Rodio

El rodio es un elemento químico con el símbolo Rh y el número atómico 45. Es un metal de transición muy raro, de color blanco plateado, duro y resistente a la corrosión. Es un metal noble y miembro del grupo del platino. Tiene un solo isótopo natural: Rh. El rodio natural se encuentra generalmente como un metal libre o como una aleación con metales similares y rara vez como un compuesto químico en minerales como la bowieita y la rodplumsita. Es uno de los metales preciosos más raros y valiosos.

El rodio se encuentra en minerales de platino o níquel con los otros miembros del grupo de metales del platino. Fue descubierto en 1803 por William Hyde Wollaston en uno de esos minerales, y recibió su nombre por el color rosa de uno de sus compuestos de cloro.

El principal uso del elemento (consumiendo alrededor del 80% de la producción mundial de rodio) es como uno de los catalizadores en los convertidores catalíticos de tres vías en los automóviles. Debido a que el metal rodio es inerte contra la corrosión y los productos químicos más agresivos, y debido a su rareza, el rodio generalmente se alea con platino o paladio y se aplica en recubrimientos resistentes a la corrosión y a altas temperaturas. El oro blanco a menudo se enchapa con una fina capa de rodio para mejorar su apariencia, mientras que la plata esterlina a menudo se enchapa en rodio para resistir el deslustre. El rodio a veces se usa para curar siliconas; una silicona de dos partes en la que se mezclan una parte que contiene un hidruro de silicio y la otra que contiene una silicona terminada en vinilo. Uno de estos líquidos contiene un complejo de rodio.

Los detectores de rodio se utilizan en reactores nucleares para medir el nivel de flujo de neutrones. Otros usos del rodio incluyen la hidrogenación asimétrica utilizada para formar precursores de fármacos y los procesos para la producción de ácido acético.

Historia

El rodio (del griego rhodon (ῥόδον) que significa "rosa") fue descubierto en 1803 por William Hyde Wollaston, poco después de descubrir el paladio. Usó mineral de platino crudo presumiblemente obtenido de América del Sur. Su procedimiento disolvió el mineral en agua regia y neutralizó el ácido con hidróxido de sodio (NaOH). Luego precipitó el platino como cloroplatinato de amonio agregando cloruro de amonio (NH₄Cl). La mayoría de los demás metales como el cobre, el plomo, el paladio y el rodio se precipitaron con zinc. El ácido nítrico diluido disolvió todo menos el paladio y el rodio. De estos, el paladio se disolvió en agua regia pero el rodio no, y el rodio se precipitó mediante la adición de cloruro de sodio como Na₃[RhCl₆] · nH₂O. Después de lavarlo con etanol, el precipitado de color rojo rosa se hizo reaccionar con zinc, lo que desplazó al rodio en el compuesto iónico y, por lo tanto, liberó el rodio como metal libre.

Durante décadas, el elemento raro tuvo solo aplicaciones menores; por ejemplo, a principios de siglo, se utilizaron termopares que contenían rodio para medir temperaturas de hasta 1800 °C. Tienen una estabilidad excepcionalmente buena en el rango de temperatura de 1300 a 1800 °C.

La primera aplicación importante fue la galvanoplastia para usos decorativos y como revestimiento resistente a la corrosión. La introducción del convertidor catalítico de tres vías por parte de Volvo en 1976 aumentó la demanda de rodio. Los convertidores catalíticos anteriores usaban platino o paladio, mientras que el convertidor catalítico de tres vías usaba rodio para reducir la cantidad de NO _x en el escape.

Características

Z	Elemento	No. de electrones/cáscara
27	cobalto	2, 8, 15, 2
45	rodio	2, 8, 18, 16, 1
77	iridio	2, 8, 18, 32, 15, 2
109	meitnerio	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (previsto)

El rodio es un metal duro, plateado y duradero que tiene una alta reflectancia. El rodio metálico normalmente no forma un óxido, incluso cuando se calienta. El oxígeno se absorbe de la atmósfera solo en el punto de fusión del rodio, pero se libera al solidificarse. El rodio tiene un punto de fusión más alto y una densidad más baja que el platino. No es atacado por la mayoría de los ácidos: es completamente insoluble en ácido nítrico y se disuelve ligeramente en agua regia.

Propiedades químicas

El rodio pertenece al grupo 9 de la tabla periódica, pero la configuración de los electrones en las capas más externas es atípica para el grupo. Esta anomalía también se observa en los elementos vecinos, niobio (41), rutenio (44) y paladio (46).

Estados de oxidacióndel rodio
+0	Rh4(CO)12
+1	RhCl(PH3)2
+2	Rh2(O2CCH3)4
+3	RhCl3, Rh2O3
+4	Rho2
+5	RhF5, señor3LiRhO6
+6	RhF6

El estado de oxidación común del rodio es +3, pero también se observan estados de oxidación de 0 a +7.

A diferencia del rutenio y el osmio, el rodio no forma compuestos de oxígeno volátiles. Los óxidos estables conocidos incluyen Rh₂O₃, Rho₂, Rho₂· x altura₂Oh, na₂Rho₃, señor₃LiRhO₆y señor₃NaRho₆. Los compuestos de halógeno se conocen en casi toda la gama de posibles estados de oxidación. El cloruro de rodio (III), el trifluoruro de rodio, el pentafluoruro de rodio y el hexafluoruro de rodio son ejemplos. Los estados de oxidación inferiores son estables solo en presencia de ligandos.

El compuesto de rodio-halógeno más conocido es el clorotris (trifenilfosfina) rodio (I) del catalizador de Wilkinson. Este catalizador se utiliza en la hidroformilación o hidrogenación de alquenos.

Isótopos

El rodio natural se compone de un solo isótopo, Rh. Los radioisótopos más estables son Rh con una vida media de 3,3 años, Rh con una vida media de 207 días, Rh con una vida media de 2,9 años y Rh con una vida media de 16,1 días. Se han caracterizado otros veinte radioisótopos con pesos atómicos que oscilan entre 92,926 u (Rh) y 116,925 u (Rh). La mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a una hora, excepto Rh (20,8 horas) y Rh (35,36 horas). El rodio tiene numerosos metaestados, siendo el más estable Rh (0,141 MeV) con una vida media de aproximadamente 2,9 años y Rh (0,157 MeV) con una vida media de 4,34 días (ver isótopos de rodio).

En los isótopos que pesan menos de 103 (el isótopo estable), el modo de desintegración principal es la captura de electrones y el producto de desintegración principal es el rutenio. En los isótopos superiores a 103, el modo de desintegración principal es la emisión beta y el producto principal es el paladio.

Ocurrencia

El rodio es uno de los elementos más raros de la corteza terrestre y comprende aproximadamente 0,0002 partes por millón (2 × 10). Su rareza afecta su precio y su uso en aplicaciones comerciales. La concentración de rodio en los meteoritos de níquel suele ser de 1 parte por billón. El rodio se ha medido en algunas patatas con concentraciones entre 0,8 y 30 ppt.

Minería y precio

La extracción industrial del rodio es compleja porque los minerales se mezclan con otros metales como el paladio, la plata, el platino y el oro y hay muy pocos minerales que contengan rodio. Se encuentra en minerales de platino y se extrae como un metal blanco inerte que es difícil de fusionar. Las fuentes principales se encuentran en Sudáfrica; en las arenas de los ríos de los Montes Urales en Rusia; y en América del Norte, incluida la zona minera de sulfuro de cobre y níquel de la región de Sudbury, Ontario. Aunque la abundancia de rodio en Sudbury es muy pequeña, la gran cantidad de mineral de níquel procesado hace que la recuperación de rodio sea rentable.

El principal exportador de rodio es Sudáfrica (aproximadamente el 80% en 2010) seguido de Rusia. La producción mundial anual es de 30 toneladas. El precio del rodio es muy variable. En 2007, el rodio costaba aproximadamente ocho veces más que el oro, 450 veces más que la plata y 27.250 veces más que el cobre en peso. En 2008, el precio subió brevemente por encima de los 10 000 dólares la onza (350 000 dólares el kilogramo). La desaceleración económica del tercer trimestre de 2008 hizo que los precios del rodio retrocedieran considerablemente por debajo de los 1.000 dólares la onza (35.000 dólares el kilogramo); el precio se recuperó a $ 2750 a principios de 2010 ($ 97 000 por kilogramo) (más del doble del precio del oro), pero a fines de 2013, los precios eran menos de $ 1000. Problemas políticos y financieros.condujo a precios del petróleo muy bajos y a un exceso de oferta, lo que provocó que la mayoría de los metales cayera de precio. Las economías de China, India y otros países emergentes se desaceleraron en 2014 y 2015. Solo en 2014, se produjeron en China 23.722.890 vehículos de motor, excluidas las motocicletas. Esto resultó en un precio del rodio de 740,00 dólares estadounidenses por onza troy (31,1 gramos) a fines de noviembre de 2015.

Los propietarios de rodio, un metal con un precio de mercado altamente volátil, se colocan periódicamente en una posición de mercado extremadamente ventajosa: extraer más minerales que contienen rodio del suelo necesariamente también extraerá otros metales preciosos mucho más abundantes, en particular platino y paladio, que sobreabastecer el mercado con esos otros metales, bajando sus precios. Dado que es económicamente inviable simplemente extraer estos otros metales solo para obtener rodio, el mercado a menudo se encuentra desesperadamente apretado para el suministro de rodio, lo que hace que los precios se disparen. La recuperación de esta posición de déficit de suministro puede ser bastante problemática en el futuro por muchas razones, especialmente porque no se sabe cuánto rodio (y otros metales preciosos) se colocó realmente en los convertidores catalíticos durante los muchos años en que los fabricantes Se estaba utilizando un software de trampa de emisiones. Gran parte del suministro mundial de rodio se obtiene a partir de convertidores catalíticos reciclados obtenidos de vehículos desechados. A principios de noviembre de 2020, el precio al contado del rodio era de 14.700 dólares estadounidenses por onza troy. A principios de marzo de 2021, el rodio alcanzó un precio de 29 400 dólares estadounidenses por onza troy en Metals Daily (una lista de materias primas de metales preciosos).

Combustibles nucleares usados

El rodio es un producto de fisión del uranio-235: cada kilogramo de producto de fisión contiene una cantidad significativa de los metales más ligeros del grupo del platino. Por lo tanto, el combustible nuclear usado es una fuente potencial de rodio, pero la extracción es compleja y costosa, y la presencia de radioisótopos de rodio requiere un período de almacenamiento en refrigeración para múltiples vidas medias del isótopo de vida más larga (Rh con una vida media de 3,3 años y Rh con una vida media de 2,9 años), o alrededor de 10 años. Estos factores hacen que la fuente sea poco atractiva y no se ha intentado una extracción a gran escala.

Aplicaciones

El uso principal de este elemento es en automóviles como convertidor catalítico, transformando las emisiones de escape de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y óxido de nitrógeno en gases menos nocivos. De los 30 000 kg de rodio consumidos en todo el mundo en 2012, el 81 % (24 300 kg) se destinó a esta aplicación y 8060 kg se recuperaron de convertidores antiguos. Aproximadamente 964 kg de rodio se usaron en la industria del vidrio, principalmente para la producción de fibra de vidrio y vidrio de panel plano, y 2520 kg se usaron en la industria química.

Catalizador

El rodio es preferible a los otros metales de platino en la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno:2

NO_X→

x O₂+

norte₂

Los catalizadores de rodio se utilizan en una serie de procesos industriales, en particular en la carbonilación catalítica de metanol para producir ácido acético mediante el proceso de Monsanto. También se utiliza para catalizar la adición de hidrosilanos a dobles enlaces moleculares, un proceso importante en la fabricación de ciertos cauchos de silicona. Los catalizadores de rodio también se utilizan para reducir el benceno a ciclohexano.

El complejo de un ion rodio con BINAP es un catalizador quiral ampliamente utilizado para la síntesis quiral, como en la síntesis de mentol.

Usos ornamentales

El rodio encuentra uso en joyería y para decoraciones. Está galvanizada sobre oro blanco y platino para darle una superficie blanca reflectante en el momento de la venta, después de lo cual la fina capa se desgasta con el uso. Esto se conoce como tapajuntas de rodio en el negocio de la joyería. También se puede usar para recubrir plata esterlina para protegerla contra el deslustre (sulfuro de plata, Ag ₂ S, producido a partir de sulfuro de hidrógeno atmosférico, H ₂ S). Las joyas de rodio sólido (puro) son muy raras, más por la dificultad de fabricación (alto punto de fusión y mala maleabilidad) que por el alto precio.El alto costo asegura que el rodio se aplique solo como electrochapado. El rodio también se ha utilizado para honores o para indicar un estatus de élite, cuando los metales más utilizados, como la plata, el oro o el platino, se consideraban insuficientes. En 1979, el Libro Guinness de los Récords le dio a Paul McCartney un disco chapado en rodio por ser el compositor y artista discográfico más vendido de todos los tiempos.

Otros usos

El rodio se utiliza como agente de aleación para endurecer y mejorar la resistencia a la corrosión del platino y el paladio. Estas aleaciones se utilizan en devanados de hornos, casquillos para la producción de fibra de vidrio, elementos de termopares, electrodos para bujías de aviones y crisoles de laboratorio. Otros usos incluyen:

• Contactos eléctricos, donde se valora por su pequeña resistencia eléctrica, pequeña y estable resistencia de contacto y gran resistencia a la corrosión.
• El rodio plateado por galvanoplastia o evaporación es extremadamente duro y útil para instrumentos ópticos.
• Filtros en sistemas de mamografía para los rayos X característicos que produce.
• Los detectores de neutrones de rodio se utilizan en reactores nucleares para medir los niveles de flujo de neutrones; este método requiere un filtro digital para determinar el nivel de flujo de neutrones actual, generando tres señales separadas: inmediata, con un retraso de unos segundos y con un minuto de retraso, cada una con su propia señal. nivel; los tres se combinan en la señal del detector de rodio. Los tres reactores nucleares de Palo Verde tienen cada uno 305 detectores de neutrones de rodio, 61 detectores en cada uno de los cinco niveles verticales, lo que proporciona una "imagen" 3D precisa de la reactividad y permite un ajuste fino para consumir el combustible nuclear de la manera más económica.

En la fabricación de automóviles, el rodio también se utiliza en la construcción de reflectores de faros.

• Una muestra de 78 g de rodio
• Corte de un convertidor catalítico de núcleo metálico
• Alianza de oro blanco rodiada
• Hoja de rodio y alambre

Precauciones

Al ser un metal noble, el rodio puro es inerte e inofensivo en forma elemental. Sin embargo, los complejos químicos de rodio pueden ser reactivos. Para el cloruro de rodio, la dosis letal mediana (LD ₅₀) para ratas es de 198 mg (RhCl₃) por kilogramo de peso corporal. Al igual que los otros metales nobles, no se ha encontrado que el rodio cumpla ninguna función biológica.

Las personas pueden estar expuestas al rodio en el lugar de trabajo por inhalación. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha especificado el límite legal (límite de exposición permisible) para la exposición al rodio en el lugar de trabajo en 0,1 mg/m durante una jornada laboral de 8 horas, y el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecer el límite de exposición recomendado (REL), en el mismo nivel. A niveles de 100 mg/m3, el rodio es inmediatamente peligroso para la vida o la salud. Para los compuestos solubles, el PEL y el REL son ambos de 0,001 mg/m3.