로듐 : 역사, 속성, 구조, 용도, 위험 - 화학 - 2025

로듐 화학적 인 심볼의 Rh 인 팔라듐의 그룹에 속하는 전이 금속이다. 그것은 지각에서 두 번째로 덜 풍부한 금속이기 때문에 희귀하고 비싸지 만 정상적인 조건에서는 고귀하고 불활성입니다. 또한,이 금속을 얻는 유익한 방법을 나타내는 광물은 없습니다.

외관은 전형적인 은백색 금속이지만, 대부분의 화합물은 용액이 분홍빛이 도는 톤으로 보인다는 사실 외에도 공통적으로 붉은 색을 띱니다. 그래서이 금속은 그리스어로 분홍색을 뜻하는 'rhodon'이라는 이름이 붙여졌습니다.

메탈릭 로듐 펄. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

그러나 그 합금은 백금, 팔라듐 및 이리듐과 혼합되어 있기 때문에은이며 비싸다. 높은 고귀한 특성으로 인해 산화에 거의 면역이 될뿐만 아니라 강산과 염기의 공격에 완전히 저항하는 금속입니다. 따라서 코팅은 보석과 같은 금속 물체를 보호하는 데 도움이됩니다.

로듐은 장식용 외에도 고온 및 전기 장치에 사용되는 도구를 보호 할 수 있습니다.

촉매 변환기 내부의 유독성 자동차 가스 (NO _x ) 를 분해하는 데 도움이되는 것으로 널리 알려져 있습니다 . 또한 멘톨 및 아세트산과 같은 유기 화합물의 생산을 촉매합니다.

흥미롭게도 그것은 ¹⁰³ Rh 동위 원소로만 자연에 존재 하며 그 화합물은 고귀한 특성으로 인해 금속으로 쉽게 환원됩니다. 모든 산화수 중 +3 (Rh ³⁺ )이 가장 안정적이고 풍부하며, 그 다음이 +1이고, 불소가있는 경우 +6 (Rh ⁶⁺ )입니다.

금속 상태에서는 공기 중에 흩어져있는 입자를들이 마시지 않는 한 건강에 무해합니다. 그러나 착색 된 화합물이나 염은 피부에 강하게 부착 될뿐만 아니라 발암 물질로 간주됩니다.

역사

로듐의 발견은 팔라듐의 발견과 함께 이루어졌고, 두 금속은 같은 과학자에 의해 발견되었습니다. 영국의 화학자 William H. Wollaston은 1803 년에 페루에서 온 것으로 추정되는 백금 광물을 조사하고있었습니다.

나는 프랑스 화학자 인 Hippolyte-Victor Collet-Descotils로부터 백금 광물에 붉은 소금이 있다는 것을 알고 있었는데, 그 색깔은 아마도 알려지지 않은 금속 원소 때문일 것입니다. 그래서 Wollaston은 왕수에서 백금 광석을 소화 한 다음 생성 된 혼합물의 산성도를 NaOH로 중화했습니다.

이 혼합물로부터 Wollaston은 침전 반응을 통해 금속 화합물을 분리했습니다. 그는 백금을 (NH ₄ ) ₂ 로 분리하고 , NH ₄ Cl 및 기타 금속을 금속 아연으로 환원시킨 후 분리했습니다. 그는이 해면질 금속을 HNO ₃ 로 용해 시키려고 노력했고 , 두 개의 금속과 두 개의 새로운 화학 원소 인 팔라듐과 로듐을 남겼습니다.

그러나 그가 aqua regia를 추가했을 때, 그는 금속이 거의 용해되지 않는 것과 동시에 NaCl : Na ₃ nH ₂ O 와 함께 적색 침전물을 형성하는 것을 발견했습니다 . 그리스어 단어 '로돈'.

이 염은 다시 금속 아연으로 환원되어 해면질 로듐을 얻었다. 그 이후로 획득 기술은 수요와 기술적 응용이 향상되어 마침내 반짝이는 로듐 조각이 나타났습니다.

속성

외모

실온에서 사실상 산화층이없는 단단한 은백색 금속. 그러나 그것은 매우 가단성이있는 금속이 아니기 때문에 두드리면 금이 갈 것입니다.

몰 질량

102.905g / 몰

녹는 점

1964 년 ° C 이 값은 코발트 (1495ºC)보다 높으며, 이는 가장 강한 금속 결합이 그룹을 통해 내려갈 때 강도가 증가 함을 반영합니다.

녹는 점

3695 ° C 녹는 점이 가장 높은 금속 중 하나입니다.

밀도

실온에서 -12.41g / mL

-10.7g / mL의 녹는 점, 즉 녹거나 녹을 때

융합 열

26.59 kJ / 몰

기화열

493 kJ / 몰

몰 열용량

24.98 J / (몰 K)

전기 음성도

2.28 폴링 척도

이온화 에너지

-첫 번째 : 719.7 kJ / mol (Rh ⁺ 기체)

-초 : 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ 기체)

-3 번째 : 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ 기체)

열 전도성

150W / (m · K)

전기 저항

0 ° C에서 43.3nΩm

모스 경도

6

자기 주문

상자성

화학 반응

로듐은 귀금속이지만 불활성 원소라는 의미는 아닙니다. 정상적인 조건에서는 거의 녹슬지 않습니다. 그러나 600ºC 이상으로 가열되면 표면이 산소와 반응하기 시작합니다.

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

그 결과 금속이 은색 광택을 잃게됩니다.

불소 가스와도 반응 할 수 있습니다.

Rh (초) + F ₂ (g) → RhF ₆ (초)

RhF ₆ 은 검정색입니다. 가열되면 RhF ₅ 로 변형되어 불소가 환경에 방출됩니다. 불소화 반응은 건조 조건에서 수행 될 때, RHF 형성 ₃ (적색 고형물) 호의 RHF 그 위에 ₆ . 다른 할로겐화물 : RhCl ₃ , RhBr ₃ 및 RhI ₃ 은 유사한 방식으로 형성됩니다.

금속 로듐의 가장 놀라운 점은 부식성 물질 인 강산과 강염기에 의한 공격에 대한 극도의 저항력 일 것입니다. 염산과 질산의 농축 된 혼합물 인 Aqua regia, HCl-HNO ₃ 은 쉽게 용해되어 분홍빛이 도는 용액이됩니다.

KHSO ₄ 와 같은 용융 염 은 수용성 로듐 착물을 형성하기 때문에 용해에 더 효과적입니다.

구조 및 전자 구성

로듐 원자는 얼굴 중심의 입방 구조 fcc에서 결정화됩니다. Rh 원자는 금속의 측정 가능한 물리적 특성에 대해 거시적 규모의 힘인 금속 결합 덕분에 단일 상태를 유지합니다. 이 결합에서 원자가 전자가 개입하여 전자 구성에 따라 주어집니다.

4D ⁸ 5S ¹

따라서 5s 궤도에 2 개의 전자가 있고 4d 궤도에 7 개의 전자가있을 것으로 예상되기 때문에 예외 또는 예외입니다 (Moeller 다이어그램에 따름).

원자 반경과 함께 fcc 결정을 정의하는 총 9 개의 원자가 전자가 있습니다. 다른 압력이나 온도에서 다른 가능한 동소체 형태에 대한 정보가 거의 발견되지 않기 때문에 매우 안정적인 것으로 보이는 구조.

이러한 Rh 원자 또는 오히려 결정 입자는 서로 다른 형태를 가진 나노 입자를 생성하는 방식으로 상호 작용할 수 있습니다.

이러한 Rh 나노 입자가 주형 (예 : 고분자 응집체) 위에서 성장하면 표면의 모양과 치수를 얻습니다. 따라서 메조 포러스 로듐 구체는 특정 촉매 응용 분야에서 금속을 대체하도록 설계되었습니다 (공정에서 소비되지 않고 화학 반응을 가속화 함).

산화 번호

원자가 전자가 9 개이기 때문에 로듐이 화합물 내의 상호 작용에서 "모두를 잃을"수 있다고 가정하는 것이 일반적입니다. 즉, 산화 수 또는 상태가 9+ 또는 (IX) 인 Rh ⁹⁺ 양이온의 존재를 가정합니다 .

화합물에서 로듐의 양수 및 발견 된 산화수는 +1 (Rh ⁺ )에서 +6 (Rh ⁶⁺ )까지입니다. 이들 중 +1과 +3은 +2와 0 (메탈릭 로듐, Rh ⁰ ) 과 함께 가장 일반적 입니다.

예를 들어, Rh ₂ O ₃ 에서 로듐의 산화수는 +3입니다. Rh ³⁺ 와 100 % 이온 특성 이 있다고 가정 하면 전하의 합이 0 (Rh ₂ ³⁺ 또는 ₃ ^2- ).

또 다른 예는 RhF ₆ 으로 표시되며 이제 산화수는 +6입니다. 로듐 존재한다면 또, 화합물의 총 전하 중성 남아 ⁶⁺ (Rh를 ⁶⁺ F ₆ ^-은 ) 가정한다 .

로듐이 상호 작용하는 원자의 전기 음성이 높을수록 더 많은 양의 산화수를 나타내는 경향이 커집니다. RhF ₆ 의 경우입니다 .

Rh ⁰ 의 경우 , 그것은 중성 분자와 배위 된 결정 fcc의 원자에 해당합니다. 예를 들면 CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ 입니다.

로듐은 어떻게 얻습니까?

단점

다른 금속과 달리 로듐이 풍부하여 경제적으로 얻을 수있는 광물은 없습니다. 그렇기 때문에 그것은 다른 금속의 산업 생산의 2 차 제품입니다. 특히 귀족 또는 동족 (백금 그룹의 요소) 및 니켈.

원료로 사용되는 대부분의 광물은 남아프리카, 캐나다 및 러시아에서 생산됩니다.

로듐은 불활성 임에도 불구하고 제거하기 어려운 불순물을 포함하는 것 외에도 다른 귀금속 회사에서 발견되기 때문에 생산 공정이 복잡합니다. 따라서 초기 광물 매트릭스에서 분리하기 위해 몇 가지 화학 반응을 수행해야합니다.

방법

낮은 화학적 반응성으로 인해 첫 번째 금속이 추출되는 동안 변함이 없습니다. 귀족 만 남을 때까지 (그들 가운데 금). 그런 다음 이러한 귀금속을 NaHSO ₄ 와 같은 염의 존재 하에서 처리하고 녹여 황산염의 액체 혼합물에 넣습니다. 이 경우 Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ 입니다.

각 금속이 다른 화학 반응을 통해 개별적으로 침전되는이 황산염 혼합물에 NaOH를 첨가하여 수산화 로듐, Rh (OH) _{x를 형성} 합니다.

Rh (OH) _x 는 HCl을 첨가하여 재용 해되어 H ₃ RhCl ₆ 을 형성 하며, 여전히 용해되고 분홍색을 나타냅니다. 그런 다음 H ₃ RhCl ₆ 은 NH ₄ Cl 및 NaNO ₂ 와 반응하여 (NH ₄ ) ₃ 으로 침전됩니다 .

다시, 새로운 고체는 더 많은 HCl에 재용 해되고 불순물이 연소되는 동안 금속 로듐 스폰지가 침전 될 때까지 매체를 가열합니다.

응용

코팅

작은 은도금, 로듐 도금 더블베이스. 출처 : Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

그것의 고귀한 성격은 같은 코팅으로 금속 조각을 덮는 데 사용됩니다. 이러한 방식으로은 물체는 로듐으로 코팅되어 산화 및 어두워 짐 (AgO 및 Ag ₂ S 의 검은 색 층 형성)을 방지 할 뿐만 아니라 더 반사 (빛나는)가되는 것을 방지합니다.

이러한 코팅은 보석 의류, 반사경, 광학 기기, 전기 접점 및 유방암 진단용 X- 레이 필터에 사용됩니다.

합금

귀금속 일뿐만 아니라 단단한 금속이기도합니다. 이 경도는 특히 팔라듐, 백금 및 이리듐과 관련하여 구성하는 합금에 기여할 수 있습니다. 그중 Rh-Pt가 가장 잘 알려져 있습니다. 또한 로듐은 이러한 합금의 고온 내성을 향상시킵니다.

예를 들어, 로듐-백금 합금은 용융 유리를 형성 할 수있는 유리를 만드는 재료로 사용됩니다. 고온 (1000 ºC 이상)을 측정 할 수있는 열전대 제조 도가니, 유리 섬유 청소용 부싱, 유도로 코일, 항공기 터빈 엔진, 점화 플러그 등

촉매

자동차의 촉매 변환기. 출처 : Ballista

로듐은 순수한 금속 또는 유기 리간드 (유기 리간드)와 함께 반응을 촉매 할 수 있습니다. 촉매의 유형은 가속 할 특정 반응과 기타 요인에 따라 다릅니다.

예를 들어, 그것의 금속 형태는 산화 질소, NO의 환원 촉매의 수 _(X) 주위의 가스의 산소 및 질소를 :

2 아니오 _x → x O ₂ + N ₂

이 반응은 차량 및 오토바이의 촉매 변환기에서 매일 지속적으로 발생합니다. 이러한 감소 덕분에, NO는 _X 가스가 나쁜 정도에 있지을 오염 도시을한다. 이를 위해, 로듐 메조 포러스 나노 입자는 NO의 추가적인 분해를 개선하는 데 사용 된 _X 가스 .

Wilkinson 촉매로 알려진이 화합물은 각각 알칸과 알데히드를 형성하기 위해 알켄을 수소화 (H ₂ 추가 ) 및 하이드로 포밀 레이트 (CO 및 H ₂ 추가) 하는 데 사용됩니다 .

로듐 촉매는 수소화, 카르 보 닐화 (CO 첨가) 및 히드로 포르 밀화에 간단히 사용됩니다. 그 결과 츄잉껌의 필수 화합물 인 멘톨의 경우처럼 많은 제품이이 제품에 의존하고 있습니다. 질산, 시클로 헥산, 아세트산, 유기 실리콘 외에.

위험

로듐은 귀금속이기 때문에 우리 몸에 스며들더라도 Rh 원자는 (아는 한) 대사 될 수 없습니다. 따라서 건강 위험을 초래하지 않습니다. 공기 중에 너무 많은 Rh 원자가 분산되어 폐와 뼈에 축적 될 수있는 경우를 제외하고.

사실, 주얼리 나은 주얼리에 로듐 도금을하는 과정에서 보석상은 이러한 원자“퍼프”에 노출됩니다. 호흡기에 불편 함을 겪은 이유. 잘게 나뉘어 진 고체의 위험에 관해서는 가연성도 없습니다. OF ₂ 의 존재하에 연소 할 때를 제외하고 .

로듐 화합물은 독성 및 발암 성으로 분류되며 색이 피부를 깊게 더럽 힙니다. 다음은 금속 양이온의 특성이 금속과 비교하여 어떻게 다른지에 대한 또 다른 분명한 차이점입니다.

마지막으로, 생태 학적 문제에서 로듐이 부족하고 식물에 의해 동화되지 않기 때문에 유출이나 폐기물 발생시 무해한 요소가됩니다. 메탈릭 로듐이면됩니다.

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