Rodio

Il rodio è l'elemento chimico con simbolo Rh.^[1]

Disambiguazione – Se stai cercando altri significati, vedi Rodio (disambigua).

Rodio
45 Rh                                                                                                                                                                                                                                               rutenio ← rodio → palladio
Aspetto
Aspetto dell'elemento metallico, bianco-argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	rodio, Rh, 45
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	9, 5, d
Densità	12 450 kg/m³
Durezza	6
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	4F9/2
Proprietà atomiche
Massa atomica	102,90550 u
Raggio atomico (calc.)	135(173) pm
Raggio covalente	135 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d8 5s1
e− per livello energetico	2, 8, 18, 16, 1
Stati di ossidazione	2, 3, 4 (anfotero)
Struttura cristallina	cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	2 237 K (1 964 °C)
Punto di ebollizione	3 968 K (3 695 °C)
Volume molare	8,28×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	493 kJ/mol
Calore di fusione	21,5 kJ/mol
Tensione di vapore	0,633 Pa a 2 239 K
Velocità del suono	4700 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-16-6
Elettronegatività	2,28 (scala di Pauling)
Calore specifico	242 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	21,1×106/(m·Ω)
Conducibilità termica	150 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	719,7 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 740 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 997 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 101Rh sintetico 3,3 anni ε 0,542 101Ru 102mRh sintetico ~2,9 anni ε IT 2,464 0,141 102Ru   103Rh 100% Rh è stabile con 58 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Rodio
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	Rh
Numero CAS	7440-16-6
Numero EINECS	231-125-0
PubChem	23948
SMILES	[Rh]
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
Frasi H	228
Consigli P	210 - 240 - 241 - 280 - 370+378

Storia

Il termine rodio deriva dal greco "rhodon" che significa "rosa".^[2]

Il rodio fu scoperto nel 1803 da William Wollaston. Egli collaborò con Smithson Tennant in un'iniziativa commerciale che in parte consisteva nella produzione di platino puro da vendere. Il primo passo nel processo fu dissolvere il platino ordinario in acqua regia. Non tutto andò in soluzione e rimase un residuo nero.^[3]

Tennant indagò su questo residuo e da esso isolò eventualmente osmio e iridio. Wollaston si concentrò invece sulla soluzione di platino dissolto che conteneva anche palladio. Rimosse questi metalli per precipitazione e rimase con una bella soluzione rossa dalla quale ottenne cristalli rosso-rosati. Questi erano cristalli di Esaclororodato di sodio, Na₃RhCl₆, da cui riuscì infine a produrre un campione del metallo stesso.^[3]

Chimica nucleare

Il rodio ha numero atomico 45, massa atomica pari a 102,9055 g/mol e massa monoisotopica pari a 102,90549 u.^[1]

Isotopi

Il rodio in natura è composto di un solo isotopo (¹⁰³Rh).^[4]

Isotopi del rodio^[5]

Nuclide	Z(p)	N(n)	Massa isotopica (u)	Emivita	Spin
	Energia di eccitazione
89Rh	45	44	88.94884(48)#	10# ms [>1.5 µs]	7/2+#
90Rh	45	45	89.94287(54)#	15(7) ms [12(+9-4) ms]	0+#
90mRh	0(500)# keV			1.1(3) s [1.0(+3-2) s	9+#
91Rh	45	46	90.93655(43)#	1.74(14) s	7/2+#
91mRh				1.46(11) s	(1/2-)
92Rh	45	47	91.93198(43)#	4.3(13) s	(6+)
92mRh				4.66(25) s [2.9(+15-8) s]	(>=6+)
93Rh	45	48	92.92574(43)#	11.9(7) s	9/2+#
94Rh	45	49	93.92170(48)#	70.6(6) s	(2+,4+)
94mRh	300(200)# keV			25.8(2) s	(8+)
95Rh	45	50	94.91590(16)	5.02(10) min	(9/2)+
95mRh	543.3(3) keV			1.96(4) min	(1/2)-
96Rh	45	51	95.914461(14)	9.90(10) min	(6+)
96mRh	52.0(1) keV			1.51(2) min	(3+)
97Rh	45	52	96.91134(4)	30.7(6) min	9/2+
97mRh	258.85(17) keV			46.2(16) min	1/2-
98Rh	45	53	97.910708(13)	8.72(12) min	(2)+
98mRh	60(50)# keV			3.6(2) min	(5+)
99Rh	45	54	98.908132(8)	16.1(2) d	1/2-
99mRh	64.3(4) keV			4.7(1) h	9/2+
100Rh	45	55	99.908122(20)	20.8(1) h	1-
100m1Rh	107.6(2) keV			4.6(2) min	(5+)
100m2Rh	74.78(2) keV			214.0(20) ns	(2)+
100m3Rh	112.0+X keV			130(10) ns	(7+)
101Rh	45	56	100.906164(18)	3.3(3) a	1/2-
101mRh	157.32(4) keV			4.34(1) d	9/2+
102Rh	45	57	101.906843(5)	207.0(15) d	(1-,2-)
102mRh	140.75(8) keV			3.742(10) a	6+
103Rh	45	58	102.905504(3)	STABLE	1/2-
103mRh	39.756(6) keV			56.114(9) min	7/2+
104Rh	45	59	103.906656(3)	42.3(4) s	1+
104mRh	128.967(4) keV			4.34(3) min	5+
105Rh	45	60	104.905694(4)	35.36(6) h	7/2+
105mRh	129.781(4) keV			42.9(3) s	1/2-
106Rh	45	61	105.907287(8)	29.80(8) s	1+
106mRh	136(12) keV			131(2) min	(6)+
107Rh	45	62	106.906748(13)	21.7(4) min	7/2+
107mRh	268.36(4) keV			>10 µs	1/2-
108Rh	45	63	107.90873(11)	16.8(5) s	1+
108mRh	-60(110) keV			6.0(3) min	(5)(+#)
109Rh	45	64	108.908737(13)	80(2) s	7/2+
110Rh	45	65	109.91114(5)	28.5(15) s	(>3)(+#)
110mRh	-60(50) keV			3.2(2) s	1+
111Rh	45	66	110.91159(3)	11(1) s	(7/2+)
112Rh	45	67	111.91439(6)	3.45(37) s	1+
112mRh	330(70) keV			6.73(15) s	(4,5,6)
113Rh	45	68	112.91553(5)	2.80(12) s	(7/2+)
114Rh	45	69	113.91881(12)	1.85(5) s	1+
114mRh	200(150)# keV			1.85(5) s	(4,5)
115Rh	45	70	114.92033(9)	0.99(5) s	(7/2+)#
116Rh	45	71	115.92406(15)	0.68(6) s	1+
116mRh	200(150)# keV			570(50) ms	(6-)
117Rh	45	72	116.92598(54)#	0.44(4) s	(7/2+)#
118Rh	45	73	117.93007(54)#	310(30) ms	(4-10)(+#)
119Rh	45	74	118.93211(64)#	300# ms [>300 ns]	7/2+#
120Rh	45	75	119.93641(64)#	200# ms [>300 ns]
121Rh	45	76	120.93872(97)#	100# ms [>300 ns]	7/2+#
122Rh	45	77	121.94321(75)#	50# ms [>300 ns]

Abbondanza e disponibilità

Rh²⁺ è presente nelle inclusioni ricche di Ca-Al nei meteoriti rispetto alla composizione del sistema solare. Il rodio è presente in diversi minerali in associazione con:^[2]

• lo zolfo: andrieslombaardite, bowieite, cuprorhodsite, ezochiite, ferhodsite, ferrotorryweiserite, hollingworthite, irarsite, kingstonite, konderite, miassite, oberthürite, rhodplumsite, shiranuiite e torryweiserite;
• il rame: fleetite e michitoshiite-(Cu);
• l'arsenico: cherepanovite, palladodymite, polkanovite, rhodarsenide e zaccariniite;
• il platino;
• l'iridio;
• il nichel;
• il ferro;
• il palladio: palladodymite;
• l'antimonio: minakawaite;
• il piombo;
• il selenio: zaykovite;
• il rutenio;
• il germanio.

La sua abbondanza nella crosta terrestre è stimata pari a 1 x 10^-9 kg/kg.^[6] Nel Sole la frazione molare atomica di rodio rispetto al silicio è pari a 4.0 x 10^-7[7] mentre nel sistema solare è stimata pari a 3.44 x 10^-7 con un'incertezza dell'8%.^[8]

Per molti anni è stato il metallo di gran lunga più prezioso al mondo, con un prezzo che nel luglio 2008 ha superato i 10000 $ per oncia (350 $/g); in seguito il prezzo si è ridotto notevolmente, diventando a inizio 2009 paragonabile a quelli di oro e platino.^[9] Nel 2020 le quotazioni sono nuovamente salite, superando di dieci volte quelle dell’oro.^[10]

Caratteristiche atomiche

È il secondo elemento del gruppo 9 del sistema periodico (collocato tra il cobalto e l'iridio), fa quindi parte del blocco d, ed è un elemento di transizione della seconda serie (5° periodo).^[3]

Caratteristica
Configurazione elettronica[3]	[Kr] 4d85s1
Energia di ionizzazione[11]	7,45890 eV
Energia di 1ª ionizzazione	719,675 kJ/mol
Energia di 2ª ionizzazione	1.744,45 kJ/mol
Energia di 3ª ionizzazione	2.996,83 kJ/mol
Affinità elettronica[12]	1,14291 ± 2,2x10-4 eV
Raggio ionico[2]	66,5 pm

Spettro atomico^[13]

Seq. Isoel.	Guscio fondamentale	Stato fondamentale	Energia di ionizzazione (eV)
Rh	[Kr]4d85s	4F9/2	7.45890
Ru	[Kr]4d8	3F4	[18.08]
Tc	[Kr]4d7	4F9/2	[31.06]
Mo	[Kr]4d6	5D4	(42.0)
Nb	[Kr]4d5	6S5/2	(63.0)
Zr	[Kr]4d4	5D0	(80.0)
Y	[Kr]4d3	4F3/2	(97.0)
Sr	[Kr]4d2	3F2	(115.1)
Rb	[Kr]4d	2D3/2	(135.0)
Kr	[Ar]3d104s24p6	1S0	[207.51]
Br	[Ar]3d104s24p5	2P°3/2	(228.0)
Se	[Ar]3d104s24p4	3P2	(252.1)
As	[Ar]3d104s24p3	4S°3/2	(277)
Ge	[Ar]3d104s24p2	3P0	(306)
Ga	[Ar]3d104s24p	2P°1/2	[331.58]
Zn	[Ar]3d104s2	1S0	(389.3)
Cu	[Ar]3d104s	2S1/2	[415.97]
Ni	[Ar]3d10	1S0	(739)
Co	[Ar]3d9	2D5/2	(794)
Fe	[Ar]3d8	3F4	(857)
Mn	[Ar]3d7	4F9/2	(921)
Cr	[Ar]3d6	5D4	(984)
V	[Ar]3d5	6S5/2	(1 061)
Ti	[Ar]3d4	5D0	(1 131)
Sc	[Ar]3d3	4F3/2	(1 202)
Ca	[Ar]3d2	3F2	(1 274)
K	[Ar]3d	2D3/2	(1 344)
Ar	[Ne]3s23p6	1S0	[1 544]
Cl	[Ne]3s23p5	2P°3/2	[1 604.9]
S	[Ne]3s23p4	3P2	[1 677.6]
P	[Ne]3s23p3	4S°3/2	[1 763]
Si	[Ne]3s23p2	3P0	[1 851]
Al	[Ne]3s23p	2P°1/2	[1 903]
Mg	[Ne]3s2	1S0	[2 063]
Na	[Ne]3s	2S1/2	[2 129.22]
Ne	1s22s22p6	1S0	[5 018]
F	1s22s22p5	2P°3/2	[5 203]
O	1s22s22p4	3P2	[5 406]
N	1s22s22p3	(0,3/2)°3/2	[5 600]
C	1s22s22p2	3P0	[5 940]
B	1s22s22p	2P°1/2	[6 161]
Be	1s22s2	1S0	[6 444]
Li	1s22s	2S1/2	(6 623.262)
He	1s2	1S0	(27 486.979)
H	1s	2S1/2	(28 312.031)

Metodi di preparazione

Il rodio può essere preparato dalla reazione tra il platino metallico concentrato con l'acido nitrico a cui fa seguito un trattamento sequenziale con bisolfato di sodio, idrossido di sodio, acido cloridrico, nitrito di sodio, cloruro di ammonio e acido cloridrico. Il composto così ottenuto viene purificato per cromatografia a scambio ionico e infine precipitato con acido formico.^[4]

Il rodio puro viene inoltre ottenuto dalla riduzione termica del suo sale amminico, dicloropentaminorodio, con la polvere risultante che viene compressa in barre, sinterizzata in idrogeno e ridotta di dimensioni con un martello.^[14]

È anche possibile estrarre rodio dal combustibile nucleare esaurito, poiché le barre contengono una piccola percentuale di isotopi di rodio. Il rodio proveniente da questa fonte contiene isotopi radioattivi con emivita fino a 45 giorni, perciò il metallo deve essere lasciato in depositi di smaltimento per circa 5 anni finché la sua radioattività non scenda a livelli ritenuti innocui.^[15]

Caratteristiche chimico fisiche

In condizioni standard il rodio si presenta come un solido bianco, duro, duttile e malleabile con una lucentezza grigio-azzurra. I fumi metallici sono invece di un colore tra il grigio-rossastro e il nero.^[16] Il rodio è insolubile in acqua^[17] e acidi, mentre risulta solubile in bisolfato di potassio^[18] e acido solforico concentrato.^[19]

Informazioni strutturali

Caratteristica
Reticolo cristallino[4]	cubico a facce centrate
Raggio atomico[3]	2,10Å
Raggio covalente[3]	1,34Å

Caratteristiche elettroniche

Caratteristica
Valenza[4]	da 1 a 6, comuni 1 e 3
Stati di ossidazione[3]	5, 4, 3, 2, 1, 0
Elettronegatività (scala di Pauling)[3]	2,28
Ioni principali[2]	Rh+3, Rh+4, Rh+5, Rh+6

Caratteristiche termodinamiche

Caratteristica
Punto di ebollizione[6]	3.695 °C
Punto di fusione[6]	1.964 °C
Pressione di vapore[6]	1 Pa	2015 °C
	10 Pa	2223 °C
	100 Pa	2476 °C
	1 kPa	2790 °C
	10 kPa	3132 °C
	100 kPa	3724 °C
Entalpia standard di formazione del gas[6]	556,9 kJ/mol
Entalpia di fusione[6]	26,59 kJ/mol

Caratteristiche solido

Caratteristica
Densità[20]	12,41 g/cm3 a 20 °C
Durezza	scala di Brinell[4]	100
	scala di Vickers[21]	100-120
Suscettibilità mmagnetica	9,9 x 10-7 cm3/g
Classificazione Goldchmidt[2]	siderofilo

Proprietà di trasporto

Proprietà
Resistività elettrica[4]	4.,51 microohm-cm a 0 °C
Calore specifico[3]	243 J/kg K
Capacità termica dei cristalli[6]	25,0 J/mol K
Capacità termica del gas[6]	21,0 J/mol K

Caratteristiche chimiche

Reagisce violentemente con gli alogeni e, data la sua azione catalitica, può reagire con molti composti organici e inorganici.^[20] In particolare reagisce con fluoro, cloro (quando riscaldato), perossido di idrogeno, anidride solforosa (quando riscaldata), BrF₅, ClF₃, OF₂ e diossido di azoto.^[17] Questa sua reattività è alla base del potenziale pericolo d'incendio ed esplosione.^[20]

Agisce come agente riducente ed è incompatibile con lo zinco (Zn). Può catalizzare reazioni tra altri materiali. La reattività può essere alterata dalla presenza di composti insolubili di rodio, a seconda dei composti specifici e delle loro proporzioni nella miscela.^[17] Quando viene fuso assorbe ossigeno.^[4] Si ossida lentamente a 6°C.^[22]

Reazioni

${\displaystyle {\ce {C16O16Rh6 (cr) -> 16CO (g) + 6Rh (cr)}}}$ ΔrH° = 649 ± 17 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {C12O12Rh4 (cr) -> 12CO (g) + 4Rh (cr)}}}$ ΔrH° = 498 ± 13 kJ/mol^[23]

${\displaystyle {\ce {CH4 + Rh -> HRhCH3}}}$^[24]

Metodi di determinazione

Il rodio può essere determinato:

• in matrice acquosa mediante il metodo EPA-NERL 265.1 o EPA-NERL 265.2 che prevedono l'utilizzo della spettroscopia di assorbimento atomico^[25]
• nell'aria mediante il metodo NIOSH S188 che prevede l'utilizzo della spettroscopia di assorbimento atomico^[26]
• nel catalizzatore platino-rodio mediante spettrometria di assorbimento atomico a forno di grafite^[27]

Precauzioni

Il rodio metallico preparato riscaldando i suoi composti in idrogeno deve essere lasciato raffreddare in un'atmosfera inerte per prevenire l'accensione catalitica dell'idrogeno assorbito al contatto con l'aria.^[28]

Limite di esposizione
IDLH (NIOSH)[29]	100 mg Rh/m3
IDLH (OSHA)[30]	2 mg/m³
REL-TWA[30]	0,001 mg/m³
PEL-TWA[16]	0,1 mg/m3
TWA[31]	0,1 mg/m3
TLV[32]	1 mg/m3 (8 ore)
TLV-TWA[16]	1 mg/m³

Può causare irritazione meccanica a seguito di breve esposizione.^[33] Non è classificato come carcinogeno.^[32] L'esposizione avviene attraverso inalazione^[31] e può causare orticaria da contatto.^[34] L'esposizione a questo elemento provoca reazioni allergiche di ipersensibilità negli individui suscettibili.^[35]

Composti

• Diseliniuro di rodio (RhSe₂)
• Ditellururo di rodio (RhTe₂)
• Tricloruro di rodio (RhCl₃)
• Trifloruro di rodio (RhF₃)
• Tetrafluoruro di rodio (RhF₄)
• Esafluoruro di rodio (RhF₆)
• Tetrarodio eicosafluoruro (RhF₅)₄
• Tribromuro di rodio (RhBr₃)
• Triioduro di rodio (RhI₃)
• Biossido di rodio (RhO₂)
• Triossido di rodio (Rh₂O₃)

Applicazioni

Il rodio è usato:

• come placcatura resistente alla corrosione per proteggere i servizi in argento dall'ossidazione
• per la realizzazione di specchi ad alta riflettività per proiettori cinematografici e fari
• il rodio spugnoso o nero è utilizzato come catalizzatore in varie reazioni di idrogenazione e ossidazione organica^[4], compresa l'ossidazione dell'ammoniaca nella produzione di acido nitrico^[32]
• come forte agente complessante^[18]
• nelle leghe rodio-platino per filtri e manicotti per l'estrusione di fibre sintetiche, avvolgimenti per forni ad alta temperatura, crogioli da laboratorio
• nei rivestimenti di contatti elettrici
• in alcuni strumenti scientifici
• nei gioielli^[32]