Rodyum

Rodyum, ₄₅Rh
Rodyum
Telaffuz	/ˈroʊdiəm/ (ROH-dee-əm)
Görünüm	simli beyaz metalik
Standart atom ağırlığı Ar, std(Rh)	102.90549(2)
Periyodik tablodaki Rodyum
	rutenyum ← rodyum → paladyum
Atom numarası (Z)	45
Grup	9. grup
Period	periyot 5
Blok	d-blok
Element kategorisi	Geçiş metali
Elektron konfigürasyonu	[Kr] 4d8 5s1
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 16, 1
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	2237 K (1964 °C, 3567 °F)
Kaynama noktası	3968 K (3695 °C, 6683 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	12.41 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	10.7 g/cm3
Isı entalpisi	26.59 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	493 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	24.98 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−3, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 (bir amfoterik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.28
İyonlaşma enerjisi	1.: 719.7 kJ/mol ; 2.: 1740 kJ/mol ; 3.: 2997 kJ/mol ; ;
Atom yarıçapı	deneysel: 134 pm
Kovalent yarıçapı	142±7 pm
	; rodyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	yüz merkezli kübik (fcc)
Sesin hızı kalay çubuk	4700 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	8.2 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik	150 W/(m·K)
Elektriksel direnç	43.3 nΩ·m (at 0 °C)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Manyetik alınganlık	+111.0·10−6 cm3/mol (298 K)
Young modülü	380 GPa
Kayma modülü	150 GPa
Bulk modülü	275 GPa
Poisson oranı	0.26
Mohs sertliği	6.0
Vickers sertliği	1100–8000 MPa
Brinell sertliği	980–1350 MPa
CAS Numarası	7440-16-6
Tarihçe
Keşfeden ve ilk izolasyon	William Hyde Wollaston (1804)
rodyum ana izotopları
γ	–
IT	101Rh
γ	–
γ	–
γ	–
β+	102Ru
β−	102Pd
γ	–
γ	–
	view; talk; edit; \| referanslar

Rodyum sembolü Rh ve atom numarası 45 olan kimyasal bir elementtir. Nadir, gümüşi beyaz, sert, korozyona dayanıklı ve kimyasal olarak inert bir geçiş metalidir. Asil bir metaldir ve platin grubunun bir üyesidir. Sadece tek bir doğal olarak oluşan ¹⁰³Rh izotopu vardır. Doğal olarak oluşan rodyum genellikle benzer metallere sahip bir alaşım olarak serbest metal olarak ve nadiren bowieit ve rodoplumit gibi minerallerde kimyasal bir bileşik olarak bulunur. En nadir ve en değerli değerli metallerden biridir.

Rodyum, platin grubu metallerin diğer üyeleri ile birlikte platin veya nikel cevherlerinde bulunur. 1803 yılında William Hyde Wollaston tarafından böyle bir cevherde keşfedildi ve klor bileşiklerinden birinin gül rengi olarak adlandırıldı.

Elementin ana kullanımı (dünya rodyum üretiminin yaklaşık %80'i) otomobillerdeki üç yollu katalitik konvertörlerde katalizörlerden biridir. Rodyum metali korozyona ve en agresif kimyasallara karşı inert olduğundan ve nadir olması nedeniyle rodyum genellikle platin veya paladyum ile alaşımlanır ve yüksek sıcaklık ve korozyona dirençli kaplamalarda uygulanır. Beyaz altın, görünümünü iyileştirmek için genellikle ince bir rodyum tabakasıyla kaplanırken, gümüş, kararmaya karşı direnç için genellikle rodyum kaplıdır. Rodyum bazen silikonları iyileştirmek için kullanılır; bir kısmı bir silikon hidrid ve diğeri bir vinil sonlandırılmış silikon içeren iki parçalı bir silikon karıştırılır. Bu sıvılardan biri bir rodyum kompleksi içerir.

Rodyum detektörleri, nötron akı seviyesini ölçmek için nükleer reaktörlerde kullanılır. Rodyumun diğer kullanımları arasında ilaç öncülerini oluşturmak için kullanılan asimetrik hidrojenasyon ve asetik asit üretimi için işlemler yer alır.

Karakteristikleri

Rodyum, yüksek yansıtma özelliğine sahip sert, gümüşi, dayanıklı bir metaldir. Rodyum metali, ısıtıldığında bile normalde oksit oluşturmaz. Oksijen atmosferden sadece rodyumun erime noktasında emilir, ancak katılaşma üzerine salınır. Rodyum platinden daha yüksek bir erime noktasına ve daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Çoğu asit tarafından saldırıya uğramaz: nitrik asitte tamamen çözünmez ve aqua regiada hafifçe çözünür.

Kimyasal özellikler

Rodyum periyodik tablonun 9. grubuna aittir, ancak en dış kabuklardaki elektronların konfigürasyonu grup için atipiktir. Bu anomali komşu elementler olan niyobyum (41), rutenyum (44) ve paladyumda (46) da görülür.

Rodyumun ortak oksidasyon durumu +3'tır, ancak 0 ila +6 arasındaki oksidasyon durumları da gözlenir.

Rutenyum ve osmiyumdan farklı olarak, rodyum uçucu oksijen bileşikleri oluşturmaz. Bilinen kararlı oksitler arasında Rh
2O
3, RhO
2, RhO
2·xH
2O, Na
2RhO
3, Sr
3LiRhO
6 ve Sr
3NaRhO
6 bulunur. Halojen bileşikleri neredeyse tüm olası oksidasyon durumlarında bilinmektedir. Rodyum (III) klorür, rodyum (IV) florür, rodyum (V) florür ve rodyum (VI) florür bunlara örnektir. Düşük oksidasyon durumları sadece ligandların varlığında stabildir.

En iyi bilinen rodyum-halojen bileşiği Wilson katalizörü klorotris (trifenilfosfin) rodyumudur (I). Bu katalizör, alkenlerin hidroformilasyonunda veya hidrojenasyonunda kullanılır.

İzotopları

Doğal olarak oluşan rodyum sadece bir izotop olan ¹⁰³Rh'den oluşur. En kararlı radyoizotoplar 3.3 yıl yarı ömürlü ¹⁰¹Rh, 207 günlük yarı ömürlü ¹⁰²Rh, 2.9 yıl yarı ömürlü ^102mRh ve 16.1 günlük yarı ömürlü ⁹⁹Rh'dir. Yirmi başka radyoizotop, 92.926 u (⁹³Rh) ila 116.925 u (¹¹⁷Rh) arasında değişen atomik ağırlıklarla karakterize edilmiştir. Bunların çoğu, ¹⁰⁰Rh (20.8 saat) ve ¹⁰⁵Rh (35.36 saat) hariç, bir saatten daha kısa yarılanma ömrüne sahiptir. Rodyum çok sayıda meta duruma sahiptir, en kararlı olanı yaklaşık 2.9 yıl yarılanma ömrüne sahip ^102mRh (0.141 MeV) ve 4.34 günlük yarılanma ömrüne sahip ^101mRh (0.157 MeV)'dir (rodyum izotoplarına bakınız).

103'ten az olan izotoplarda (kararlı izotop), birincil bozunma modu elektron yakalama ve birincil bozunma ürünü rutenyumdur. 103'ten büyük izotoplarda, birincil bozunma modu beta emisyonudur ve birincil ürün paladyumdur.

Tarihçe

Rodyum (Yunan gülü (roseον) "gül" anlamına gelir) 1803 yılında paladyum keşfinden hemen sonra William Hyde Wollaston tarafından keşfedilmiştir. Muhtemelen Güney Amerika'dan elde edilen ham platin cevheri kullandı. Prosedürü, cevheri aqua regiada çözmeyi ve asidi sodyum hidroksit (NaOH) ile nötralize etmeyi içeriyordu. Daha sonra amonyum klorür (NH
4Cl) ilave edilerek platini amonyum kloroplatinat olarak çöktürdü. Bakır, kurşun, paladyum ve rodyum gibi diğer metallerin çoğu çinko ile çökeltildi. Seyreltilmiş nitrik asit paladyum ve rodyum hariç hepsini çözdü. Bunlardan paladyum aqua regia içinde çözüldü, ancak rodyum olmadı ve rodyum Na
3[RhCl
6]·nH
2O olarak sodyum klorür ilave edilerek çöktürüldü. Etanol ile yıkandıktan sonra, gül kırmızısı çökelti çinko ile reaksiyona sokuldu, bu rodyum iyonik bileşik içinde yer değiştirdi ve böylece rodyum serbest metal olarak serbest bırakıldı.

Keşfedildikten sonra, nadir element sadece küçük uygulamalara sahipti; örneğin, yüzyılın başlarında, 1800 °C'ye kadar sıcaklıkları ölçmek için rodyum içeren termokupllar kullanıldı. 1300 ila 1800 °C sıcaklık aralığında son derece iyi stabiliteye sahiptirler.

İlk büyük uygulama dekoratif kullanımlar ve korozyona dayanıklı kaplama olarak elektrokaplama idi. Üç yollu katalitik konvertörün 1976'da Volvo tarafından piyasaya sürülmesi rodyum talebini artırdı. Önceki katalitik konvertörler platin veya paladyum kullanırken, üç yollu katalitik konvertör egzozdaki NO_x miktarını azaltmak için rodyum kullandı.

Oluşum

Rh fiyat gelişimi

Rodyum, Dünya kabuğundaki en nadir elementlerden biridir ve milyonda yaklaşık 0.0002 parça (2 × 10⁻¹⁰) içerir. Nadir olması, fiyatı ve ticari uygulamalarda kullanımını etkiler. Nikel göktaşlarındaki rodyum konsantrasyonu tipik olarak milyarda 1 parçadır. Rodyum, bazı patateslerde 0.8 ila 30 ppt arasındaki konsantrasyonlarda ölçülmüştür.

Madencilik ve fiyat

Endüstriyel olarak rodyum çıkarımı karmaşıktır, çünkü cevherler paladyum, gümüş, platin ve altın gibi diğer metallerle karıştırılır ve çok az rodyum taşıyan mineral vardır. Platin cevherlerinde bulunur ve kaynaşması zor beyaz bir atıl metal olarak çıkarılır. Başlıca kaynaklar Güney Afrika'da bulunmaktadır; Ural Dağları'nın nehir kumlarında; ve Kuzey Amerika'da, Sudbury, Ontario, bölgesinin bakır-nikel sülfür madenciliği alanı dahil. Sudbury'deki rodyum bolluğu çok küçük olmasına rağmen, büyük miktarda işlenmiş nikel cevheri rodyum geri kazanımını uygun maliyetli hale getirir.

Rodyumun ana ihracatçısı Güney Afrika'dır (2010'da yaklaşık %80) ve bunu Rusya takip etmektedir. Yıllık dünya üretimi 30 tondur. Rodyum fiyatı oldukça değişkendir. 2007 yılında, rodyum altından yaklaşık sekiz kat, gümüşten 450 kat ve bakırdan 27.250 kat daha fazladır. 2008 yılında, fiyat kısaca ons başına 10.000 $ 'ın üzerine çıktı (kilogram başına 350.000 $). 2008'in 3. çeyreğinde yaşanan ekonomik yavaşlama, rodyum fiyatlarını ons başına 1.000 doların (kilogram başına 35.000 $) altına düştü; fiyat 2010 başlarında (kilogram başına 97.000 dolar) (altın fiyatının iki katından fazla) 2.750 dolara yükseldi, ancak 2013'ün sonlarında fiyatlar 1000 dolardan azdı.

Siyasi ve finansal sorunlar petrol fiyatlarının ve arz fazlasının çok düşük olmasına yol açarak çoğu metalin fiyatının düşmesine neden oldu. Çin, Hindistan ve diğer gelişmekte olan ülkelerin ekonomileri 2014 ve 2015'te yavaşladı. Sadece 2014 yılında Çin'de motosiklet hariç 23.722.890 motorlu taşıt üretildi. Bu, Kasım 2015'in sonlarında Troy ons (31.1 gram) başına 740.00 ABD Doları rodyum fiyatıyla sonuçlandı.

Kullanılmış nükleer yakıtlar

Rodyum uranyum-235'in bir fisyon ürünüdür: her kilogram fizyon ürünü önemli miktarda daha hafif platin grubu metalleri içerir. Bu nedenle kullanılan nükleer yakıt potansiyel bir rodyum kaynağıdır, ancak ekstraksiyon karmaşık ve pahalıdır ve rodyum radyoizotoplarının varlığı, en uzun ömürlü izotopun (yarılanma ömrü ile ¹⁰¹Rh) birden fazla yarı ömür için bir soğutma depolama süresi gerektirir. 3.3 yıl ve yarı ömrü 2.9 yıl olan ^102mRh) veya yaklaşık 10 yıl. Bu faktörler kaynağı itici kılar ve büyük ölçekli ekstraksiyon denenmez.

Uygulamalar

Bu elementin birincil kullanımı, zararlı yanmamış hidrokarbonlar, karbon monoksit ve azot oksit egzoz emisyonlarını daha az zararlı gazlara dönüştüren katalitik konvertör olarak otomobillerdir. 2012 yılında dünya çapında tüketilen 30.000 kg rodyumun %81'i (24.300 kg) bu uygulamaya girdi ve eski dönüştürücülerden 8.060 kg geri kazanıldı. Cam endüstrisinde, çoğunlukla fiberglas ve düz panel cam üretimi için yaklaşık 964 kg rodyum ve kimya endüstrisinde 2.520 kg kullanılmıştır.

Katalizatör

Rodyum, azot oksitlerin azot ve oksijene indirgenmesinde diğer platin metallere tercih edilir:

2 NO
x → x O
2 + N
2

Rodyum katalizörleri, bir dizi endüstriyel işlemde, özellikle de Monsanto işlemiyle asetik asit üretmek için metanolün katalitik karbonilasyonunda kullanılır. Ayrıca, bazı silikon kauçukların üretiminde önemli bir işlem olan moleküler çift bağlara hidrosilanların ilavesini katalizlemek için de kullanılır. Rodyum katalizörleri, benzeni sikloheksana azaltmak için de kullanılır.

BINAP ile bir rodyum iyonunun kompleksi, mentol sentezinde olduğu gibi kiral sentez için yaygın olarak kullanılan bir kiral katalizördür.

Süs kullanımları

Rodyum mücevherlerde ve süslemelerde kullanım bulur. Satış sırasında yansıtıcı beyaz bir yüzey vermek için beyaz altın ve platin üzerine elektroliz edilir, daha sonra ince tabaka kullanımla yıpranır. Bu, mücevher işinde yanıp sönen rodyum olarak bilinir. Ayrıca kararmaya karşı gümüşün kaplanmasında da kullanılabilir (gümüş sülfür, Ag₂S, atmosferik hidrojen sülfür, H₂S). Katı (saf) rodyum takıları, yüksek fiyattan daha fazla imalat zorluğu (yüksek erime noktası ve zayıf dövülebilirlik) nedeniyle çok nadirdir. Yüksek maliyet, rodyumun yalnızca bir elektrolizle kaplanmasını sağlar. Gümüş, altın veya platin gibi daha yaygın olarak kullanılan metaller yetersiz görüldüğünde, rodyum onur veya elit durumunu belirtmek için de kullanılmıştır. 1979'da Guinness Rekorlar Kitabı Paul McCartney'e tarihin en çok satan şarkı sözü yazarı ve kayıt sanatçısı olduğu için rodyum kaplama bir disk verdi.

Diğer kullanımlar

78 g rodyum örneği
Rodyum kaplama beyaz altın alyans

Rodyum, platin ve paladyumun korozyon direncini sertleştirmek ve geliştirmek için bir alaşım maddesi olarak kullanılır. Bu alaşımlar fırın sargılarında, cam elyaf üretimi için burçlarda, termokupl elemanlarında, uçak bujileri için elektrotlarda ve laboratuvar potalarında kullanılır. Diğer kullanımlar şunları içerir:

Küçük elektrik direnci, küçük ve kararlı temas direnci ve mükemmel korozyon direnci için değer verilen elektrik kontakları.
Elektrokaplama veya buharlaştırma ile kaplanmış rodyum optik aletler için son derece sert ve kullanışlıdır.
Mamografi sistemlerinde ürettiği karakteristik X-ışınları için filtreler.
Rodyum nötron dedektörleri, nötron akı seviyelerini ölçmek için nükleer reaktörlerde kullanılır - bu yöntem, mevcut nötron akı seviyesini belirlemek için üç ayrı sinyal üreten dijital bir filtre gerektirir: her biri kendi sinyaline sahip olan anlık, birkaç saniye gecikme ve dakika gecikmesi seviye; her üçü de rodyum detektör sinyalinde birleştirilir. Üç Palo Verde nükleer reaktörünün her biri 305 rodyum nötron detektörüne, beş dikey seviyenin her birinde 61 detektöre sahiptir, reaktivitenin doğru bir 3D "resmini" sağlar ve ince ayarın nükleer yakıtı en ekonomik şekilde tüketmesine izin verir.

Önlemler

Asil bir metal olan saf rodyum inerttir. Bununla birlikte, rodyumun kimyasal kompleksleri reaktif olabilir. Sıçanlar için ortalama ölümcül doz (LD₅₀), kilogram vücut ağırlığı başına 198 mg rodyum klorürdür (RhCl
3). Doğada kimyasal bileşikler olarak meydana gelmek için çok inert olan diğer asil metaller gibi, rodyumun herhangi bir biyolojik işleve hizmet ettiği bulunmamıştır. Temel formda metal zararsızdır.

İnsanlar solunduğunda işyerinde rodyuma maruz kalabilir. İş Sağlığı ve Güvenliği İdaresi (OSHA), 8 saatlik bir çalışma günü boyunca işyerinde rodyum maruziyeti için 0,1 mg/m³ olarak yasal sınır (İzin verilen maruz kalma limiti) belirlemiştir ve Ulusal İş Sağlığı ve Güvenliği Enstitüsü (NIOSH) önerilen pozlama sınırını (REL) aynı seviyededir. 100 mg/m³ seviyelerinde, rodyum yaşam veya sağlık için tehlikelidir. Çözünür bileşikler için, PEL ve REL'in her ikisi de 0.001 mg/m³'tür.

Kaynak

↑ Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ "Rhodium: rhodium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. 2007-12-10 Alınmıştır.
↑ Lide, D. R., ed. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[2] "Rhodium: rhodium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. 2007-12-10 Alınmıştır.

[3] Lide, D. R., ed. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.

[4] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[1]

[2]

[3]

[4]