Rhodium là một nguyên tố kim loại màu trắng bạc có ánh kim cao và chống ăn mòn. Nó được xem là kim loại quý hiếm nhất và giá trị nhất trên thế giới – trên cả vàng hoặc bạc. Tên gọi rhodium có xuất xứ Hi Lạp “rhodon”, nghĩa là hoa hồng, tên gọi lấy từ màu đỏ hoa hồng của các muối của nó.
Một miếng rhodium 78 gam
Một số thực tế
- Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 45
- Kí hiệu nguyên tử (trên bảng tuần hoàn hóa học): Rh
- Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 102,90550
- Tỉ trọng: 12,41 g/cm3
- Pha ở nhiệt độ phòng: Rắn
- Điểm nóng chảy: 1964C
- Điểm sôi: 3695C
- Số lượng đồng vị (các nguyên tử thuộc cùng một nguyên tố nhưng có số lượng neutron khác nhau): 24 đồng vị có chu kì bán rã đã biết; một đồng vị bền
- Đồng vị phổ biến nhất: Một đồng vị bền Rh-103
Tính chất
Rhodium là một trong sáu kim loại nhóm bạch kim: platinum, palladium, rhodium, osmium, iridium và ruthenium. Nó cũng được phân loại là kim loại trơ, nghĩa là nó không dễ phản ứng với oxygen, nó tác dụng một chất xúc tác tuyệt vời và chống ăn mòn và chống oxy hóa. Một số đặc trưng chung của các kim loại nhóm bạch kim là điểm nóng chảy cao, nói chung không độc, và chống mài mòn, chống oxy hóa và chống ăn mòn.
Rhodium là kim loại hiếm nhất trong nhóm bạch kim, chỉ có mặt với hàm lượng một phần 200 triệu trong lớp vỏ Trái Đất. Rhodium có tỉ trọng thấp hơn và điểm nóng chảy cao hơn so với platinum. Rhodium không bị ảnh hưởng bởi không khí và nước lên tới nhiệt độ 600C.
Cấu hình electron và tính chất nguyên tố của rhodium
Khám phá
Rhodium được khám phá vào năm 1803 bởi nhà hóa học Anh William Hyde Wollaston, không bao lâu sau khi ông tìm thấy nguyên tố palladium. Wollaston đã điều chế rhodium từ một miếng quặng bạch kim mà ông thu được ở Nam Mĩ. Rhodium thường có mặt cùng với các trầm tích platinum và thường thu được từ việc khai thác quặng và điều chế platinum.
Wollaston ban đầu được cảnh báo về khả năng một nguyên tố mới tồn tại trong quặng bạch kim bởi nhà hóa học Pháp Hippolyte-Victor Collet-Descotils, ông này tin rằng màu đỏ của một số muối bạch kim là do sự có mặt của một kim loại chưa được biết tới. Sau một chuỗi phản ứng hóa học, Wollaston đã có thể loại bỏ platium và palladium ra khỏi mẩu quặng bạch kim. Ông còn lại một chất bột màu đỏ sậm – hóa ra đó chính là sodium rhodium chloride.
Công dụng
Công dụng chính cho rhodium là trong các bộ lọc xúc tác được thiết kế để làm sạch khí thải xe cộ. Rhodium – thường phối hợp với palladium và/hoặc platinum – làm công việc này bằng cách giảm lượng nitrogen oxide trong khí thải. Không có chất xúc tác rhodium, không khí trong các đô thị của chúng ta sẽ tồi tệ hơn nhiều do khí thải xe cộ.
Vì rhodium khá sáng và chống lu mờ, nên nó được dùng để đựng đồ trang sức, đèn chiếu và gương. Nó cũng được pha hợp kim với platium cho các động cơ phản lực máy bay. Trong ngành công nghiệp hóa chất, rhodium được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất acid nitric, acid acetic và các phản ứng hydro hóa. Các công dụng khác cho rhodium là bọc ngoài sợi quang, nồi nấu, cặp nhiệt điện và gương đèn pha. Vì nó có điện trở thấp và chống mài mòn tốt, nên nó còn được dùng làm vật liệu tiếp xúc điện.
Rhodium thường được pha hợp kim với platinum và iridium để chế tạo ra một kim loại chống oxy hóa có thể trụ vững ở nhiệt độ cao. Những hợp kim này được dùng trong dây nung, kim tiêm, kim máy hát, cặp nhiệt điện nhiệt độ cao và dây điện trở, dây bugi cho máy bay, vòng bi và các tiếp xúc điện.
Rhodium chẳng có công dụng sinh học nào được biết và chẳng có công dụng nào được biết cho các quá trình sống. Trong khi một số hợp chất của rhodium có tính gây ung thư, nhưng hầu như chẳng có ca bệnh nào được báo cáo ở con người bị ảnh hưởng bởi nguyên tố này. Nguyên do có thể là vì các hợp chất rhodium quá hiếm gặp. Các thử nghiệm trên thực vật cho thấy rhodium là thành viên ít độc tính nhất trong nhóm kim loại bạch kim.
Mặc dù rhodium thường được xem là không độc, nhưng một số hợp chất của nó có độc tính và gây ung thư. Rhodium có mặt trong thiên nhiên chỉ ở dạng một đồng vị bền: Rh-103.
Bạn có biết?
- Một hợp kim của rhodium-platinum được dùng trong máy điều hòa nhịp tim.
- Nhà sản xuất PGM ở Nam Phi đã điều chế một hợp chất kim loại gồm xấp xỉ 60% platinum, 30% palladium và 10% rhodium.
- Rhodium kháng lại đa số acid.
- Kim loại rhodium hiếm khi được sử dụng ở dạng nguyên chất và hầu như luôn được sử dụng ở dạng hợp kim.
- Là một trong ba kim loại quý (rhodium, platinum và palladium) hiện được sử dụng trong các bộ lọc xúc tác khí thải xe cộ, rhodium có hoạt tính cao nhất trong việc loại bỏ nitrogen oxide (NOx) ra khỏi khí thải. Nó cũng có hoạt tính cao nhất cho việc oxy hóa các hydrocarbon (HC) và carbon monoxide (CO) và là chất kháng độc rất tốt trong dòng khí thải. Nhược điểm chính của nó là giá thành cao.
- Toàn bộ các hợp chất rhodium đều dễ dàng bị nhiệt phân thành một kim loại có dạng bột.
Khai thác
Rhodium thương mại thường được sản xuất dưới dạng một phụ phẩm của quá trình điều chế đồng và nickel. Trong tự nhiên, rhodium có thể xuất hiện ở dạng tự do hoặc cùng với các khoáng chất bạch kim khác. Bạn có thể tìm thấy nó trong cát sông ở Bắc Mĩ và Nam Mĩ và trong các quặng đồng-nickel sulfide ở Ontario, Canada.
Do tính hiếm của nó, thị trường tiêu thụ nhỏ và nguồn cung cấp tập trung – chỉ riêng Nam Phi sản xuất chừng 80% sản lượng rhodium của thế giới – nên giá bán rhodium lên xuống thất thường. Chẳng hạn, trong khoảng thời gian ngắn ngay trước cuộc khủng hoảng tài chính năm 2008 giá rhodium lên tới 10.025 USD mỗi ounce, nhưng trước khi hết năm 2008 nó giảm đến 90%. Năm 2017, giá rhodium tăng lên hơn gấp đôi, thêm 1000 USD cho mỗi ounce sau 12 tháng hạ giá kể từ giữa năm 2016.
Dự trữ năng lượng Mặt Trời
Mặc dù rhodium dường như đã tìm thấy chỗ đứng thích hợp trong lĩnh vực làm sạch khí thải xe cộ, nhưng nhiều dự án nghiên cứu mới đang cho thấy kim loại quý hiếm này có thể giữ nhiều tiềm năng hơn, đặc biệt trong vai trò chính của nó là một chất xúc tác.
Trong một nghiên cứu như thế, các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ tại Viện Paul Scherrer (PSI) và ETH Zurich đã phát triển một quá trình hóa học mới sử dụng năng lượng nhiệt của Mặt Trời để biến đổi carbon dioxide và nước thành nhiên liệu năng lượng cao. Quá trình hóa học này sử dụng một kết hợp vật liệu mới của cerium oxide và những lượng nhỏ rhodium làm chất xúc tác. Khám phá của họ là một bước quan trọng hướng đến dự trữ năng lượng Mặt Trời ở dạng hóa học (đó từng là một bài toán rất khó nuốt đối với các nhà khoa học). Các kết quả mới của họ được công bố trên tạp chí Energy and Environmental Science.
Nguồn: LiveScience
