- História
- Propriedades
- Aparência física
- Massa molar
- Ponto de fusão
- Ponto de fusão
- Densidade
- Calor de fusão
- Calor da vaporização
- Capacidade de calor molar
- Eletro-negatividade
- Energias de ionização
- Condutividade térmica
- Resistividade elétrica
- Dureza de Mohs
- Ordem magnética
- Reações químicas
- Estrutura e configuração eletrônica
- Números de oxidação
- Como o ródio é obtido?
- Inconvenientes
- Processo
- Formulários
- Revestimentos
- Ligas
- Catalisadores
- Riscos
- Referências
O ródio é um metal de transição pertencente ao grupo do paládio e cujo símbolo químico é Rh. É nobre, inerte em condições normais, embora seja raro e caro, visto que é o segundo metal menos abundante na crosta terrestre. Além disso, não existem minerais que representem um método lucrativo de obtenção desse metal.
Embora sua aparência seja a de um típico metal branco-prateado, a maioria de seus compostos compartilham uma coloração avermelhada em comum, além do fato de suas soluções apresentarem tons rosados. É por isso que esse metal recebeu o nome de 'rhodon', que significa rosa em grego.
Pérola de ródio metálica. Fonte: Imagens de alta resolução de elementos químicos
Porém, suas ligas são de prata, além de caras, pois se misturam com platina, paládio e irídio. Seu alto caráter nobre o torna um metal quase imune à oxidação, bem como totalmente resistente ao ataque de ácidos e bases fortes; portanto, seus revestimentos ajudam a proteger objetos de metal, como joias.
Além de seu uso ornamental, o ródio também pode proteger ferramentas usadas em altas temperaturas e em dispositivos elétricos.
É popularmente conhecido por ajudar a decompor os gases tóxicos dos automóveis (NO x) dentro dos conversores catalíticos. Também catalisa a produção de compostos orgânicos, como mentol e ácido acético.
Curiosamente, ele só existe na natureza como o isótopo 103 Rh, e seus compostos são fáceis de reduzir a metal devido ao seu caráter nobre. De todos os seus números de oxidação, +3 (Rh 3+) é o mais estável e abundante, seguido por +1 e, na presença de flúor, +6 (Rh 6+).
Em seu estado metálico, é inofensivo para a saúde, a menos que suas partículas dispersas no ar sejam inspiradas. No entanto, seus compostos coloridos ou sais são considerados cancerígenos, além de serem fortemente aderidos à pele.
História
A descoberta do ródio foi acompanhada pela do paládio, ambos os metais foram descobertos pelo mesmo cientista: o químico inglês William H. Wollaston, que em 1803 examinava um mineral de platina, supostamente do Peru.
Eu sabia por Hippolyte-Victor Collet-Descotils, um químico francês, que havia sais avermelhados nos minerais de platina, cuja cor provavelmente se devia a um elemento metálico desconhecido. Assim, Wollaston digeriu seu minério de platina em água régia e neutralizou a acidez da mistura resultante com NaOH.
A partir dessa mistura Wollaston teve, por meio de reações de precipitação, que separar os compostos metálicos; Ele separou a platina como (NH 4) 2, após adicionar NH 4 Cl, e outros metais que reduziu com zinco metálico. Ele tentou dissolver esses metais esponjosos com HNO 3, deixando dois metais e dois novos elementos químicos: paládio e ródio.
Porém, ao adicionar água régia, percebeu que um metal dificilmente se dissolvia, ao mesmo tempo em que formava um precipitado vermelho com NaCl: Na 3 nH 2 O. Daí veio seu nome: a cor vermelha de seus compostos, designados com o Palavra grega 'rhodon'.
Este sal foi reduzido com zinco metálico, novamente, obtendo-se assim o ródio esponjoso. E desde então as técnicas de obtenção melhoraram, assim como a demanda e as aplicações tecnológicas, surgindo finalmente peças brilhantes de ródio.
Propriedades
Aparência física
Metal duro, branco prateado, praticamente sem nenhuma camada de óxido em temperatura ambiente. No entanto, não é um metal muito maleável, o que significa que quando você o atinge, ele quebra.
Massa molar
102,905 g / mol
Ponto de fusão
1964 ° C. Este valor é superior ao do cobalto (1495 ºC), o que reflete um aumento na resistência da ligação metálica mais forte à medida que desce através do grupo.
Ponto de fusão
3695 ° C É um dos metais com maior ponto de fusão.
Densidade
-12,41 g / mL em temperatura ambiente
-10,7 g / mL no ponto de fusão, ou seja, apenas quando ele derrete ou derrete
Calor de fusão
26,59 kJ / mol
Calor da vaporização
493 kJ / mol
Capacidade de calor molar
24,98 J / (mol K)
Eletro-negatividade
2,28 na escala de Pauling
Energias de ionização
-Primeiro: 719,7 kJ / mol (Rh + gasoso)
-Segundo: 1740 kJ / mol (Rh 2+ gasoso)
-Terceiro: 2997 kJ / mol (Rh 3+ gasoso)
Condutividade térmica
150 W / (m K)
Resistividade elétrica
43,3 nΩm a 0 ° C
Dureza de Mohs
6
Ordem magnética
Paramagnético
Reações químicas
O ródio, embora seja um metal nobre, não significa que seja um elemento inerte. Quase não enferruja em condições normais; mas quando é aquecido acima de 600 ºC, sua superfície começa a reagir com o oxigênio:
Rh (s) + O 2 (g) → Rh 2 O 3 (s)
E o resultado é que o metal perde seu brilho prateado característico.
Ele também pode reagir com o gás flúor:
Rh (s) + F 2 (g) → RhF 6 (s)
O RhF 6 é na cor preta. Se for aquecido, pode se transformar em RhF 5, liberando flúor no meio ambiente. Quando a reação de fluoração é realizada em condições secas, a formação de RhF 3 (sólido vermelho) é favorecida em relação à de RhF 6. Os outros halogenetos: RhCl 3, RhBr 3 e RhI 3 são formados de forma semelhante.
Talvez o mais surpreendente sobre o ródio metálico seja sua extrema resistência ao ataque de substâncias corrosivas: ácidos e bases fortes. Aqua regia, uma mistura concentrada de ácidos clorídrico e nítrico, HCl-HNO 3, pode se dissolver com dificuldade, resultando em uma solução rosada.
Os sais fundidos, como o KHSO 4, são mais eficazes em dissolvê-lo, pois levam à formação de complexos de ródio solúveis em água.
Estrutura e configuração eletrônica
Os átomos de ródio cristalizam na estrutura cúbica de face centrada, fcc. Os átomos de Rh permanecem unidos graças à sua ligação metálica, uma força responsável em macroescala pelas propriedades físicas mensuráveis do metal. Nesta ligação intervêm os elétrons de valência, que são dados de acordo com a configuração eletrônica:
4d 8 5s 1
Trata-se, portanto, de uma anomalia ou exceção, pois seria de se esperar que houvesse dois elétrons no orbital 5s e sete no orbital 4d (obedecendo ao diagrama de Moeller).
Há um total de nove elétrons de valência que, juntamente com os raios atômicos, definem o cristal fcc; estrutura que parece ser muito estável, uma vez que pouca informação é encontrada de outras formas alotrópicas possíveis sob diferentes pressões ou temperaturas.
Esses átomos de Rh, ou melhor, seus grãos cristalinos, podem interagir de forma a criar nanopartículas com morfologias diferentes.
Quando essas nanopartículas de Rh crescem no topo de um molde (um agregado polimérico, por exemplo), elas adquirem as formas e dimensões de sua superfície; assim, as esferas mesoporosas de ródio foram projetadas para suplantar o metal em certas aplicações catalíticas (que aceleram as reações químicas sem serem consumidas no processo).
Números de oxidação
Como existem nove elétrons de valência, é normal presumir que o ródio pode “perder todos eles” em suas interações dentro de um composto; isto é, assumindo a existência do cátion Rh 9+, com um número de oxidação ou estado de 9+ ou (IX).
Os números de oxidação positivos e encontrados para o ródio em seus compostos variam de +1 (Rh +) a +6 (Rh 6+). De todos eles, +1 e +3 são os mais comuns, junto com +2 e 0 (ródio metálico, Rh 0).
Por exemplo, em Rh 2 O 3 o número de oxidação do ródio é +3, pois se você assumir a existência de Rh 3+ e um caráter 100% iônico, a soma das cargas será igual a zero (Rh 2 3+ Ou 3 2-).
Outro exemplo é representado por RhF 6, em que agora seu número de oxidação é +6. Novamente, apenas a carga total do composto permanecerá neutra se a existência de Rh 6+ (Rh 6+ F 6 -) for assumida.
Quanto mais eletronegativo for o átomo com o qual o ródio interage, maior será sua tendência a apresentar números de oxidação mais positivos; tal é o caso do RhF 6.
No caso de Rh 0, corresponde aos seus átomos do cristal fcc coordenados com moléculas neutras; por exemplo, CO, Rh 4 (CO) 12.
Como o ródio é obtido?
Inconvenientes
Ao contrário de outros metais, não há mineral disponível que seja rico o suficiente em ródio para ser econômico de obtê-lo. É por isso que é antes um produto secundário da produção industrial de outros metais; especificamente os nobres ou seus congêneres (os elementos do grupo da platina) e o níquel.
A maioria dos minerais usados como matéria-prima vem da África do Sul, Canadá e Rússia.
O processo de produção é complexo porque, mesmo sendo inerte, o ródio é encontrado na companhia de outros metais nobres, além de possuir impurezas de difícil remoção. Portanto, várias reações químicas devem ser realizadas para separá-lo da matriz mineralógica inicial.
Processo
Sua baixa reatividade química o mantém inalterado enquanto os primeiros metais são extraídos; até que apenas os nobres permaneçam (o ouro entre eles). Em seguida, esses metais nobres são tratados e fundidos na presença de sais, como NaHSO 4, para tê-los em uma mistura líquida de sulfatos; neste caso, Rh 2 (SO 4) 3.
A essa mistura de sulfatos, da qual cada metal é precipitado separadamente por meio de diferentes reações químicas, adiciona-se NaOH para formar o hidróxido de ródio, Rh (OH) x.
O Rh (OH) x é redissolvido pela adição de HCl para formar H 3 RhCl 6, que ainda está dissolvido e mostra uma cor rosa. Então H 3 RhCl 6 reage com NH 4 Cl e NaNO 2 para precipitar como (NH 4) 3.
Novamente, o novo sólido é redissolvido em mais HCl e o meio é aquecido até que uma esponja de ródio metálico precipite enquanto as impurezas são queimadas.
Formulários
Revestimentos
Contrabaixo pequeno, folheado a prata e ródio. Fonte: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)
Seu caráter nobre é utilizado para recobrir peças metálicas com um revestimento das mesmas. Dessa forma, os objetos de prata são revestidos com ródio para protegê-la da oxidação e do escurecimento (formando uma camada preta de AgO e Ag 2 S), além de tornarem-se mais reflexivos (brilho).
Esses revestimentos são usados em joalheria, refletores, instrumentos ópticos, contatos elétricos e filtros de raios-X no diagnóstico de câncer de mama.
Ligas
Não é apenas um metal nobre, mas também duro. Essa dureza pode ser contribuída para as ligas que compõe, principalmente quando se trata de paládio, platina e irídio; dos quais, os de Rh-Pt são os mais conhecidos. Além disso, o ródio melhora a resistência dessas ligas a altas temperaturas.
Por exemplo, ligas de ródio-platina são usadas como material para fazer vidros que podem moldar vidro fundido; na fabricação de termopares, capazes de medir altas temperaturas (acima de 1000 ºC); cadinhos, buchas para limpeza de fibra de vidro, bobinas de forno de indução, motores de turbina de aeronaves, velas de ignição, etc.
Catalisadores
Conversor catalítico de um carro. Fonte: Balista
O ródio pode catalisar reações como um metal puro ou coordenado com ligantes orgânicos (organoródio). O tipo de catalisador depende da reação específica a ser acelerada, bem como de outros fatores.
Por exemplo, em sua forma metálica, pode catalisar a redução de óxidos de nitrogênio, NO x, aos gases ambientais de oxigênio e nitrogênio:
2 NO x → x O 2 + N 2
Essa reação ocorre constantemente no dia a dia: nos conversores catalíticos de veículos e motocicletas. Graças a essa redução, os gases NO x não poluem mais as cidades. Para tanto, nanopartículas de ródio mesoporosas têm sido utilizadas, o que melhora ainda mais a decomposição dos gases NO x.
O composto, conhecido como catalisador de Wilkinson, é usado para hidrogenar (adicionar H 2) e hidroformilar (adicionar CO e H 2) alquenos para formar alcanos e aldeídos, respectivamente.
Os catalisadores de ródio são usados brevemente para hidrogenar, carbonilar (adicionar CO) e hidroformilar. O resultado é que muitos produtos dependem deles, como é o caso do mentol, composto químico essencial na goma de mascar; além de ácido nítrico, ciclohexano, ácido acético, organossilício, entre outros.
Riscos
O ródio, sendo um metal nobre, mesmo que vazasse para o nosso corpo, seus átomos de Rh não podiam (até onde ele sabe) ser metabolizados. Portanto, eles não representam nenhum risco para a saúde; A menos que haja muitos átomos de Rh dispersos no ar, que podem acabar se acumulando nos pulmões e nos ossos.
De fato, nos processos de banho de ródio em joalheria ou joalheria de prata, os joalheiros são expostos a esses “sopros” de átomos; razão pela qual sofreram desconforto no sistema respiratório. Quanto ao risco de seu sólido finamente dividido, ele nem é inflamável; exceto quando queimando na presença de OF 2.
Os compostos de ródio são classificados como tóxicos e cancerígenos, cujas cores mancham profundamente a pele. Aqui está outra diferença clara em como as propriedades de um cátion metálico variam em comparação com o metal dele.
E, finalmente, em questões ecológicas, a escassa abundância de ródio e sua falta de assimilação pelas plantas torna-o um elemento inofensivo em caso de derramamentos ou resíduos; contanto que seja ródio metálico.
Referências
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