Ródio: história, propriedades, estrutura, usos, riscos - Ciência - 2023

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o ródio É um metal de transição que pertence 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.

Porém, suas ligas são de prata, além de caras, já que se mistura 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 mais conhecido por ajudar a quebrar os gases tóxicos dos carros (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 ¹⁰³Rh, e seus compostos são fáceis de reduzir a metal devido ao seu caráter nobre. De todos os seus números de oxidação, o +3 (Rh³⁺) é o mais estável e abundante, seguido por +1 e, na presença de flúor, +6 (Rh⁶⁺).

Em seu estado metálico, é inofensivo à saúde, a menos que respiremos suas partículas dispersas no ar. Porém, 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.

Dessa mistura Wollaston teve que, por meio de reações de precipitação, separar gradativamente os compostos metálicos; platina separada como (NH₄)₂[PtCl₆], após adicionar NH₄Cl e outros metais os reduziram com zinco metálico. Ele tentou dissolver esses metais esponjosos com HNO₃, 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 o NaCl: Na₃[RhCl₆] NH₂O. É daí que vem o nome: a cor vermelha de seus compostos, designada pela 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, bem como a procura 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 bater nele, ele irá rachar.

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 (Rh²⁺ gasoso)

-Terceiro: 2997 kJ / mol (Rh³⁺ gasoso)

Condutividade térmica

150 W / (m K)

Resistividade elétrica

43,3 nΩ · m a 0 ºC

Dureza de Mohs

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) + O₂(g) → Rh₂OU₃(s)

E o resultado é que o metal perde seu brilho prateado característico.

Ele também pode reagir com o gás flúor:

Rh (s) + F₂(g) → RhF₆(s)

O RhF₆ É preto. Se aquecer, pode se transformar em RhF₅, liberando flúor no meio ambiente. Quando a reação de fluoração ocorre em condições secas, a formação de RhF é favorecida₃(sólido vermelho) acima do RhF₆. Outros haletos: RhCl₃, RhBr₃ e RhI₃ são formados de maneira 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-HNO₃, você pode dissolvê-lo com dificuldade, o que causa uma solução de cor rosa.

Sais fundidos, como KHSO₄são mais eficazes em dissolvê-lo, pois levam à formação de complexos de ródio solúveis em água.

Estrutura e configuração eletrônica

Os átomos de ródio se cristalizam na estrutura cúbica de face centrada, fcc. Os átomos de Rh permanecem unidos graças à sua ligação metálica, uma força responsável em macro escala pelas propriedades físicas mensuráveis do metal. Nesta ligação intervêm os elétrons de valência, que são dados de acordo com a configuração eletrônica:

[Kr] 4d⁸ 5s¹

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 Rh⁹⁺, com um número de oxidação ou estado de 9+ ou (IX).

Os números de oxidação positivos encontrados para o ródio em seus compostos variam de +1 (Rh⁺) a +6 (Rh⁶⁺) De todos eles, +1 e +3 são os mais comuns, junto com +2 e 0 (ródio metálico, Rh⁰).

Por exemplo, no Rh₂OU₃ o número de oxidação do ródio é +3, pois se assume a existência de Rh³⁺ e um caráter 100% iônico, a soma das cargas será igual a zero (Rh₂³⁺OU₃^2-).

Outro exemplo é representado pelo RhF₆, em que agora seu número de oxidação é +6. Novamente, apenas a carga total do composto permanecerá neutra se a existência de Rh for assumida.⁶⁺ (Rh⁶⁺F₆^–).

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 RhF₆.

No caso de Rh⁰, corresponde aos seus átomos do cristal fcc coordenados com moléculas neutras; por exemplo, CO, Rh₄(CO)₁₂.

Como o ródio é obtido?

Desvantagens

Ao contrário de outros metais, não há mineral disponível que seja rico o suficiente em ródio para torná-lo econômico para obtê-lo. É por isso que é mais 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 obtenção 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). Esses metais nobres são então tratados e fundidos na presença de sais, como NaHSO.₄, para tê-los em uma mistura líquida de sulfatos; neste caso, o Rh₂(SW₄)₃.

A esta mistura de sulfatos, a partir 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)_xredissolve a adição de HCl e, assim, forma H₃RhCl₆, que ainda está dissolvido e mostra uma cor rosa. Depois, H₃RhCl₆reage com NH₄Cl e NaNO₂ para precipitar como (NH₄)₃[Rh (NÃO₂)₆].

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

Seu caráter nobre é utilizado para recobrir peças metálicas com um revestimento das mesmas. Desta forma, os objetos de prata são banhados com ródio para protegê-los de oxidação e escurecimento (formando uma camada preta de AgO e Ag₂S), além disso, eles se tornam mais reflexivos (brilhantes).

Esses revestimentos são usados em joalherias, 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 dar forma ao 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 fornos de indução, motores de turbinas de aeronaves, velas de ignição, etc.

Catalisadores

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, para os gases ambientais de oxigênio e nitrogênio:

2 NÃO_x → x O₂ + N₂

Essa reação ocorre constantemente no dia a dia: nos conversores catalíticos de veículos e motocicletas. Graças a esta redução, os gases NÃO são_x eles não poluem as cidades em um grau pior. Para tanto, nanopartículas de ródio mesoporosas têm sido utilizadas, o que melhora ainda mais a decomposição dos gases NO._x.

O composto [RhCl (PPh₃)₃], conhecido como catalisador Wilkinson, é usado para hidrogenar (adicionar H₂) e hidroformilato (adicionar CO e H₂) alcenos, 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 o mentol, um composto químico essencial na goma de mascar; além de ácido nítrico, ciclohexano, ácido acético, organossilício, entre outros.

Riscos

Como o ródio é um metal nobre, mesmo que penetre em nosso corpo, seus átomos de Rh não poderiam (pelo que sabemos) 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, nem mesmo é inflamável; exceto quando queima na presença de₂.

Os compostos de ródio são classificados como tóxicos e cancerígenos, cujas cores mancham profundamente a pele. Aqui vemos outra diferença clara em como as propriedades de um cátion metálico variam em comparação com as do metal de onde ele vem.

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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