Родій

Родій (Rh)
Атомний номер	45
Зовнішній вигляд простої речовини	сріблясто-білий твердий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	102,9055 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	134 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	719,5(7,46) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Kr] 4d8 5s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	125 пм
Радіус іона	(+2e)86 пм, (+3e)68 пм
Електронегативність (за Полінгом)	2,28
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	5, 4, 3, 2, 1, 0
Термодинамічні властивості
Густина	12,41 г/см³
Молярна теплоємність	0,244 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	150 Вт/(м·К)
Температура плавлення	2239 К
Теплота плавлення	21,8 кДж/моль
Температура кипіння	4000 К
Теплота випаровування	494 кДж/моль
Молярний об'єм	8,3 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна гранецентрована
Період ґратки	3,800 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	480[1] К
Інші властивості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Родій у Вікісховищі

Родій (Rh) — хімічний елемент з атомним номером 45, а також його проста речовина — сріблястий блискучий метал, що належить до платинових металів.

Це рідкісний і розсіяний елемент. У природі є один стабільний ізотоп ¹⁰³Rh. Родій хімічно пасивний. Густина 12410 кг/м³; t_плав 1963 °С; t_кип 3700 °С.

Відкритий Вільямом Волластоном 1804 року під час вивчення самородної південноамериканської платини. Розчинивши платину в царській воді, Волластон помітив, що вона набула рожевого кольору. Цей колір зберігся після осадження платини і паладію. Виділивши з розчину темно-червоний порошок, він пропік його у водневій атмосфері, отримавши важкий сріблястий метал^[2].

Назва походить від грецького грец. ροδον — рожевий, оскільки багато його сполук мають рожевий колір.

Родій — важкий перехідний метал, платиноїд. У порошкоподібному вигляді має темний колір (родієва чернь), а при сплавлянні — сріблястий блиск. Густина родію — 12,41 г/см³, температура плавлення — 2233 К, кипіння — 3973 К. Головною особливістю родію є його висока стійкість до хімічного і механічного впливу, що, втім, сильно залежить від його чистоти.

Модуль пружності родію за нормальних умов становить 38,64 МПа, модуль зсуву — 4,2 МПа, твердість за Брінеллем — 989,8 МПа^[3]. Має дуже малу леткість — навіть знаходячись у вакуумі за високої температури.

Енергії іонізації: 7,46, 18,07 і 31,05 еВ^[3].

Питомий опір — 4,33×10⁻⁸ Ом·м, температурний коефіцієнт електричного опору — 0,00457 К⁻¹. Магнітна проникність — 0,9903×10⁻⁶ (у гаусових одиницях), тобто родій є парамагнетиком^[3].

На відміну від багатьох інших металів, родій не має різних алотропічних форм — єдина ґратка, яку він утворює, це кубічна гранецентрована з періодом 0,3803 нм^[4].

У видимому спектрі відбивна здатність родія складає 80 % і зростає при збільшенні довжини хвилі, досягаючи 95 % для мікрохвильового випромінення^[5].

Як і інші метали цієї групи він вкрай малоактивний. У вигляді губки або зливка не окислюється на повітрі. З киснем починає взаємодіяти лише за температури вище 1100 °C. С хлором взаємодіє за 250 °C, з бромом — за більш високих температур. З фтором майже не взаємодіє навіть за температури червоного каління^[6]. Майже не взаємодіє з кислотами — як розведеними так і концентрованими. Не розчиняється у царській воді^[7].

У сполуках зазвичай має ступінь окиснення +3, рідше +1, +2, +4 або +6^[3].

У виді порошку поглинає водень (у тисячі разів більше за власний об'єм)^[6].

Існує один природний ізотоп родію, ¹⁰³Rh. Крім нього штучно були отримані 58 нестабільних ізотопів з масовими числами від 89 до 126. 21 цих ізотопів — метастабільні. Найбільш довгоживучими з них є ¹⁰²Rh(метастабільний ізотоп з цим масовим числом живе 3,7 років, а звичайний — 207 днів) і ¹⁰¹Rh (період напіврозпаду — 3,3 роки)^[8].

Середній вміст родію у земній корі 10^-7 % за масою. Вміст родію підвищений в ультраосновних вивержених породах. Власних мінералів родій не має. Міститься у вигляді ізоморфної домішки в мінералах самородної платини і групи осмистого іридію (до 3,3 %), а також в мідно-нікелевих рудах. Рідкісний різновид осмистого іридію — родієвий нев'янськіт — найбагатший на родій мінерал (до 11,3 % родію).

Найбільшим постачальником родію є Південно-Африканська Республіка, що видобуває майже 80 % усього родію в світі. Також в трійку лідерів за видобутком входять Росія і Зімбабве^[9].

Родій є одним з продуктів розпаду урану, тому в значних кількостях утворюється в ядерних реакторах. За деякими оцінками, очищення відпрацьованого ядерного палива могло б майже повністю задовольнити світову потребу в родії^[10].

Отримання родію, як й інших платинових металів, — дуже трудомісткий процес. Труднощі полягають у доволі слабкій реакційній здатності платинових елементів, які дуже важко розділити. Родій добувають із анодних відходів під час виробництва міді й нікелю. Їх (відходи) обробляють царською водою, при цьому Ag, Au, Pt, Pd переходять у розчин, а Os, Ir, Rh залишаються в осаді (родій у вигляді хлориду). Осад сплавляють із гідрогенсульфатом натрію й переводять родій у водорозчинний Rh₂(SO₄)₃. Осаджують його лугом у Rh(OH)₃, потім дією соляної кислоти переводять у H₃[RhCl₆] і знову осаджують дією нітриту натрію з хлоридом амонію у (NH₄)₃[Rh(NO₂)₆] і переводять у (NH₄)₃[RhCl₆] — комплекс, який відновлюють воднем до металу.

${\displaystyle \mathrm {2\ {(NH_{4})}_{3}{[RhCl_{6}]+3\ H_{2}}\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {2\ Rh+6\ NH_{4}^{+}+6\ Cl^{-}+6\ HCl} }$

У 2018 році світове споживання родію склало 21,5 тонну^[11]. Ціна родію у тому ж році складала 1700-2700 доларів за унцію (тобто, 55-85 тисяч доларів за кілограм). Ціна на родій сильно коливається — в 2021 році вона становила 29500 доларів за унцію^[12].

Родій і його сплави є каталізаторами у багатьох реакціях. Найбільш масово він використовується для виробництва каталітичних нейтралізаторів, що перетворюють чадний газ і оксиди азоту на воду, азот, кисень і вуглекислий газ — на ці потреби йде близько 80 % усього світового видобутку родію^[13]. Серед інших реакцій, що каталізуються родієм, можна виділити карбонілювання бутадієну^[14], гідрування алкенів (за допомогою каталізатора Вілкінсона), отримання азотної кислоти з аміаку і кисню^[15], утворення оцтової кислоти з метанолу (процес Монсанто).

У деяких каталізаторах використовуються сплави родію з платиною і паладієм^[16].

Платинові каталізатори, що використовуються для прискорення таких реакцій як процес Андруссова, що проходять за великих температур, виготовляють з додаванням родію для більшої стійкості^[17].

Платина і родієво-платинові сплави погано змочуються розплавленим склом^[18], тому з них виготовляють обладнання для високотехнологічного склярства, наприклад, фільєри для виготовлення скловолокна або плоскопанельних дисплеїв. Родій у цих сплавах додає фільєрам міцності і запобігає їх повзучій деформації^[19].

Родій у кілька разів дорожчий за золото, і складний в обробці, тому безпосередньо з нього ювелірних прикрас не виготовляють, проте його використовують для гальванічного покриття виробів зі срібла і золота для збільшення їх довговічності. Цей процес називають родіюванням. На родії менш помітні подряпини, і його блиск не тьмяніє з часом. Вироби з білого золота (сплаву золота з нікелем або паладієм) частіше родіюють, щоб приховати жовтий відтінок. Родієве покриття стирається за 5-10 років^[20]. Товщина шару родію що наноситься становить від 0,1 до 1 мікрона в залежності від зношуваності виробу (менше для сережок, більше для перснів)^[21].

Окрім захисних властивостей, родій також оберігає від прояву алергічних реакцій на домішки у золоті та сріблі, оскільки належить до гіпоалергенних металів. Для цього прикрасу покривають родієм локально (аби певна частина тіла уникала контакту з прикрасою) або цілком^[22].

Термопари з родію і платини можуть використовуватися для вимірювання температури до 1750 °C, а з родію й іридію — до 2000°C^[23]. Залізо-родієвий сплав використовують у термометрах опору, що вимірюють низькі температури (до 1,4 К)^[24][25].

Родієве покриття використовують у приладах, що вимірюють механічні властивості рідин, які спричиняють корозію (наприклад, кислот)^[26].

Родій використовується як робоче тіло в автономних детекторах теплових нейтронів, що використовуються у ядерних реакторах^[27].

Додавання родію в платину значно покращує її механічні властивості: збільшує міцність, стійкість до корозії і окиснення при високих температурах, температуру плавлення. Такі сплави використовуються для виготовлення лабораторного обладнання, особливо такого, що працює за високих температур, або такого, що нагрівається струмом (через більш високий питомий опір)^[17].

Десятивідсотковий сплав родію з платиною використовується для виготовлення свічок розжарювання у турбінах літаків, оскільки такі свічки працюють в умовах одночасного високого термічного, механічного і хімічного навантаження^[17].

Родій використовується для покриття електроконтактів через його стійкість до електрокорозії, відсутність перехідного опору, механічну міцність (важливо для ковзних контактів)^[28].

Родій використовується як покриття для стоматологічних дзеркал^[29], а також дзеркал для потреб лазерних технологій^[30]. Такі дзеркала не тьмяніють з часом, і їхні властивості мало залежать від температури^[26].

Хлорид родію має антивірусну дію, а деякі його сполуки мають антиканцерогенні властивості^[16].

Кількість родію, з якою людина контактує протягом життя вкрай мала (концентрація родію у крові людини — менше 0,4 нанограм/л^[31]), тому його впливу на здоров'я наразі не виявлено, хоча очікується, що у значних концентраціях він може мати негативний вплив на здоров'я. Родій є токсичним для деяких видів бактерій^[32]. Тварини, які отримували ін'єкцію трихлориду родію ставали в'ялими, і іноді впадали в летаргію. Розчин солей родію при потраплянні в очі викликає легке подразнення^[33]. Деякі сполуки родію селективно зв'язуються з окремими лініями ракових клітин, що може бути використане для терапії відповідних форм раку^[34].

• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• Потапов В.М., Хомченко В.П. Химия: учебник. — М. : «Высшая школа», 1982. — 367 с.
• И.А. Федоров. Родий. — М. : «Наука», 1966. — 275 с.
• К.А. Гемпел. Справочник по редким металлам. — М. : «Мир», 1965. — 940 с. — ISBN 5-4582-8306-6.
• P.K. Nag. Basic Mechanical Engineering. — New Deli : Tata McGraw-Hill Education, 2009. — 224 с. — ISBN 9780070085633.
• Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.