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로듐

Rhodium
로듐, Rh
Rhodium powder pressed melted.jpg
로듐
발음/ˈroʊdiəm/ (ROH-dee-dem)
외관은백색의 금속성.
표준 원자량Ar, std(Rh)102.90549(2)[1]
주기율표의 로듐
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
Co
↑
RH
↓
Ir
루테늄 ← 로듐 → 팔라듐
원자번호 (Z)45
그룹그룹 9
기간5주기
블록 d-블록
전자 구성[Kr] 4d8 5s1
셸당 전자2, 8, 18, 16, 1
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점2237K(1964°C, 3567°F)
비등점3968K(3695°C, 6683°F)
밀도 (근처 )12.41 g/cm3
액체가 있을 때 ( )10.7 g/cm3
융해열26.59 kJ/mol
기화열493 kJ/mol
어금니열용량24.98 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 2288 2496 2749 3063 3405 3997
원자성
산화 상태-3[2], -1, 0,[3] +1, +2, +3, +4, +5, +6(암포테릭 산화물)
전기성폴링 스케일: 2.28
이온화 에너지
  • 1차: 719.7 kJ/mol
  • 2위: 1740 kJ/mol
  • 3위: 2997 kJ/mol
원자 반지름경험적: 134pm
공동 반지름오후 142±7시
Color lines in a spectral range
로듐의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 얼굴 중심 큐빅(입방체)
Face-centered cubic crystal structure for rhodium
음속 얇은 막대기4700m/초(20°C에서)
열팽창8.2 µm/(m³K)(25°C)
열전도도150 W/(m³K)
전기저항도43.3 NΩ⋅m(0°C)
자기순서파라자성의[4]
어금니 자기 감수성+111.0×10cm−63/mol(298K)[5]
영의 계량380 GPA
전단 계수150 GPA
벌크 계량275 GPA
포아송 비율0.26
모스 경도6.0
비커즈 경도MPa 1100–8000 MPa
브리넬 경도MPa 980-1350
CAS 번호7440-16-6
역사
검색 및 첫 번째 격리윌리엄 하이드 월라스턴 (1804)
로듐 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
99RH 동음이의 16.1 d ε 99루
γ –
101mRH 동음이의 4.34 d ε 101루
IT 101RH
γ –
101RH 동음이의 3.3 y ε 101루
γ –
102mRH 동음이의 3.7 y ε 102루
γ –
102RH 동음이의 207 d ε 102루
β+ 102루
β− 102피디
γ –
103RH 100% 안정적
105RH 동음이의 35.36 h β− 105피디
γ –
카테고리: 로듐
참고 문헌

로듐은 Rh 기호와 원자 번호 45를 가진 화학 원소다.그것은 매우 희귀하고, 은백색이며, 단단하고, 부식성이 강하고, 화학적으로 불활성 전환 금속이다.고귀한 금속이며 백금그룹의 일원이다.자연적으로 발생하는 동위원소 Rh. 자연적으로 발생하는 로듐은 보통 프리 메탈(free metal), 유사한 금속을 가진 합금으로 발견되며, 보위이트(bowieite), 로드플럼사이트(roodplum site)와 같은 광물에서 화학 화합물로 발견되는 경우는 드물다.그것은 가장 희귀하고 가치 있는 귀금속 중 하나이다.

로듐은 백금 또는 니켈 광석에서 백금 그룹 금속의 다른 구성원과 함께 발견된다.그것은 1803년 윌리엄 하이드 울라스톤에 의해 그러한 광석 중 하나에서 발견되었고, 그것의 염소 화합물 중 하나의 장미 색깔로 명명되었다.

이 원소의 주요 용도(세계 로듐 생산의 약 80%)는 자동차 내 3방향 촉매변환기의 촉매 중 하나이다.로듐 금속은 부식 및 가장 공격적인 화학 물질에 불활성화되며, 그 희귀성 때문에 로듐은 보통 백금이나 팔라듐과 합금되어 고온과 내식성 코팅에 도포된다.흰 금은 종종 외관을 개선하기 위해 얇은 로듐 층으로 도금되는 반면, 스털링 은은 타니 저항성을 위해 로듐을 도금하는 경우가 많다.로듐은 실리콘을 치료하는 데 가끔 사용된다; 실리콘 하이드라이드를 함유한 부품과 비닐 종단 실리콘을 함유한 실리콘을 혼합한 2부 실리콘이다.이 액체들 중 하나는 로듐 콤플렉스를 포함하고 있다.[6]

로듐 감지기는 원자로에서 중성자속도를 측정하는 데 사용된다.로듐의 다른 용도는 약물 전구체를 형성하는 데 사용되는 비대칭 수소화와 아세트산 생산을 위한 과정을 포함한다.

역사

윌리엄 하이드 울라스턴

로듐(Rhodium, "장미"라는 뜻의 그리스 로돈(Rhodium, ῥόδδ))은 팔라듐을 발견한 직후인 1803년 윌리엄 하이드 울라스턴에 의해 발견되었다.[7][8][9][10]그는 남아메리카에서 얻은 것으로 추정되는 조잡한 백금 광석을 사용했다.[11]그의 시술은 아쿠아 리지아의 광석을 녹이고 수산화나트륨(NaOH)으로 산을 중화시키는 것이었다.그런 다음 염화암모늄(NHCl
4)을 첨가하여 염소산 암모늄으로 백금을 침전시켰다.구리, 납, 팔라듐, 로듐과 같은 대부분의 다른 금속들은 아연으로 침전되었다.희석된 질산은 팔라듐과 로듐을 제외한 모든 것을 녹였다.이 중 팔라듐은 아쿠아 레기아에 용해되었으나 로듐은 용해되지 않았으며,[12] 염화나트륨이 Na
3[RhCl
6]·nHO로
2 첨가되어 로듐이 침전되었다.에탄올로 씻은 후 장미 적층 침전물은 아연과 반응하여 이온 화합물의 로듐을 대체하여 로듐을 자유 금속으로 방출하였다.[13]

발견 후, 이 희귀 원소는 단지 사소한 용도에 지나지 않았다. 예를 들어, 세기가 바뀔 무렵, 로듐 함유 열전대를 사용하여 최대 1800 °C의 온도를 측정했다.[14][15]그들은 1300~1800°C의 온도 범위에서 매우 좋은 안정성을 가지고 있다.[16]

첫 번째 주요 용도는 장식용 전기 도금 및 내식성 코팅이었습니다.[17]1976년 볼보에 의한 3방향 촉매변환기의 도입으로 로듐에 대한 수요가 증가했다.기존 촉매변환기는 백금이나 팔라듐을 사용했고, 3방향 촉매변환기는 로듐을 사용해 배기량 NO를x 줄였다.[18][19][20]

특성.

Z 요소 전자/껍질 번호
27 코발트 2, 8, 15, 2
45 로듐 2, 8, 18, 16, 1
77 이리듐 2, 8, 18, 32, 15, 2
109 미트네륨 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2(개)

로듐은 단단하고 은빛의 내구성이 강한 금속으로 반사율이 높다.로듐 금속은 보통 열을 가해도 산화물을 형성하지 않는다.[21]산소는 로듐의 녹는 지점에서만 대기에서 흡수되지만 고체화되면 방출된다.[22]로듐은 백금보다 용융점이 높고 밀도가 낮다.그것은 대부분의 산들에 의해 공격받지 않는다: 그것은 질산에서는 완전히 불용성이고 아쿠아 리지아에서는 약간 용해된다.

화학적 특성

윌킨슨의 촉매

로듐은 주기율표의 그룹 9에 속하지만, 가장 바깥쪽 껍질에서 전자의 구성은 그룹에 대해 비정형이다.이 이상은 이웃 원소인 니오비움(41), 루테늄(44), 팔라듐(46)에서도 관찰된다.

산화 상태
로듐의
+0 Rh
4(CO)
12
+1 RhCl(PH
3)
2
+2 Rh
2(OCH
2
3)
4
+3 RhCl
3, Rh
2O
3
+4 RhO
2
+5 RhF
5, Sr
3LiRhO
6
+6 RHF
6

로듐의 일반적인 산화 상태는 +3이지만 0에서 +6까지의 산화 상태도 관찰된다.[23]

루테늄과 오스뮴과 달리 로듐은 휘발성 산소 화합물을 형성하지 않는다.알려진 안정적인 산화물로는 RhO
2
3, RhO
2, Rho
2
2, NaRhO
2
3, SrLiRhO
3
6, SrNaRhO가
3
6 있다.[24]할로겐 화합물은 가능한 산화 상태의 거의 모든 범위에서 알려져 있다.염화 로듐(III), 삼불화 로듐, 오타플루오리드, 육불화 로듐이 그 예다.낮은 산화 상태는 리간드가 있을 때만 안정적이다.[25]

가장 잘 알려진 로듐 할로겐 화합물은 윌킨슨의 촉매 클로로트리스(트리페닐인산염)로듐(I)이다.이 촉매는 알케인의 하이드로폼화 또는 수소에 사용된다.[26]

동위 원소

주요 기사:로듐 동위 원소

자연적으로 발생하는 로듐은 오직 하나의 동위원소 Rh로 구성된다.가장 안정된 방사광은 반감기 3.3년, 반감기 207일, 반감기 2.9년, 반감기 16.1일 등이다.20개의 다른 방사성 동위원소는 92.926 u(93Rh)에서 116.925 u(117Rh)에 이르는 원자 중량으로 특징지어졌다.이들 중 Rh(20.8시간)와 Rh(35.36시간)를 제외하면 대부분 반감기가 1시간 미만이다.로듐은 수많은 메타 상태를 가지고 있으며, 가장 안정된 상태는 반감기가 약 2.9년인 Rh(0.141 MeV)와 4.34일인 Rh(0.157 MeV)이다(로듐 동위 원소 참조).[27]

103(안정적 동위원소) 미만의 동위원소에서 1차 붕괴 모드는 전자 포획이며 1차 붕괴 제품은 루테늄이다.103보다 큰 동위원소에서 1차 붕괴 모드는 베타 방출이고 1차 제품은 팔라듐이다.[28]

발생

로듐은 지구 표면에서 가장 희귀한 원소 중 하나로, 약 0.0002ppm(2 × 10−10)으로 구성된다.[29]그것의 희귀성은 그것의 가격과 상업적 응용에서 그것의 사용에 영향을 미친다.니켈 운석의 로듐 농도는 일반적으로 10억분의 1이다.[30]로듐은 0.8에서 30 ppt 사이의 농도의 일부 감자에서 측정되었다.[31]

채굴 및 가격

Rh 가격 진화

로듐의 산업 추출은 광석이 팔라듐, 은, 백금, 금 등 다른 금속과 혼합되어 있고 로듐을 함유한 광물이 거의 없기 때문에 복잡하다.백금 광석에서 발견되며 융합하기 어려운 백색 불활성 금속으로 추출된다.주요 공급원은 남아프리카, 러시아의 우랄 산맥의 강 모래, 온타리오 주 서드베리의 구리-니켈 황화물 채굴 지역을 포함한 북아메리카에 위치해 있다.서드베리의 로듐 풍부함은 매우 작지만, 니켈 광석을 다량으로 가공하면 로듐 회수가 비용 효율적으로 된다.

로듐의 주요 수출국은 남아프리카공화국(2010년 약 80%)이고, 그 다음은 러시아다.[32]연간 세계 생산량은 30톤이다.로듐 가격은 변동이 심하다.2007년 로듐의 가격은 금의 약 8배, 은의 450배, 무게로 따지면 구리보다 약 2만7,250배였다.2008년에는 온스당 1만 달러(kg당 35만 달러) 이상으로 가격이 잠시 올랐다.2008년 3분기 경기 침체로 로듐 가격이 온스당 1000달러(kg당 3만5000달러) 밑으로 급격히 후퇴했고, 2010년 초에는 2750달러(kg당 9만7000달러)까지 반등(금값의 2배 이상)했지만 2013년 말엔 1000달러에도 못 미쳤다.정치적, 재정적 문제로[clarification needed] 인해 유가가 매우 낮고 공급 과잉이 발생하여 대부분의 금속이 가격이 하락하였다.중국 인도 등 신흥국 경제는 2014년과 2015년 모두 둔화됐다.2014년 한 해 동안만 중국에서 모터바이크를 제외한 2372만2890대의 자동차가 생산됐다.[clarification needed]이로 인해 2015년 11월 말 트로이 온스(31.1g)당 740.00 US-$의 로듐 가격이 나왔다.[33]

시가가 변동성이 높은 금속인 로듐의 소유자들은 주기적으로 매우 유리한 시장 위치에 놓인다. 즉, 땅에서 로듐 함유 광석을 더 많이 추출할 경우, 백금과 팔라듐 등 훨씬 더 풍부한 다른 귀금속을 추출해야 하는데, 이는 다른 금속과 함께 시장을 공급 과잉으로 만들 수 있기 때문이다.그 가격에로듐을 얻기 위해 단순히 다른 금속을 추출하는 것은 경제적으로 불가능하기 때문에, 시장은 종종 로듐 공급을 위해 절망적으로 압박되어 가격이 폭등하게 된다.이러한 공급 부족 위치로부터의 회복은 여러 가지 이유로 미래에 상당히 문제가 될 수 있는데, 특히 제조자의 배출량 조절 소프트웨어가 사용되던 수 년 동안 촉매변환기에 실제로 얼마나 많은 로듐(및 기타 귀금속)이 배치되었는지 알 수 없기 때문이다.전세계 로듐 공급의 대부분은 폐기된 차량으로부터 얻은 재활용 촉매변환기에서 얻는다.2020년 11월 초 현재 로듐 현물가격은 트로이온스당 1만4700달러였다.2021년 3월 초 금속 일간지(귀금속 상품상장)에서 로듐은 트로이온스당 2만9400달러의 가격에 도달했다.

사용후핵연료

주요 기사:귀금속합성

로듐은 우라늄-235의 핵분열 생성물이다. 핵분열 생성물의 각 킬로그램에는 상당량의 가벼운 백금 그룹 금속이 포함되어 있다.따라서 사용후핵연료는 로듐의 잠재적 공급원이지만 추출은 복잡하고 비용이 많이 들며, 로듐 방사성동위원소의 존재는 최장수 동위원소(101Rh의 반감기가 3.3년, Rh의 반감기가 2.9년)의 복수 반감기를 냉각하는 기간 또는 약 10년을 필요로 한다.이러한 요인들은 근원을 매력적이지 않게 만들고 대규모 추출은 시도되지 않았다.[34][35][36]

적용들

이 원소의 주요 용도는 자동차에서 촉매변환기로서 유해한 미연소 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물 배기 가스를 덜 유해한 기체로 변화시키는 것이다.2012년 전 세계에서 소비된 로듐 3만 kg 중 81%(2만4300 kg)가 이 용도에 들어갔고, 8060 kg이 구형 컨버터로부터 회수됐다.약 964kg의 로듐이 유리 산업에 사용되었으며, 주로 섬유유리와 평판유리의 생산에 사용되었고, 화학공업에서는 2,520kg이 사용되었다.[32]

촉매

로듐은 질소와 산소에 대한 질소 산화물의 감소에 있어 다른 백금 금속보다 바람직하다.[37]

2 NO
x → x O
2 + N
2

로듐 촉매는 많은 산업 공정에서 사용되며, 특히 몬산토 공정에 의해 아세트산을 생산하기 위한 메탄올의 촉매 카보닐화에 사용된다.[38]또한 특정 실리콘 고무의 제조에 중요한 공정인 분자 이중 결합에 하이드로실레인을 첨가하는 촉매에도 사용된다.[39]로듐 촉매는 또한 벤젠을 사이클로헥산까지 감소시키는데 사용된다.[40]

BINAP를 가진 로듐 이온의 복합체는 멘톨의 합성에서와 같이 치랄 합성을 위해 널리 사용되는 치랄 촉매다.[41]

장식용

로듐은 보석과 장식에 사용된다.화이트골드와 플래티넘에 전기 도금해 판매시 반사 화이트 표면을 부여하고, 이후 얇은 층이 사용과 함께 마모된다.이것은 보석업에서 번쩍이는 로듐으로 알려져 있다.또한 타니쉬로부터 보호하기 위해 스털링 은을 코팅하는 데도 사용될 수 있다(황화은, AgS2, 대기 중 황화 수소로부터 생산2, HS).고형(순수) 로듐 주얼리는 매우 희귀한 것으로, 가격이 비싸기 보다는 제작의 어려움(용융점이 높고 유연성이 떨어짐) 때문이다.[42]높은 비용은 로듐이 전기판으로만 도포되도록 한다.로듐은 또한 은, 금, 백금과 같이 더 흔히 사용되는 금속이 불충분하다고 여겨졌을 때 명예나 엘리트 지위를 나타내는 데 사용되었다.1979년 기네스북은 폴 매카트니에게 역사상 가장 많이 팔린 작곡가 겸 녹음 아티스트라는 이유로 루듐 도금 디스크를 주었다.[43]

기타 용도

로듐은 백금과 팔라듐의 내식성[21] 강화 및 개선을 위한 합금제로 사용된다.이러한 합금은 용해로 권선, 유리 섬유 생산을 위한 부싱, 열전대 요소, 항공기 스파크 플러그를 위한 전극 및 실험실 십자가형에 사용된다.[44]그 밖의 용도는 다음과 같다.

  • 전기 접점 - 작은 전기 저항성, 작고 안정적인 접촉 저항성, 높은 부식 저항성으로 평가된다.[45]
  • 전기 도금 또는 증발에 의해 도금된 로듐은 광학 기기에 매우 단단하고 유용하다.[46]
  • 유방 촬영 시스템에서 생성되는 특성 X선에 대한 필터.[47]
  • 로듐 중성자 검출기는 중성자속 수준을 측정하기 위해 원자로에서 사용된다. 이 방법은 현재 중성자속 수준을 결정하기 위해 디지털 필터가 필요하며 각각 자체 신호 수준을 가진 즉시, 몇 초 지연, 1분 지연의 세 가지 개별 신호를 생성한다. 이 세 가지 신호는 모두 로듐 검출기 신호에 조합된다.Palo Verde 원자로 3기는 각각 305개의 로듐 중성자 검출기를 탑재하고 있으며, 5개의 수직 레벨 각각에 61개의 검출기를 탑재하고 있어 반응성의 정확한 3D '그림'을 제공하고 미세 조정이 핵연료를 가장 경제적으로 소비할 수 있다.[48]

자동차 제조에서는 헤드라이트 반사기 제작에도 로듐이 사용된다.[49]

  • 78g의 로듐 표본

  • 금속 코어 촉매변환기 절단

  • 로듐 도금 화이트 골드 웨딩 반지

  • 로듐 포일과 철사

주의사항

로듐
위험
GHS 라벨 표시:
H413
P273, P501[50]
NFPA 704(화재 다이아몬드)
0
0
0

고귀한 금속인 순수한 로듐은 원소 형태로는 불활성이고 무해하다.[51]그러나 로듐의 화학적 복합체는 반응할 수 있다.염화 로듐의 경우, 쥐의 중위 치사량(LD50)은 몸무게의 킬로그램 당 198mg(RhCl
3)이다.[52]다른 귀금속들과 마찬가지로 로듐도 생물학적 기능을 하는 것으로 발견되지 않았다.

사람들은 흡입으로 직장에서 로듐에 노출될 수 있다.산업안전보건청(OSHA)은 8시간 근무에 걸쳐 직장 내 로듐 노출에 대한 법적 한계(허용 노출 한도)를 0.1mg/m로3 명시했고, 국립산업안전보건원(NIOSH)은 권장 노출 한도(REL)를 같은 수준으로 설정했다.로듐은 100mg/m3 수준에서 생명이나 건강에 즉시 위험하다.[53]수용성 화합물의 경우, PEL과 REL은 모두 0.001 mg/m이다3.[54]

참고 항목

참조

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