ロジウム：歴史、特性、構造、用途、リスク - 化学 - 2025

ロジウム、パラジウムおよび化学記号Rhのある群に属する遷移金属です。貴金属であり、通常の条件下では不活性ですが、地球の地殻で2番目に少ない金属であるため、希少で高価です。また、この金属を入手するための有益な方法を表す鉱物はありません。

その外観は典型的な銀色のホワイトメタルの外観ですが、その化合物のほとんどは、溶液がピンクがかったトーンに見えるという事実に加えて、共通して赤みがかった色を共有しています。そのため、この金属に「ロドン」という名前が付けられました。これはピンクのギリシャ語です。

メタリックロジウムパール。出典：化学元素の高解像度画像

ただし、プラチナ、パラジウム、イリジウムと混合されているため、合金は銀であり、高価です。その高貴な特性により、金属はほとんど酸化に耐性があり、強酸と強塩基による攻撃に対して完全に耐性があります。したがって、それらのコーティングは、宝石などの金属物体の保護に役立ちます。

ロジウムは装飾的な用途に加えて、高温や電気機器で使用される工具を保護することもできます。

触媒コンバーター内の有毒な自動車ガス（NO _x）の分解を助けることで広く知られています。また、メントールや酢酸などの有機化合物の生成を触媒します。

興味深いことに、それは¹⁰³ Rh 同位体として自然にのみ存在し、その化合物はその高貴な特性のために金属に還元されやすいです。そのすべての酸化数の中で、+ 3（Rh ³⁺）が最も安定して豊富であり、次に+1が続き、フッ素の存在下では+6（Rh ⁶⁺）が続きます。

金属の状態では、空気中に分散している粒子が吸い込まれない限り、それは私たちの健康に無害です。ただし、その着色された化合物または塩は、皮膚に強く付着していることに加えて、発がん性物質と見なされています。

歴史

ロジウムの発見にはパラジウムの発見が伴い、両方の金属は同じ科学者によって発見されました。イギリスの化学者ウィリアムH.ウォラストンは、1803年までにペルー産のプラチナ鉱物を調べていました。

フランスの化学者であるHippolyte-Victor Collet-Descotilsから、プラチナ鉱物に赤みを帯びた塩が含まれていることがわかりました。その色はおそらく未知の金属元素によるものでした。そこでウォラストンは王室でプラチナ鉱石を消化し、NaOHで得られた混合物の酸性度を中和しました。

この混合物から、ウォラストンは沈殿反応により、金属化合物を分離する必要がありました。彼はNH ₄ Clを加えた後、白金を（NH ₄）₂として分離し、他の金属は金属亜鉛で還元した。彼はこれらの海綿状金属をHNO ₃で溶解させ、2つの金属と2つの新しい化学元素（パラジウムとロジウム）を残しました。

しかし、王水を加えたとき、彼は金属がほとんど溶解していないことに気づき、同時にNaCl：Na ₃ nH ₂ Oで赤い沈殿物を形成しました。これは、その名前の由来です。ギリシャ語の「ロドン」。

この塩は再び金属亜鉛で還元され、海綿状のロジウムが得られました。その後、入手技術は向上し、需要と技術的応用も同様に改善され、最終的には光沢のあるロジウムの断片が現れました。

プロパティ

外見

硬質で銀色のホワイトメタルで、室温では実質的に酸化物層はありません。しかし、それは非常に順応性のある金属ではありません。つまり、叩くと割れます。

モル質量

102.905 g / mol

融点

1964°C この値はコバルトの値（1495）C）よりも高く、これは、最強の金属結合がグループを下るにつれて強度が増すことを反映しています。

融点

3695°C 融点が最も高い金属の一つです。

密度

室温で-12.41 g / mL

融点、つまり溶融または溶融した時点で-10.7 g / mL

融合熱

26.59 kJ / mol

気化熱

493 kJ / mol

モル熱容量

24.98 J /（mol K）

電気陰性

2.28ポーリングスケール

イオン化エネルギー

-最初：719.7 kJ / mol（Rh ⁺ガス状）

-2番目：1740 kJ / mol（Rh ²⁺ガス状）

-3番目：2997 kJ / mol（Rh ³⁺ガス）

熱伝導率

150 W /（m K）

電気抵抗率

0°Cで43.3nΩm

モース硬度

6

磁気秩序

常磁性

化学反応

ロジウムは貴金属ですが、不活性元素であるとは限りません。通常の状態ではほとんど錆びません。しかし、600℃以上に加熱すると、表面が酸素と反応し始めます。

Rh（s）+ O ₂（g）→Rh ₂ O ₃（s）

そしてその結果、金属はその特徴的な銀の輝きを失います。

フッ素ガスとも反応します：

Rh（s）+ F ₂（g）→RhF ₆（s）

RhF ₆は黒色です。加熱すると、RhF ₅に変化し、フッ化物を環境に放出します。フッ素化反応が乾燥条件下で行われる場合、RhF ₃（赤い固体）の形成はRhF _6のそれよりも有利です。他のハロゲン化物：RhCl ₃、RhBr ₃およびRhI ₃は同様の方法で形成されます。

おそらく金属ロジウムの最も驚くべきことは、腐食性物質による攻撃へのその極端な耐性です：強酸と強塩基。王水、塩酸と硝酸の濃縮混合物、HCl-HNO _3は、溶解しにくく、ピンクがかった溶液になります。

KHSO ₄などの溶融塩は、水溶性ロジウム錯体の形成につながるため、溶解に効果的です。

構造と電子構成

ロジウム原子は、面心立方構造fccで結晶化します。Rh原子は、金属の測定可能な物理的特性のマクロスケールでの力である金属結合のおかげで、統一されたままです。この結合では、電子の構成に従って与えられる価電子が介入します。

4d ⁸ 5s ¹

5s軌道には2つの電子があり、4d軌道には7つの電子がある（Moellerダイアグラムに従う）ことが予想されるため、これは異常または例外です。

原子半径とともに、fcc結晶を定義する合計9つの価電子が存在します。非常に安定しているように見える構造。異なる圧力または温度で他の同素体の可能性のある情報はほとんど見つかりません。

これらのRh原子、またはむしろそれらの結晶粒は、異なる形態のナノ粒子を作成するような方法で相互作用できます。

これらのRhナノ粒子がテンプレート（たとえば、高分子凝集体）の上に成長すると、その表面の形状と寸法を取得します。したがって、メソポーラスロジウム球は、特定の触媒用途（プロセスで消費されることなく化学反応を加速する）で金属に取って代わるように設計されています。

酸化数

価電子は9つあるので、ロジウムは化合物内の相互作用で「それらすべてを失う」可能性があると想定するのが普通です。つまり、酸化数または状態が9+または（IX）のRh ⁹⁺カチオンの存在を想定しています。

その化合物中のロジウムの正の酸化数と検出された酸化数は、+ 1（Rh ⁺）〜+6（Rh ⁶⁺）の範囲です。これらすべての中で、+ 1と+3が最も一般的であり、+ 2と0（メタリックロジウム、Rh ⁰）と並んでいます。

例えば、Rhの中で₂ O ₃あなたのRhの存在仮定場合ので、ロジウムの酸化数が+3であり、³⁺ 100％イオン特性を、電荷の合計は（Rhをゼロに等しくなる₂ ³⁺または₃ ^2-）。

別の例はRhF ₆で表され、その酸化数は+6です。ロジウムの存在ならば、再び、化合物のみの総電荷は、中性のままで⁶⁺（Rhの⁶⁺ F ₆ ^- ）と仮定されます。

ロジウムが相互作用する原子の電気陰性度が高いほど、より多くの正の酸化数を示す傾向があります。これは、RhF ₆の場合です。

Rh ⁰の場合、それは中性分子と配位した結晶fccのその原子に対応します。たとえば、CO、Rh ₄（CO）₁₂。

ロジウムはどのようにして得られますか？

欠点

他の金属とは異なり、ロジウムを豊富に含み、経済的に入手できるミネラルはありません。だからこそ、それは他の金属の工業生産の副産物です。具体的には、貴族またはその同族者（白金族の元素）、およびニッケルです。

原料として使用される鉱物のほとんどは、南アフリカ、カナダ、ロシアから来ています。

ロジウムは不活性であるにも関わらず、他の貴金属と一緒に存在するだけでなく、除去が困難な不純物を含んでいるため、製造プロセスは複雑です。したがって、最初の鉱物学的マトリックスから分離するために、いくつかの化学反応を実行する必要があります。

処理する

その低い化学反応性は、最初の金属が抽出されている間、それを不変に保ちます。貴族だけが残るまで（彼らの間の金）。次に、これらの貴金属は、NaHSO ₄などの塩の存在下で処理および溶融されて、硫酸塩の液体混合物中に含まれます。この場合、Rh ₂（SO ₄）₃です。

この硫酸塩の混合物に、さまざまな化学反応によって各金属が別々に沈殿するので、NaOHを添加して水酸化ロジウムRh（OH）_{xを形成し}ます。

Rh（OH）_xは、HClを添加してH ₃ RhCl ₆を形成することで再溶解します。H3 RhCl ₆はまだ溶解しており、ピンク色を示します。次に、H ₃ RhCl ₆はNH ₄ ClおよびNaNO ₂と反応して（NH ₄）₃として沈殿します。

再び、新しい固体はより多くのHClに再溶解され、不純物が燃焼する間に金属ロジウムのスポンジが沈殿するまで媒体が加熱されます。

用途

コーティング

シルバーのロジウムメッキのコントラバス。出典：Mauro Cateb（https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136）

その高貴な特徴は、同じもののコーティングで金属片を覆うために使用されます。このようにして、銀のオブジェクトはロジウムでコーティングされ、酸化や暗化（AgOとAg ₂ Sの黒い層を形成）から保護され、反射率が高くなります（光沢）。

このようなコーティングは、乳がん診断の宝石類、反射板、光学機器、電気接点、およびX線フィルターで使用されます。

合金

貴金属であるだけでなく、硬い金属でもあります。この硬度は、特にパラジウム、プラチナ、イリジウムの場合、それが構成する合金に寄与する可能性があります。そのうち、Rh-Ptのものが最もよく知られています。また、ロジウムはこれらの合金の高温に対する耐性を向上させます。

たとえば、ロジウムプラチナ合金は、溶融ガラスを成形できるガラスを作るための材料として使用されます。熱電対の製造において、高温（1000 moreC以上）の測定が可能。るつぼ、グラスファイバー洗浄用ブッシング、誘導炉コイル、航空機タービンエンジン、スパークプラグなど

触媒

車の触媒コンバーター。ソース：バリスタ

ロジウムは、純粋な金属として、または有機配位子（有機ナトリウム）と協調して反応を触媒できます。触媒の種類は、加速する特定の反応やその他の要因によって異なります。

たとえば、その金属形態では、窒素酸化物であるNO _xの周囲ガスである酸素と窒素への還元を触媒できます。

2 NO _x →x O ₂ + N ₂

この反応は常に発生します。つまり、自動車やオートバイの触媒コンバーターです。この削減のおかげで、NO _xガスは都市を悪化させません。この目的のために、メソポーラスロジウムナノ粒子が使用され、NO _xガスの分解をさらに改善しています。

ウィルキンソンの触媒として知られている化合物は、アルケンを水素化（H _2を追加）およびヒドロホルミル化（COおよびH _2を追加）するために使用され、それぞれアルカンおよびアルデヒドを形成します。

ロジウム触媒は、水素化、カルボニル化（COを追加）、およびヒドロホルミル化に簡単に使用されます。その結果、チューインガムに必須の化合物であるメントールの場合のように、多くの製品がそれらに依存しています。とりわけ、硝酸、シクロヘキサン、酢酸、有機ケイ素など。

リスク

ロジウムは貴金属であるため、体内に浸透しても、Rh原子は（知る限り）代謝されません。したがって、健康上のリスクはありません。空気中に拡散したRh原子が多すぎない限り、肺や骨に蓄積する可能性があります。

実際、ジュエリーまたはシルバージュエリーのロジウムメッキの過程で、宝石店はこれらの原子の「パフ」に曝されます。彼らが呼吸器系の不快感に苦しんでいる理由。細かく分割された固体のリスクに関しては、可燃性でさえありません。OF ₂の存在下で燃焼する場合を除きます。

ロジウム化合物は有毒で発がん性があると分類されており、その色は皮膚を深く染色します。ここでは、金属カチオンの特性が、金属カチオンと比較してどのように異なるかについて、もう1つの明確な違いがあります。

そして最後に、生態系の問題では、ロジウムの量が少ないことと植物による同化の欠如により、流出や廃棄物が発生した場合に無害な要素になります。金属ロジウムである限り。

参考文献

1. LarsÖhrström。（2008年11月12日）。ロジウム。その要素の化学。回収元​​：chemistryworld.com
2. ウィキペディア。（2019）。ロジウム。から回復：en.wikipedia.org
3. 国立バイオテクノロジー情報センター。（2019）。ロジウム。PubChemデータベース。CID = 23948。リカバリー元：pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S.ベール。（1958）。ロジウムの構造。ジョンソンマッセイ研究所。Platinum Metals Rev.、（2）、21、61-63
5. Jiang、B. et al。（2017）。メソポーラス金属ロジウムナノ粒子。Nat。Commun。8、15581 doi：10.1038 / ncomms15581
6. キレート化。（2018年6月27日）。ロジウム暴露。回収元​​：chelationcommunity.com
7. ベルテレンス。（2019年6月25日）。希少な白金族金属であるロジウムとその応用。回収元​​：thebalance.com
8. スタンリーE.リビングストン。（1973）。ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の化学。SEリビングストン。ペルガモンプレス。
9. 東京工業大学。（2017年6月21日）。貴金属の使用量が少ないオルガノシリコンを製造するためのロジウムベースの触媒。回収元​​：phys.org
10. ピルガードマイケル。（2017年5月10日）。ロジウム：化学反応。回収元​​：pilgaardelements.com
11. ダグ・スチュワート博士。（2019）。ロジウム要素の事実。回収元​​：chemicool.com