Rhodi

Rhodi, 45Rh
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Rhodi, Rh
Phiên âm	/ˈroʊdiəm/ ROH-dee-əm
Hình dạng	Ánh kim bạc trắng
Rhodi trong bảng tuần hoàn
Co ↑ Rh ↓ Ir Rutheni ← Rhodi → Paladi
Số nguyên tử (Z)	45
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	102,90550
Phân loại	kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp	9, d
Chu kỳ	Chu kỳ 5
Cấu hình electron	[Kr] 5s^1 4d^8
mỗi lớp	2, 8, 18, 16, 1
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim bạc trắng
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	2237 K ​(1964 °C, ​3567 °F)
Nhiệt độ sôi	3968 K ​(3695 °C, ​6683 °F)
Mật độ	12,41 g·cm^−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 10,7 g·cm^−3
Nhiệt lượng nóng chảy	26,59 kJ·mol^−1
Nhiệt bay hơi	494 kJ·mol^−1
Nhiệt dung	24,98 J·mol^−1·K^−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 2288 2496 2749 3063 3405 3997
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	6, 5, 4, 3, 2, 1[1], -1 ​Lưỡng tính
Độ âm điện	2,28 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 719,7 kJ·mol^−1 Thứ hai: 1740 kJ·mol^−1 Thứ ba: 2997 kJ·mol^−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 134 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	142±7 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương tâm mặt
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 4700 m·s^−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	8,2 µm·m^−1·K^−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	150 W·m^−1·K^−1
Điện trở suất	ở 0 °C: 43,3 n Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ[2]
Mô đun Young	380 GPa
Mô đun cắt	150 GPa
Mô đun khối	275 GPa
Hệ số Poisson	0,26
Độ cứng theo thang Mohs	6,0
Độ cứng theo thang Vickers	1246 MPa
Độ cứng theo thang Brinell	1100 MPa
Số đăng ký CAS	7440-16-6
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Rhodi
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP ^99Rh Tổng hợp 16,1 ngày ε - ^99Ru γ 0.089, 0.353, 0.528 - ^101Rh Tổng hợp 4,07 năm ε - ^101Ru γ 0.127, 0.198, 0.325 - ^101mRh Tổng hợp 4,34 ngày ε - ^101Ru IT 0.157 ^101Rh γ 0.306, 0.545 - ^102Rh Tổng hợp 207 ngày ε - ^102Ru β^+ 0.826, 1.301 ^102Ru β^- 1.151 ^102Pd γ 0.475, 0.628 - ^102mRh Tổng hợp 3,742 năm β^+ - ^102Ru IT - ^102Rh γ 0.475, 0.631, 0.697, 1.046 - ^103Rh 100% ^103Rh ổn định với 58 neutron[3] ^105Rh Tổng hợp 35,36 giờ β^- 0.247, 0.260, 0.566 ^105Pd γ 0.306, 0.318 -

Rhodi (tiếng La tinh: Rhodium) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Rh và số nguyên tử 45. Là kim loại chuyển tiếp cứng màu trắng bạc khá hiếm đồng thời là thành viên của họ platin, rhodi được tìm thấy trong quặng platin và được sử dụng trong các hợp kim với platin và như là một chất xúc tác. Nó thuộc về nhóm những kim loại quý đắt tiền nhất^[4], nhưng giá cả dao động mạnh, phụ thuộc vào nhu cầu thị trường.

Đặc trưng

Rhodi là một kim loại màu trắng bạc, cứng và bền, có hệ số phản xạ^[5] cao. Rhodi kim loại thông thường không tạo ra oxide, ngay cả khi bị nung nóng. Oxy bị hấp thụ từ khí quyển ở điểm nóng chảy của rhodi, nhưng khi hóa rắn thì oxy lại được giải phóng.^[6] Rhodi có điểm nóng chảy cao hơn nhưng tỷ trọng riêng thấp hơn của platin. Nó không bị phần lớn các acid ăn mòn: nó hoàn toàn không hòa tan trong acid nitric và chỉ hòa tan một chút trong nước vương thủy. Hiện tượng tan hoàn toàn của rhodi ở dạng bột chỉ thu được trong acid sulfuric.

Ứng dụng

Ứng dụng chủ yếu của rhodi là làm tác nhân tạo hợp kim để làm cứng platin và paladi. Các hợp kim này được dùng trong các trục cuốn và ống lót của lò luyện để sản xuất các sợi thủy tinh, các thành phần của cặp nhiệt điện, các điện cực cho bu gi của tàu bay và các nồi nấu trong phòng thí nghiệm. Các ứng dụng khác có:

• Dùng làm vật liệu chế tạo tiếp điểm điện do điện trở thấp, điện trở tiếp xúc thấp và ổn định cùng khả năng chống ăn mòn cao của nó.
• Lớp mạ rhodi (do mạ điện hay phủ hơi rhodi) rất cứng và được dùng cho các thiết bị quang học.
• Kim loại này cũng được dùng trong ngành kim hoàn và dùng trang trí. Nó được mạ điện trên vàng trắng^[7] để tạo ra cho chúng bề mặt trắng có tính phản chiếu ánh sáng. Trong nghề kim hoàn người ta gọi nó là lóe sáng rhodi. Nó cũng có thể được dùng để che phủ bạc mười^[8] nhằm giúp cho kim loại không bị xỉn màu, do có hợp chất đồng trong bạc mười.
• Đóng vai trò chất xúc tác hữu ích của nhiều quy trình công nghiệp (đáng chú ý là nó được sử dụng trong hệ thống xúc tác của các bộ chuyển đổi xúc tác trong ô tô và để cacbonyl hóa có xúc tác của metanol nhằm sản xuất acid axetic theo quy trình Monsanto). Nó cũng xúc tác bổ sung cho các hydrosilan để tạo liên kết đôi, một quy trình quan trọng trong sản xuất một vài dạng cao su silic nhất định.
• Phức chất của ion rhodi với BINAP tạo ra chất xúc tác bất đối xứng sử dụng rộng rãi trong tổng hợp bất đối xứng, như trong tổng hợp menthol.
• Làm bộ lọc trong các hệ thống chụp chiếu ngực do các tia X đặc trưng mà nó sinh ra.
• Tạo ra các loại bút mực chất lượng rất cao, sản xuất với số lượng giới hạn. Nổi tiếng với các hiệu: Graf von Faber-Castell, Caran D'ache và Montblanc.

Lịch sử

Rhodi (tiếng Hy Lạp rhodon nghĩa là "hoa hồng") được William Hyde Wollaston phát hiện năm 1803,^[9] ngay sau khi ông phát hiện ra paladi. Ông thực hiện tìm kiếm này tại Anh, sử dụng quặng platin thô mà có lẽ ông đã thu được từ Nam Mỹ.

Trình tự công việc của ông là hòa tan quặng trong nước vương thủy, trung hòa dung dịch bằng hiđroxide natri (NaOH). Sau đó ông kết tủa platin dưới dạng cloroplatinat amoni bằng cách cho thêm chloride amoni (NH₄Cl). Nguyên tố paladi được loại bỏ dưới dạng xyanua paladi sau khi xử lý dung dịch bằng xyanua thủy ngân. Vật chất còn lại là chloride rhodi (III) có màu đỏ (vì thế mà có tên gọi): rhodi kim loại được cô lập thông qua việc khử bằng khí hiđrô.

Phổ biến

Khai thác thông thường

Việc chiết tách công nghiệp của rhodi là phức tạp do kim loại này có trong các quặng hỗn hợp với các kim loại khác như paladi, bạc, platin, vàng. Nó được tìm thấy trong quặng platin và thu được ở dạng tự do như là một kim loại trơ màu trắng rất khó nóng chảy. Các nguồn chủ yếu của nguyên tố này nằm tại Nam Phi, trong cát bãi sông ven dãy núi Ural, ở Bắc và Nam Mỹ cũng như trong khu vực khai thác sulfide đồng-niken ở Sudbury, Ontario. Mặc dù sản lượng ở Sudbury là rất nhỏ, nhưng một lượng lớn quặng niken được chế biến làm cho sự phục hồi rhodi là hiệu quả về mặt giá thành. Các nhà xuất khẩu rhodi chính là Nam Phi (>80%), sau đó là Nga. Sản lượng toàn thế giới mỗi năm khoảng 25 tấn và có rất ít các khoáng vật rhodi. Nói chung rất khó xác định nó nếu mẫu đá có chứa các nguyên tố khác cũng thuộc nhóm platin. Vào tháng 4 năm 2008, giá của cùng lượng rhodi khoảng 9 lần cao hơn vàng, 500 lần cao hơn bạc. Giá của rhodi trong quá khứ chỉ ở ngưỡng khoảng 1.000 USD/troy oz (31,1034768 gam),^[10] nhưng gần đây đã tăng tới khoảng $9.000/troy oz.^[11]

Như là sản phẩm phân hạch

Độ phóng xạ tính theo MBq trên gam mỗi kim loại nhóm platin được hình thành từ phân hạch urani. Rutheni là phóng xạ mạnh nhất, paladi có độ phóng xạ gần như ổn định do chu kỳ bán rã rất dài của Pd¹⁰⁷, trong khi rhodi là ít phóng xạ nhất.

Cũng có thể tách rhodi từ nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng, trong đó có chứa rhodi (1 kg các sản phẩm phân hạch của U²³⁵ chứa khoảng 13,3 gam Rh¹⁰³. Do nhiên liệu đã sử dụng điển hình chứa khoảng 3% là các sản phẩm phân hạch theo trọng lượng nên trong 1 tấn nhiên liệu đã sử dụng sẽ chứa khoảng 400 gam rhodi). Đồng vị phóng xạ tồn tại lâu nhất của rhodi là Rh^102m có chu kỳ bán rã 2,9 năm, trong khi trạng thái nền (Rh¹⁰²) có chu kỳ bán rã 207 ngày.

Mỗi kilôgam rhodi phân hạch sẽ chứa 6,62 ng Rh¹⁰² và 3,68 ng Rh^102m. Do Rh¹⁰² phân rã theo phương thức phân rã beta để tạo ra hoặc là Ru¹⁰² (80%, một số bức xạ positron sẽ xảy ra) hoặc là thành Pd¹⁰² (20%, một số photon tia gama với năng lượng khoảng 500 keV được sinh ra) và trạng thái kích thích phân rã theo phương thức phân rã beta (bắt điện tử) để thành Ru¹⁰² (một số photon tia gama với năng lượng 1 MeV được sinh ra). Nếu như sự phân hạch diễn ra ngay lập tức thì 13,3 gam rhodi sẽ chứa 67,1 MBq (1,81 mCi) Rh¹⁰² và 10,8 MBq (291 μCi) Rh^102m. Do thông thường người ta để nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng trong khoảng 5 năm trước khi tái chế nên phần lớn hoạt động này sẽ phân rã mất, chỉ để lại 4,7 MBq Rh¹⁰² và 5,0 MBq Rh^102m. Nếu như rhodi kim loại này được để lại tới 20 năm sau khi phân hạch thì 13,3 gam rhodi kim loại chỉ chứa 1,3 kBq Rh¹⁰² và 500 kBq Rh^102m. Thoạt nhìn thì rhodi có thể bổ sung vào giá trị tài nguyên của rác thải phân hạch tái chế, nhưng giá thành của việc tách rhodi ra khỏi các kim loại khác cần phải được lưu ý.

Đồng vị

Bài chi tiết: Đồng vị của rhodi

Một lá và một sợi rhodi

Rhodi nguồn gốc tự nhiên chỉ chứa một đồng vị (Rh¹⁰³). Các đồng vị phóng xạ ổn định nhất là Rh¹⁰¹ với chu kỳ bán rã 3,3 năm, Rh¹⁰² (207 ngày), Rh^102m (2,9 năm) và Rh⁹⁹ (16,1 ngày). Hai mươi đồng vị phóng xạ khác cũng đã được nêu đặc trưng, với nguyên tử lượng trong khoảng từ 92,926 (Rh⁹³) tới 116,925 (Rh¹¹⁷). Phần lớn trong số này có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 giờ, ngoại trừ Rh¹⁰⁰ (20,8 giờ) và Rh¹⁰⁵ (35,36 giờ). Nó cũng có một số đồng phân hạt nhân, ổn định nhất là Rh^102m (0,141 MeV, 207 ngày) và Rh^101m (0,157 MeV, 4,34 ngày). Xem thêm Đồng vị của rhodi.

Phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nhẹ hơn Rh¹⁰³ là bắt điện tử còn phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nặng hơn Rh¹⁰³ là bức xạ beta. Sản phẩm phân rã chủ yếu trước Rh¹⁰³ là rutheni còn sản phẩm phân rã chủ yếu sau Rh¹⁰³ là paladi.

Phòng ngừa

Rhodi kim loại là một kim loại quý và trơ về mặt hóa học. Tuy nhiên, khi nó có liên kết hóa học thì lại hoạt hóa. Các hợp chất của rhodi thông thường ít khi bắt gặp nhưng nó có độc tính và có khả năng gây ung thư. Liều gây tử vong (LD50) cho chuột cống là 12,6 mg/kg chloride rhodi (RhCl₃). Các hợp chất này cũng có thể làm sạm màu da người mặc dù nó không đóng vai trò sinh học nào ở người. Ở dạng kim loại thì nó không độc hại gì.

Biểu tượng

Rhodi đã từng được sử dụng như là biểu tượng cho danh dự hay sự giàu có, khi các kim loại quý khác được sử dụng phổ biến hơn như bạc, vàng hay platin được coi là chưa đủ. Năm 1979, Guinness Book of World Records tặng Paul McCartney một đĩa mạ rhodi vì họ coi ông là nhạc sĩ sáng tác bài hát cũng như là nghệ sĩ có lượng bài hát được bán nhiều nhất mọi thời đại. Guinness cũng ghi nhận các đồ như "bút đắt tiền nhất" hay "bàn cờ đắt tiền nhất" thế giới đều là những vật chứa rhodi.

Xem thêm

• Hợp chất rhodi
• Họ platin
• Vàng trắng
• Bạc mười

Chú thích

1. “Rhodium: rhodium(I) fluoride compound data”. OpenMOPAC.net. Bản gốc lưu trữ ngày 6 tháng 8 năm 2009. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2007.
2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Lưu trữ 2012-01-12 tại Wayback Machine, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
3. Về mặt lý thuyết có khả năng phân hạch tự phát.
4. Chỉ số giá kim loại quý
5. Hệ số phản xạ là tỉ lệ giữa bước sóng thu được tại bề mặt phản xạ và bước sóng ban đầu, được dùng trong quang trắc học và vật lý nhiệt học.
6. Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks . Nhà in Đại học Oxford. tr. 363. ISBN 0-19-850340-7.
7. Vàng trắng là hợp kim của vàng và ít nhất một kim loại trắng nào đó, như niken hay paladi.
8. (Bạc mười là hợp kim của 92,5% bạc và 7,5 kim loại khác, chủ yếu là đồng (các kim loại thay thế đồng: kẽm, platin hay germani).
9. WebElements – Lịch sử của Rhodi
10. “Bản sao đã lưu trữ”. Bản gốc lưu trữ ngày 3 tháng 2 năm 2007. Truy cập ngày 19 tháng 4 năm 2008.
11. “KITCO Biểu đồ giá cả của rhodi”. Bản gốc lưu trữ ngày 10 tháng 11 năm 2007. Truy cập ngày 19 tháng 4 năm 2008.

Liên kết ngoài

• WebElements.com – Rhodi
• Giá rhodi hiện tại
• Dữ liệu kỹ thuật và an toàn của rhodi Lưu trữ 2007-10-11 tại Wayback Machine
• Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos – Rhodi Lưu trữ 2007-02-03 tại Wayback Machine