in questo caso, Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

A questa miscela di solfati, da cui ogni metallo viene precipitato separatamente attraverso diverse reazioni chimiche, viene aggiunto NaOH per formare idrossido di rodio, Rh (OH) _x .

Il Rh (OH) _x viene ridisciolto aggiungendo HCl per formare H ₃ RhCl ₆ , che è ancora disciolto e mostra un colore rosa. Quindi H ₃ RhCl ₆ reagisce con NH ₄ Cl e NaNO ₂ precipitando come (NH ₄ ) ₃ .

Di nuovo, il nuovo solido viene ridisciolto in più HCl e il mezzo viene riscaldato fino a quando una spugna di rodio metallico precipita mentre le impurità vengono bruciate.

applicazioni

Rivestimenti

Piccolo contrabbasso placcato argento rodiato. Fonte: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Il suo carattere nobile è utilizzato per rivestire pezzi metallici con un rivestimento dello stesso. In questo modo, gli oggetti d'argento vengono rivestiti di rodio per proteggerlo dall'ossidazione e dall'oscuramento (formando uno strato nero di AgO e Ag ₂ S), oltre a diventare più riflettente (lucido).

Tali rivestimenti sono utilizzati in indumenti di gioielleria, riflettori, strumenti ottici, contatti elettrici e filtri a raggi X nella diagnostica del cancro al seno.

leghe

Non è solo un metallo nobile ma anche duro. Questa durezza può essere conferita alle leghe che compone, soprattutto quando si tratta di palladio, platino e iridio; di cui quelli di Rh-Pt sono i più conosciuti. Inoltre, il rodio migliora la resistenza di queste leghe alle alte temperature.

Ad esempio, le leghe di rodio-platino vengono utilizzate come materiale per realizzare vetri in grado di modellare il vetro fuso; nella fabbricazione di termocoppie, in grado di misurare temperature elevate (oltre 1000 ºC); crogioli, boccole per la pulizia di vetroresina, bobine di forni a induzione, motori a turbina di aerei, candele, ecc.

Catalizzatori

Convertitore catalitico di un'auto. Fonte: Ballista

Il rodio può catalizzare le reazioni come metallo puro o coordinato con ligandi organici (organorodi). Il tipo di catalizzatore dipende dalla reazione specifica da accelerare e da altri fattori.

Ad esempio, nella sua forma metallica può catalizzare la riduzione degli ossidi di azoto, NO _x , ai gas ambientali ossigeno e azoto:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Questa reazione si verifica costantemente su base giornaliera: nei convertitori catalitici di veicoli e motocicli. Grazie a questa riduzione, i gas NO _x non inquinano le città in misura peggiore. A tale scopo sono state utilizzate nanoparticelle di rodio mesoporose, che migliorano ulteriormente la decomposizione dei gas NO _x .

Il composto, noto come catalizzatore di Wilkinson, viene utilizzato per idrogenare (aggiungere H ₂ ) e idroformilare (aggiungere CO e H ₂ ) alcheni per formare rispettivamente alcani e aldeidi.

I catalizzatori di rodio vengono utilizzati brevemente per idrogenare, carbonilare (aggiungere CO) e idroformilato. Il risultato è che molti prodotti dipendono da loro, come nel caso del mentolo, un composto chimico essenziale nel chewing gum; oltre ad acido nitrico, cicloesano, acido acetico, organosilicio, tra gli altri.

rischi

Il rodio, essendo un metallo nobile, anche se penetrasse nel nostro corpo, i suoi atomi di Rh non potrebbero (per quanto ne sa) essere metabolizzati. Pertanto, non rappresentano alcun rischio per la salute; A meno che non ci siano troppi atomi di Rh dispersi nell'aria, che potrebbero finire per accumularsi nei polmoni e nelle ossa.

Infatti, nei processi di rodiatura su gioielli o gioielli in argento i gioiellieri sono esposti a questi “sbuffi” di atomi; motivo per cui hanno sofferto di fastidio al loro sistema respiratorio. Per quanto riguarda il rischio del suo solido finemente suddiviso, non è nemmeno infiammabile; tranne quando si brucia in presenza di OF ₂ .

I composti del rodio sono classificati come tossici e cancerogeni, i cui colori macchiano in profondità la pelle. Ecco un'altra chiara differenza nel modo in cui le proprietà di un catione metallico variano rispetto al metallo da esso.

E infine, in materia ecologica, la scarsa abbondanza di rodio e la sua scarsa assimilazione da parte delle piante lo rendono un elemento innocuo in caso di fuoriuscite o sprechi; purché sia ​​rodio metallico.

Riferimenti

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