РОДИЙ
свойства, получение и применение

Родий (лат. Rhodium; обозначается символом Rh) — элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 45. По внешнему виду компактный родий – красивый серебристый металл с голубоватым оттенком.

Родий относится к благородным металлам платиновой группы. По сравнению с другими металлами этой группы он более яркий и твёрдый – пластичным становится только при нагревании.

Название элемента в переводе с древнегреческого означает «роза». Это имя он получил благодаря цвету своих типичных соединений — они красные, как и розы.

Родий очень редкий и рассеянный элемент. Среднее содержание его в земной коре 1•10-7 % по массе. Собственных минералов не имеет. Содержится в никелевых и платиновых рудах в виде простого соединения. Также содержится в изоморфной примеси минералов группы осмистого иридия (до 3,3 %), в медноникелевых рудах. Известна и редчайшая разновидность осмистого иридия – родистый невьянскит. В нем до 11,3% родия. Это самый богатый родием минерал.

Родий был открыт в Англии в 1803 году замечательным ученым своего времени Уильямом Гайдом Волластоном. Изучая самородную южноамериканскую платину, он обратил внимание на ярко окрашенный в розовато-красный цвет фильтрат, полученный им из раствора самородной платины в царской водке. Такую окраску раствор приобретал после осаждения платины и палладия. Из этого раствора Волластон выделил темно-красный порошок, прокалил его в атмосфере водорода и получил тяжелый белый металл - родий.

Вплоть до 20-ых годов прошлого столетия Россия закупала родий за рубежом. В стране не было специалистов-аффинеров, свойства родия и его «собратьев» были плохо изучены, а заграничные фирмы держали в секрете способы извлечения и очистки металлов платиновой группы.

В 1918 году в нашей стране открылся Институт по изучению платины и других благородных металлов. В первые же годы в нем были выполнены важные исследования по химии, аффинажу и анализу родия. А в 1925 году из уральской платины был получен первый отечественный родий.

Заслуга в этом принадлежит, прежде всего, выдающемуся ученому-химику Л. А. Чугаеву и его ученикам, впоследствии известным ученым И. И. Черняеву, В. В. Лебединскому и Н. К. Пшеницыну.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РОДИЯ

По внешнему виду компактный родий – красивый серебристый металл с голубоватым оттенком. Он обладает гранецентрированной кубической решеткой, параметр элементарной ячейки а = 0,3803 нм. Плотность при 20°C 12,41 г/см3. Температура плавления 1963 °C, кипения 3727 °C. В отличие от золота и платины родий плохо поддается механической обработке. Поэтому прокатать или протянуть его в проволоку можно лишь при 800...900°C. Проявляет свойства парамагнетика. Отражательная способность поверхности родия 80% для видимой части спектра.

Прочие характеристики:
- теплота плавления - 21,8 кДж/моль;
- теплота испарения - 494 кДж/моль;
- удельная теплоёмкость - 0,244 Дж/(K•моль);
- теплопроводность - 150 Вт/(м•K).

Родий в природе встречается виде устойчивого изотопа - 103Rh. Наиболее долгоживущие его изотопы с периодами полураспада: 101Rh (3,3 года), 102Rh (207 дней), 102mRh (2,9 года), 99Rh(16,1 дней).

Компактный родий исключительно устойчив к любым химическим воздействиям. Однако если взять сплав родия с цинком или кадмием и растворить его в соляной кислоте, а затем отфильтровать, то получится осадок мелкодисперсного родия, способный взрываться на воздухе.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РОДИЯ

Родий — благородный металл, по химической стойкости в большинстве коррозионных сред превосходит платину. На компактный родий не действуют ни кислоты, ни щелочи. Лишь мелко раздробленный родий медленно растворяется в горячей царской водке или концентрированной серной кислоте. Родий весьма устойчив и к действию галогенов: с хлором, бромом и даже фтором он реагирует лишь после продолжительного нагревания. При этом в зависимости от температуры проведения реакций получаются галогениды различного состава. В частности, с хлором образуются хлориды одно-, двух- и трехвалентного родия RhCl, RhCl2, RhCl3. При высоких температурах родий медленно реагирует с серой, превращаясь в сульфиды RhS, RhS2, Rh2S5.

Мелкоизмельченный родий медленно окисляется только при температуре выше 600°C:
4Rh + 3O2 = 2Rh2O3.
Родий при нагревании на воздухе обладает своеобразным поведением. При температуре с 600 до 800 градусов на его поверхности образуется оксидная пленка - Rh2O3. При повышении температуры с 800 до 1000 градусов оксидная пленка на поверхности родия, снова разлагается до металла.

При нагревании родий медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой:
2Rh + 6KHSO4 = 2K3Rh(SO4)3 + 3H2.

Гидроксид и оксид родия проявляют основные свойства и взаимодействуют с кислотами с образованием комплексов Rh:
Rh2O3 + 12HCl = 2H3RhCl6 + 3H2O;
Rh(OH)3 + 6HCl = H3RhCl6 + 3H2O.

В присутствии хлоридов щелочных металлов, когда есть возможность образовывать комплексы [RhX3]3–, родий взаимодействует с хлором, например:
2Rh + 6NaCl + Cl2 = 2Na3[RhCl6].

При спекании реагирует с расплавами Na2O2 и BaO2:
2Rh + 3BaO2 = Rh2O3 + 3BaO.

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 или NO:
2RhF6 + 3Cl2 = 2RhF3 + 6ClF.

Родий легко сплавляется с платиной, палладием, медью и другими металлами.

Соединения родия довольно редко встречаются в повседневной жизни и их воздействие на человеческий организм до конца не изучено. Несмотря на это, они являются высоко токсичными и канцерогенными веществами. Соли родия способны сильно окрашивать человеческую кожу.

Месторождения и добыча родия

Ежегодно в мире добывается менее 30 тонн родия. Главный экспортер этого металла - Южная Африка (приблизительно 80%). Промышленная добыча родия сложна, поскольку металл происходит в рудах, смешанных с другими металлами, такими как палладий, серебро, платина и золото.

Раньше, основные залежи находились в России. На Урале были найдены внушительные запасы самородной платины. Но, теперь, их уже разработали. Сегодня по запасам родия лидирует Мексика. За ней следуют Южная Африка и Колумбия. Есть содержание драгоценного металла в золотых песках США.

Получение родия

Технология выделения родия зависит прежде всего от вида и состава перерабатываемого сырья. Рассмотрим получение родия из самородной платины.

С приисков сырая платина поступает на аффинажный завод, где ее загружают в фарфоровые котлы и обрабатывают царской водкой. Процесс идет при нагревании в течение суток. В результате родий переходит в раствор.

Затем на раствор действуют хлористым аммонием, чтобы осадить и отделить платину. Оставшийся раствор упаривают: образуется осадок, который состоит из нескольких солей. В нем до 6% родия. Этот осадок растворяют в воде и еще раз тем же способом отделяют платину. А раствор, в котором остались родий, рутений и палладий, по мере накопления направляют на очистку и разделение.

Далее нитритом натрия NaNO2 осаждают и отделяют от раствора осадок гидроокисей неблагородных металлов; родий при этом остается в растворе в форме Na3[Rh(NO2)6]. После этого с помощью NH4Cl из раствора на холоду выделяют родий; он уходит в виде малорастворимого комплекса (NH4)2Na[Rh(NO2)6]. Однако при этом вместе с родием в осадок переходит и иридий; другие же платиновые металлы – рутений, палладий и остатки платины – остаются в растворе.

Осадок растворяют в разбавленном едком натре и из этого раствора действием аммиака и NH4Cl снова осаждают родий – теперь уже в форме другого комплексного соединения [Rh(NH3)3(NO2)3]. Осадок отделяют и тщательно промывают раствором хлористого аммония.

Полученный садок снова загружают в котел с соляной кислотой и нагревают несколько часов. Происходит реакция:
2[Rh(NH3)3(NO2)3] + 6HCl > 2[Rh(NH3)3Cl3] +3NO2 + 3NO + 3H2O
с образованием нового комплексного соединения родия ярко-желтого цвета. Это триаминтрихлорид родия. Его тщательно промывают водой и только после этого приступают к выделению металлического родия.

Соль загружают в печь и прокаливают несколько часов при 800...900°C. Комплексное соединение разлагается и образуется порошкообразный продукт смеси родия с его окислами. После охлаждения порошок еще раз тщательно промывают разбавленной царской водкой для удаления оставшегося незначительного количества неблагородных примесей, а затем снова загружают в печь и восстанавливают до металла, прокаливая в атмосфере водорода.

ПРИМЕНЕНИЕ РОДИЯ

Цена родия высока не только потому, что элемент драгоценный, но и потому что отраслей, где он нужен, больше чем самого металла. Однако, применяют его только там, где ему нет более дешевой и распространенной альтернативы.

Львиная доля добываемого родия потребляется автомобильной промышленностью. Отличные каталические свойства металла позволяют производить из его сплавов нейтрализаторы выхлопных газов.

Сплав родия с платиной является очень эффективным катализатором при производстве азотной кислоты путём окисления аммиака воздухом. Именно в этой сфере родию как металлу-катализатору нет аналогов.

Родий в сплавах с иридием и (или) платиной используют при производстве термопар, которые применяются для эффективного измерения высоких температур до 2200 градусов по Цельсию.

Крупный потребитель родия – стекольная промышленность. Из сплава родия с платиной (обычно 7% Rh) делают сосуды для плавления стекломассы и получения тончайших стеклянных и кварцевых нитей. Здесь родий также практически незаменим.

Поверхность родия обладает высокой отражательной способностью (80%) для видимой части спектра. Отражательная способность родия меньше, чем у серебра (95%), но зато его стойкость к действию корродирующих газов и высоких температур намного больше. Родированные поверхности не тускнеют даже в атмосфере вольтовой дуги. Поэтому родием покрывают рефлекторы прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных инструментов самого различного назначения.

Металлический родий используется для производства зеркал подвергающихся сильному нагреву (калению) для мощных лазерных систем (например фтороводородных лазеров), а так же для производства дифракционных решеток к приборам для анализа вещества (спектрометры).

Из драгоценного металла и фильтры жидкокристаллических мониторов. Потребность в них растет с каждым годом. Требуется все больше и больше родия на эту отрасль промышленности.

Родиевые детекторы применяются в реакторах для измерения нейтронного потока.

Существуют драгоценные минералы, кристаллы которых в искусственных условиях растут только на фильтрах из сплава платины и родия.

Родирование

Родий имеет красивый серебристо-белый оттенок, за который он очень ценится в ювелирной отрасли. Его отражательная способность очень велика, металл сверкает и переливается, его блеск великолепен. Поэтому родирование становится все более популярной процедурой в ювелирных мастерских.

Родирование – это нанесение тонкого слоя родия (0,1 – 0, 25 мкм) на поверхность ювелирных изделий. Покрытие улучшает не только внешний вид металлов, придавая поверхности платиновый блеск, но и их химические и механические свойства. Кроме того, родий не тускнеет со временем.

Достоинства родирования:
- блестящий платиновый цвет;
- стойкость изделия к механическим повреждениям, царапинам и т.п.

Недостатки родирования: - нельзя чистить ювелирное украшение с применением абразивов, так как можно повредить покрытие;
- после каждого ремонта изделия, его придется заново покрывать родием.

Родиевое покрытие не вечно, но срок его службы зависит от нескольких факторов, главный из которых - толщина. По опыту пользования, возобновление родиевого слоя на кольцах, серьгах, цепочках требуется раз в пять лет и реже – в зависимости от интенсивности использования изделия. Во многих случаях качественно выполненное родирование украшает металл десятилетиями.

ЦЕНА РОДИЯ НА МИРОВОМ РЫНКЕ

Известно всем, что драгоценные металлы не могут стоить дешево. А так как к этой категории относится и родий, цена за грамм металла, который к тому же является достаточно редким, тоже довольно высока.

Вплоть до ноября 2008 года стоимость родия неумолимо росла, достигнув своей шокирующей критической отметки в 10 100 долларов за тройскую унцию (около 31,5 грамма), после чего рухнула до 900 долларов.

На графике представлена цена родия за тройскую унцию в долларах США за последние 10 лет. Как видим, своего максимума родий достиг в 2008 году. Это и был звездный час родия: цена на него в 10 раз превысила цену на золото. С 2012 года цена драгоценного металла платиновой группы несколько стабилизировалась.

На графике представлена цена родия за тройскую унцию в долларах США с мая 2015 год.