Что это такое родий и где применяется?

Родий является редким драгоценным металлом и хорошо известен любителям ювелирных украшений. Родиевое напыление предотвращает появление царапин и потёртостей на драгоценных изделиях, способствуя сохранению первоначального облика на протяжении длительного времени.

Родий – это химический элемент N45 из периодической таблицы Менделеева, относящийся к благородным металлам платиновой группы. Элемент был открыт англичанином Уильямом Гайдом Волластоном в 1803 году при работе с платиновым раствором. В нём химик обнаружил ярко-розовое порошкообразное вещество, получившее название родий, что в переводе с греческого означает «роза».

Родий является одним из самых редких и дорогих металлов, что обусловлено сложностью его выделения из платины в промышленном масштабе. В природе он присутствует в минералах, включающих в свой состав сразу несколько платиноидов. Специалисты отмечают, что для получения 1 кг этого металла требуется несколько тонн самородной платины. Волластон выделял родий так: после синтеза натриеводородистой соли родия он продолжительное время прокаливал над водородным пламенем розово-красный порошок, в результате чего получал всего несколько капель чистого металла.

Позже стараниями профессора Лебединского был открыт новый способ выделения родия – воздействие на раствор солей платиноидов холодом. В результате охлаждения в растворе выпадал осадок, представленный соединениями родия и иридия. Этот способ получил широкое распространение в химической промышленности и используется до сих пор. На сегодняшний день при помощи методики Лебединского ежегодно высвобождают порядка 30 т чистого металла.

Что касается внешнего вида родия, то красно-розовые оттенки характерны лишь для его соединений, при этом сам металл выглядит похожим на серебро, хотя и уступает ему в яркости блеска. Так, количество света, отражаемого этим металлом, составляет 80%, при том что у серебра данный показатель равен 95%. Несмотря на это, при изготовлении технических зеркал вместо серебра часто используют именно родий. Это обусловлено тугоплавкостью платиноида и его способностью работать при повышенной плотности электромагнитного излучения, включая инфракрасный диапазон. Иными словами, родиевое покрытие может служить много лет, в то время как серебряное напыление при аналогичных условиях не продержится и суток.

Характеристика металла была бы неполной без упоминания о его стоимости. Цена чистого родия постоянно варьируется и зависит от ежегодного объёма добычи. Так, на август 2016 г. тройская унция родия (31,1034768 г) стоила порядка 700 долларов, однако в последующие годы цена резко возросла. В начале 2020 года стоимость родиевого слитка весом в одну унцию составила 9000$. Дороговизна объясняется тем, что металл не имеет своего минерала и содержится в самородной платине, руде никеля и меди, а также в золотоносных песках в роли компаньона.

Родий представляет собой твёрдый благородный серебристый металл, превосходящий своего «прародителя» платину по химической устойчивости во многих коррозионных средах. Электронная формула его атома выглядит следующим образом: Rh – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 8 5s 1. Металл хорошо растворяется в процессе кипячения в царской водке (смесь HCl и HNO3), в концентрате H2SO4 (при нагреве) и в перекиси водорода. Температура плавления составляет 1964°C, кипения – 3697°C, плотность металла при 20°C равна 12,41 г /см3. Родий принадлежит к группе редкоземельных металлов, в твёрдом состоянии имеет серебристый цвет с холодным оттенком.

Родий химически устойчив, в результате чего с неметаллами реагирует очень плохо – исключительно по достижении температуры красного каления. Замедленное окисление металла возможно только в измельчённом состоянии и только при 1000°C.

Важным качеством металла считается его способность изменять свой оттенок, что особенно ценно в ювелирном деле. Так, при прокаливании при температуре 800°C родий покрывается оксидной плёнкой, исчезающей при увеличении температуры до 1000°C. Особенно ценится черный родий, который незаменим при изготовлении ювелирных украшений самых изысканных конфигураций. Ещё одним свойством металла является его способность выступать катализатором большинства химических реакций. Так, при помощи измельчённого родиевого порошка обычный винный спирт можно превратить в уксусную кислоту.

Ежегодный мировой объём добычи родия составляет 30 т. Столь малые объёмы добычи обусловлены низким содержанием элемента в земных недрах и отсутствием собственных минералов. Главные месторождения металла располагаются в Южно-Африканской Республике, которая поставляет на общий рынок 75-80% родия. Менее богатые месторождения находятся в Канаде, Колумбии и России – в странах со средней концентрацией самородной платины в земных недрах.

Помимо аффинажа, перспективным способом добычи металла считается выделение его стабильного изотопа из плутония, урана и тория, широко используемых в атомной энергетике. Получение родия таким способом способно решить проблему высокого спроса и недостаточных объёмов металла, добываемого на месторождениях. Принимая во внимание развитую атомную промышленность и высокое содержание родия в ядерном топливе (до 400 г/т), проблема дефицита родия может быть решена, а атомная энергетика станет главным поставщиком этого металла на мировые рынки.

Область применения родия достаточно широка. Металл востребован во многих сферах химической промышленности и обработки, где применяется в роли катализатора, конструкционного сырья и ювелирного материала.

В этом качестве металл используют в химических реакциях, самой распространённой из которых является получение уксусной кислоты из метилового спирта. Его также применяют при создании фильтров-нейтрализаторов, предназначенных для работы с отработанными автомобильными газами. А родиево-платиновые сплавы считаются самыми эффективными катализаторами при производстве HNO3 методом окисления аммиака посредством воздуха и в данном производстве альтернативы родию пока не найдено.

Родий незаменим при изготовлении стекла жидкокристаллических устройств, для производства которого берут его сплав с платиной. В этой связи потребление металла неуклонно растёт пропорционально росту производства современных гаджетов. Родий активно применяют при изготовлении технических зеркал, прожекторов и других отражающих поверхностей, которые будут эксплуатироваться в экстремальных условиях и лазерных установках.

Нельзя не упомянуть и платино-родиевые тигли, используемые для выращивания драгоценных камней и кристаллов с электрооптическими свойствами в условиях лабораторий. В сочетании с иридием либо платиной металл нередко используют для изготовления термопар, необходимых для замеров запредельных температур (свыше 2200°C). Нельзя не отметить роль металла в процессе изготовления лабораторных пробирок и колб, используемых для химических опытов. Благодаря тому, что родий не взаимодействует практически ни с какими веществами, в такую посуду можно наливать какие угодно составы.

Родий широко используется при изготовлении ювелирных изделий, выполняя сразу две функции – защитную и декоративную. Например, серебро, покрытое тонким родиевым слоем, приобретает глубокий блеск, не темнеет и не окисляется на воздухе, а родированное золото благодаря высокой твёрдости металла (6 ед. по шк. Мооса) становится более прочным и износоустойчивым. Кроме того, металл нужен для получения белого золота, пользующегося большой популярностью среди любителей ювелирных украшений, а его оксиды участвуют в создании черного золота – авангардного направления в моде драгметаллов.

Холодный, но вместе с тем глубокий и завораживающий родийный блеск прекрасно сочетается с фианитами, циркониями, бриллиантами и вставками из драгметаллов. Кроме того, металл нередко используют как лигатуру при изготовлении платиновых и палладиевых украшений. Покрытые родиевым напылением изделия не нуждаются в регулярных чистках и долгое время сохраняют первоначальный блеск.

Помимо декоративной функции, родирование значительно снижает аллергенность белого золота, которое при постоянном контакте с кожей вызывает покраснение и зуд. Слой этого металла предотвращает неприятные последствия ношения украшений, что особенно ценно для людей, страдающих кожными заболеваниями. Однако наряду с большим количеством преимуществ, минусы у родирования всё же есть: родиевое напыление требует периодического обновления, а само его присутствие значительно увеличивает цену ювелирного изделия.

Помимо рассмотренных областей применения, родий используют при изготовлении монет. Так, в 2009 году на Монетном дворе США были выпущены первые чисто родиевые монеты, которые не использовались в качестве платёжных средств, а служили объектом инвестиций. Однако немногим позже (в 2014 году) Национальным банком Руанды была выпущена первая родиевая монета номиналом 10 руандийских франков, которая стала использоваться в роли платёжного средства.

В советское время бытовало мнение, что многие радиодетали были изготовлены из чистого родия. Однако это было далеко не так, и металл использовался лишь для покрытия контактов коннекторов. Для изготовления самих деталей он не годился, так как был достаточно хрупким и чрезмерно ломким. Зато в качестве покрытия он был незаменим, что обусловлено его хорошей устойчивостью к коррозии и высоким коэффициентом отражения электромагнитных лучей. Родиевое покрытие имели контакты (герконовые реле) типа РЭС-55 (А) в сериях РС 4569601, РС 4569602, РС 4569603, РС 4569604 и РС 4569605.

О том, что такое родирование золота, расскажет следующее видео.