Rhodié - Rhodium
Rhodié | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Prononciation |
/ R oʊ d i ə m / ( ROH -Dee-əm ) |
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Apparence | blanc argenté métallisé | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poids atomique standard A r, std (Rh) | 102.905 49 (2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rhodium dans le tableau périodique | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Numéro atomique ( Z ) | 45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grouper | groupe 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Période | période 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloquer | d-bloc | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuration électronique | [ Kr ] 4d 8 5s 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Électrons par coquille | 2, 8, 18, 16, 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriétés physiques | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phase à STP | solide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Point de fusion | 2237 K (1964 °C, 3567 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Point d'ébullition | 3968 K (3695 °C, 6683 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densité (près de rt ) | 12,41 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
quand liquide (au mp ) | 10,7 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Température de fusion | 26,59 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chaleur de vaporisation | 493 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacité calorifique molaire | 24,98 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La pression de vapeur
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Propriétés atomiques | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
États d'oxydation | −3, −1, 0, +1, +2, +3 , +4, +5, +6 (un oxyde amphotère ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Électronégativité | Échelle de Pauling : 2,28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Énergies d'ionisation | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rayon atomique | empirique : 134 h | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rayon covalent | 142±19h | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lignes spectrales du rhodium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autres propriétés | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Occurrence naturelle | primordial | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Structure en cristal | cubique à faces centrées (fcc) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vitesse du son tige mince | 4700 m/s (à 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dilatation thermique | 8,2 µm/(m⋅K) (à 25 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductivité thermique | 150 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Résistivité électrique | 43,3 nΩ⋅m (à 0 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Commande magnétique | paramagnétique | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Susceptibilité magnétique molaire | +111,0 × 10 −6 cm 3 /mol (298 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Module d'Young | 380 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Module de cisaillement | 150 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Module de vrac | 275 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coefficient de Poisson | 0,26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureté de Mohs | 6.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureté Vickers | 1100–8000 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
dureté Brinell | 980–1350 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Numero CAS | 7440-16-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Histoire | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Découverte et premier isolement | William Hyde Wollaston (1804) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Principaux isotopes du rhodium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Le rhodium est un élément chimique portant le symbole Rh et le numéro atomique 45. C'est un métal de transition extrêmement rare, blanc argenté, dur, résistant à la corrosion et chimiquement inerte . C'est un métal noble et un membre du groupe du platine . Il n'a qu'un seul isotope naturel , qui est le 103 Rh. Le rhodium naturel se trouve généralement sous forme de métal libre, d'alliage avec des métaux similaires et rarement sous forme de composé chimique dans des minéraux tels que la bowieite et la rhodplumsite . C'est l'un des métaux précieux les plus rares et les plus précieux .
Le rhodium se trouve dans les minerais de platine ou de nickel avec les autres membres des métaux du groupe du platine. Il a été découvert en 1803 par William Hyde Wollaston dans l'un de ces minerais, et nommé d'après la couleur rose de l'un de ses composés chlorés .
Utilisation principale de l'élément (environ 80% de la production mondiale de rhodium) est l'un des catalyseurs dans les pots catalytiques à trois voies dans les automobiles. Parce que le métal rhodium est inerte contre la corrosion et la plupart des produits chimiques agressifs, et en raison de sa rareté, le rhodium est généralement allié avec du platine ou du palladium et appliqué dans des revêtements résistants à la corrosion et à haute température. L'or blanc est souvent plaqué d'une fine couche de rhodium pour améliorer son apparence tandis que l' argent sterling est souvent plaqué de rhodium pour une résistance au ternissement. Le rhodium est parfois utilisé pour durcir les silicones ; une silicone en deux parties dans laquelle une partie contenant un hydrure de silicium et l'autre contenant une silicone à terminaison vinyle sont mélangées. L'un de ces liquides contient un complexe de rhodium.
Les détecteurs au rhodium sont utilisés dans les réacteurs nucléaires pour mesurer le niveau de flux de neutrons . D'autres utilisations du rhodium comprennent l'hydrogénation asymétrique utilisée pour former des précurseurs de médicaments et les procédés de production d' acide acétique .
Histoire
Le rhodium (du grec rhodon (ῥόδον) signifiant « rose ») a été découvert en 1803 par William Hyde Wollaston , peu après sa découverte du palladium . Il a utilisé du minerai de platine brut vraisemblablement obtenu d' Amérique du Sud . Sa procédure consistait à dissoudre le minerai dans l' eau régale et à neutraliser l'acide avec de l'hydroxyde de sodium (NaOH). Il a ensuite précipité le platine sous forme de chloroplatinate d'ammonium en ajoutant du chlorure d'ammonium ( NH
4Cl ). La plupart des autres métaux comme le cuivre , le plomb , le palladium et le rhodium ont été précipités avec du zinc . Diluée d' acide nitrique dissous tout sauf le palladium et le rhodium. Parmi ceux-ci, le palladium dissous dans l'eau régale mais le rhodium ne l'a pas fait, et le rhodium a été précipité par l'ajout de chlorure de sodium sous forme de Na
3[RhCl
6]· n H
2O . Après avoir été lavé avec de l'éthanol, le précipité rose-rouge a réagi avec du zinc, qui a déplacé le rhodium dans le composé ionique et a ainsi libéré le rhodium sous forme de métal libre.
Après la découverte, l'élément rare n'avait que des applications mineures ; par exemple, au tournant du siècle, des thermocouples contenant du rhodium étaient utilisés pour mesurer des températures jusqu'à 1800 °C. Ils ont une stabilité exceptionnellement bonne dans la plage de température de 1300 à 1800 °C.
La première application majeure était la galvanoplastie à des fins décoratives et comme revêtement résistant à la corrosion. L'introduction du convertisseur catalytique à trois voies par Volvo en 1976 a augmenté la demande de rhodium. Les convertisseurs catalytiques précédents utilisaient du platine ou du palladium, tandis que le convertisseur catalytique à trois voies utilisait du rhodium pour réduire la quantité de NO x dans les gaz d'échappement.
Caractéristiques
Z | Élément | Nombre d'électrons/coque |
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27 | cobalt | 2, 8, 15, 2 |
45 | rhodium | 2, 8, 18, 16, 1 |
77 | iridium | 2, 8, 18, 32, 15, 2 |
109 | meitnerium | 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (prédit) |
Le rhodium est un métal dur, argenté et durable qui a une haute réflectance . Le rhodium métallique ne forme normalement pas d' oxyde , même lorsqu'il est chauffé. L'oxygène de l' atmosphère n'est absorbé qu'au point de fusion du rhodium, mais il est libéré lors de la solidification. Le rhodium a à la fois un point de fusion plus élevé et une densité plus faible que le platine . Il n'est pas attaqué par la plupart des acides : il est totalement insoluble dans l'acide nitrique et se dissout légèrement dans l' eau régale .
Propriétés chimiques
Le rhodium appartient au groupe 9 du tableau périodique, mais la configuration des électrons dans les couches les plus externes est atypique pour le groupe. Cette anomalie est également observée dans les éléments voisins, le niobium (41), le ruthénium (44) et le palladium (46).
États d'oxydation du rhodium |
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+0 |
Rhésus 4(CO) 12 |
+1 |
RhCl(PH 3) 2 |
+2 |
Rhésus 2(O 2CCH 3) 4 |
+3 |
RhCl 3, Rh 2O 3 |
+4 |
RhO 2 |
+5 |
RhF 5, Sr 3LiRhO 6 |
+6 |
RhF 6 |
L' état d'oxydation courant du rhodium est +3, mais des états d'oxydation de 0 à +6 sont également observés.
Contrairement au ruthénium et à l' osmium , le rhodium ne forme aucun composé oxygéné volatil. Les oxydes stables connus comprennent Rh
2O
3, RhO
2, RhO
2· x H
2O , Na
2RhO
3, Sr
3LiRhO
6et Sr
3NaRhO
6. Les composés halogènes sont connus dans presque toute la gamme des états d'oxydation possibles. Le chlorure de rhodium (III) , le trifluorure de rhodium , le pentafluorure de rhodium et l' hexafluorure de rhodium en sont des exemples. Les états d'oxydation inférieurs ne sont stables qu'en présence de ligands.
Le composé rhodium-halogène le plus connu est le catalyseur de Wilkinson, le chlorotris(triphénylphosphine)rhodium(I). Ce catalyseur est utilisé dans l' hydroformylation ou l' hydrogénation des alcènes .
Isotopes
Le rhodium naturel est composé d'un seul isotope , 103 Rh. Les radio - isotopes les plus stables sont 101 Rh avec une demi-vie de 3,3 ans, 102 Rh avec une demi-vie de 207 jours, 102m Rh avec une demi-vie de 2,9 ans et 99 Rh avec une demi-vie de 16,1 jours. Vingt autres radio-isotopes ont été caractérisés avec des poids atomiques allant de 92,926 u ( 93 Rh) à 116,925 u ( 117 Rh). La plupart d'entre eux ont des demi-vies inférieures à une heure, à l'exception de 100 Rh (20,8 heures) et 105 Rh (35,36 heures). Le rhodium a de nombreux méta-états , le plus stable étant 102m Rh (0,141 MeV) avec une demi-vie d'environ 2,9 ans et 101m Rh (0,157 MeV) avec une demi-vie de 4,34 jours (voir isotopes du rhodium ).
Dans les isotopes pesant moins de 103 (l'isotope stable), le mode de désintégration primaire est la capture d'électrons et le produit de désintégration primaire est le ruthénium . Dans les isotopes supérieurs à 103, le mode de désintégration principal est l' émission bêta et le produit principal est le palladium .
Occurrence
Le rhodium est l'un des éléments les plus rares de la croûte terrestre , comprenant environ 0,0002 parties par million (2 × 10 −10 ). Sa rareté affecte son prix et son utilisation dans des applications commerciales. La concentration de rhodium dans les météorites de nickel est généralement de 1 partie par milliard . Le rhodium a été mesuré dans certaines pommes de terre avec des concentrations comprises entre 0,8 et 30 ppt.
Exploitation minière et prix
L'extraction industrielle du rhodium est complexe car les minerais sont mélangés à d'autres métaux tels que le palladium , l' argent , le platine et l' or et il existe très peu de minéraux rhodiés . Il se trouve dans les minerais de platine et est extrait sous forme de métal inerte blanc difficile à fondre. Les principales sources sont situées en Afrique du Sud ; dans les sables fluviaux des montagnes de l' Oural en Russie ; et en Amérique du Nord, y compris la zone minière de sulfure de cuivre - nickel de la région de Sudbury , en Ontario . Bien que l'abondance du rhodium à Sudbury soit très faible, la grande quantité de minerai de nickel traité rend la récupération du rhodium rentable.
Le principal exportateur de rhodium est l'Afrique du Sud (environ 80 % en 2010) suivie de la Russie. La production mondiale annuelle est de 30 tonnes . Le prix du rhodium est très variable. En 2007, le rhodium coûtait environ huit fois plus que l'or, 450 fois plus que l'argent et 27 250 fois plus que le cuivre en poids. En 2008, le prix a brièvement dépassé 10 000 $ l'once (350 000 $ le kilogramme). Le ralentissement économique du 3e trimestre 2008 a fortement fait reculer les prix du rhodium sous les 1 000 dollars l'once (35 000 dollars le kilo) ; le prix a rebondi à 2 750 $ au début de 2010 (97 000 $ le kilogramme) (plus du double du prix de l'or), mais à la fin de 2013, les prix étaient inférieurs à 1 000 $. Les problèmes politiques et financiers ont conduit à des prix du pétrole très bas et à une offre excédentaire, entraînant une chute des prix de la plupart des métaux. Les économies de la Chine, de l'Inde et des autres pays émergents ont ralenti en 2014 et 2015. Rien qu'en 2014, 23 722 890 véhicules à moteur ont été produits en Chine, hors motos. Cela a abouti à un prix du rhodium de 740,00 $ US par once troy (31,1 grammes) à la fin novembre 2015.
Les propriétaires de rhodium, métal dont le prix de marché est très volatile, se trouvent périodiquement dans une position de marché extrêmement avantageuse : extraire du sol davantage de minerai contenant du rhodium extraira nécessairement aussi d'autres métaux précieux beaucoup plus abondants, notamment le platine et le palladium, ce qui surapprovisionner le marché avec ces autres métaux, abaissant leurs prix. Puisqu'il est économiquement impossible de simplement extraire ces autres métaux juste pour obtenir du rhodium, le marché est souvent désespérément pressé pour l'offre de rhodium, provoquant une flambée des prix. La récupération de cette position de déficit d'approvisionnement peut être assez problématique à l'avenir pour de nombreuses raisons, notamment parce qu'on ne sait pas combien de rhodium (et d'autres métaux précieux) a réellement été placé dans les convertisseurs catalytiques pendant les nombreuses années où le logiciel anti-émissions des fabricants était en cours d'utilisation. Une grande partie de l'offre mondiale de rhodium est obtenue à partir de convertisseurs catalytiques recyclés obtenus à partir de véhicules mis au rebut. Début novembre 2020, le prix au comptant du rhodium était de 14 700 $ US l'once troy. Début mars 2021, le rhodium a atteint un prix de 29 400 $ US l'once troy sur Metals Daily (une liste de produits de métaux précieux).
Combustibles nucléaires usés
Le rhodium est un produit de fission de l' uranium 235 : chaque kilogramme de produit de fission contient une quantité importante des métaux plus légers du groupe du platine. Le combustible nucléaire irradié est donc une source potentielle de rhodium, mais l'extraction est complexe et coûteuse, et la présence de radio-isotopes du rhodium nécessite une période de refroidissement de stockage pendant plusieurs demi-vies de l'isotope à vie la plus longue ( 101 Rh avec une demi-vie de 3,3 ans et 102m Rh avec une demi-vie de 2,9 ans), soit environ 10 ans. Ces facteurs rendent la source peu attrayante et aucune extraction à grande échelle n'a été tentée.
Applications
L'utilisation principale de cet élément est dans les automobiles en tant que convertisseur catalytique , transformant les émissions nocives d'hydrocarbures non brûlés, de monoxyde de carbone et d'oxyde d'azote en gaz moins nocifs. Sur 30 000 kg de rhodium consommés dans le monde en 2012, 81 % (24 300 kg) sont allés dans cette application, et 8 060 kg ont été récupérés dans d'anciens convertisseurs. Environ 964 kg de rhodium ont été utilisés dans l'industrie du verre, principalement pour la production de fibre de verre et de verre plat, et 2 520 kg ont été utilisés dans l'industrie chimique.
Catalyseur
Le rhodium est préférable aux autres métaux du platine dans la réduction des oxydes d' azote en azote et oxygène :
X→ x O
2+ N
2
Les catalyseurs au rhodium sont utilisés dans de nombreux procédés industriels, notamment dans la carbonylation catalytique du méthanol pour produire de l'acide acétique par le procédé Monsanto . Il est également utilisé pour catalyser l'addition d'hydrosilanes aux doubles liaisons moléculaires , un processus important dans la fabrication de certains caoutchoucs de silicone. Les catalyseurs au rhodium sont également utilisés pour réduire le benzène en cyclohexane .
Le complexe d'un ion rhodium avec le BINAP est un catalyseur chiral largement utilisé pour la synthèse chirale , comme dans la synthèse du menthol .
Utilisations ornementales
Le rhodium trouve une utilisation dans les bijoux et pour les décorations. Il est galvanoplastie sur l' or blanc et platine pour lui donner une surface blanche réfléchissante au moment de la vente, après quoi la couche mince use avec l' utilisation. Ceci est connu sous le nom de rhodium clignotant dans le secteur de la bijouterie. Il peut également être utilisé dans le revêtement d' argent sterling pour le protéger contre le ternissement ( sulfure d'argent , Ag 2 S, produit à partir de l'hydrogène sulfuré atmosphérique, H 2 S). Les bijoux en rhodium massif (pur) sont très rares, plus à cause de la difficulté de fabrication (point de fusion élevé et malléabilité médiocre) qu'à cause du prix élevé. Le coût élevé garantit que le rhodium n'est appliqué qu'en tant que galvanoplastie . Le rhodium a également été utilisé pour les honneurs ou pour signifier le statut d'élite, lorsque des métaux plus couramment utilisés tels que l'argent, l'or ou le platine ont été jugés insuffisants. En 1979, le Livre Guinness des records du monde a donné à Paul McCartney un disque plaqué rhodium pour être l'auteur-compositeur et l'artiste d'enregistrement le plus vendu de l'histoire.
Autres utilisations
Le rhodium est utilisé comme agent d'alliage pour durcir et améliorer la résistance à la corrosion du platine et du palladium . Ces alliages sont utilisés dans les enroulements de fours, les bagues pour la production de fibres de verre, les éléments de thermocouple , les électrodes pour bougies d'allumage d'avions et les creusets de laboratoire. D'autres utilisations incluent :
- Contacts électriques , où il est apprécié pour sa faible résistance électrique, sa résistance de contact petite et stable et sa grande résistance à la corrosion .
- Le rhodium plaqué par galvanoplastie ou par évaporation est extrêmement dur et utile pour les instruments optiques.
- Filtres dans les systèmes de mammographie pour les rayons X caractéristiques qu'il produit.
- Les détecteurs de neutrons au rhodium sont utilisés dans les réacteurs nucléaires pour mesurer les niveaux de flux de neutrons - cette méthode nécessite un filtre numérique pour déterminer le niveau de flux de neutrons actuel, générant trois signaux distincts : immédiat, un délai de quelques secondes et un délai d'une minute, chacun avec son propre signal niveau; tous les trois sont combinés dans le signal du détecteur de rhodium. Les trois réacteurs nucléaires de Palo Verde ont chacun 305 détecteurs de neutrons au rhodium, 61 détecteurs sur chacun des cinq niveaux verticaux, fournissant une "image" 3D précise de la réactivité et permettant un réglage fin pour consommer le combustible nucléaire le plus économiquement.
Dans la fabrication automobile, le rhodium est également utilisé dans la construction de réflecteurs de phares.
Précautions
Dangers | |
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H413 | |
P273 , P501 | |
NFPA 704 (diamant de feu) |
Étant un métal noble , le rhodium pur est inerte et inoffensif sous forme élémentaire. Cependant, les complexes chimiques du rhodium peuvent être réactifs. Pour le chlorure de rhodium, la dose létale médiane (DL 50 ) pour les rats est de 198 mg ( RhCl
3) par kilogramme de poids corporel. Comme les autres métaux nobles, le rhodium ne s'est avéré remplir aucune fonction biologique.
Les personnes peuvent être exposées au rhodium sur leur lieu de travail par inhalation. L' Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a spécifié la limite légale (limite d' exposition admissible ) pour l'exposition au rhodium sur le lieu de travail à 0,1 mg/m 3 sur une journée de travail de 8 heures, et le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) a fixé la limite d'exposition recommandée (REL), au même niveau. A des concentrations de 100 mg/m 3 , le rhodium est immédiatement dangereux pour la vie ou la santé . Pour les composés solubles, le PEL et le REL sont tous deux de 0,001 mg/m 3 .
Voir également
Les références
Liens externes
- Rhodium au tableau périodique des vidéos (Université de Nottingham)
- Données techniques et de sécurité du rhodium
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards