Очень редкий и ценный металл Родий

Родий

В начале 19 столетия замечательный ученый того времени Уильям Гайд Волластон занялся изучением самородной южноамериканской платиновой руды. В платине он обнаружил два неизвестных тому времени металла. Волластон обратил внимание на ярко окрашенный в розовато-красный цвет фильтрат, полученный им из раствора самородной платины в царской водке. Такую окраску раствор приобретал после осаждения платины и палладия. Из этого раствора Волластон выделил темно-красный порошок, прокалил его в атмосфере водорода и получил тяжелый белый металл. Так в 1803 году был открыт родий, который получил свое название по окраске раствора: элемент: ροδοεις – значит «розовый». Содержание родия в самородной платине составляло доли процента, поэтому долгое время родий был практически недоступен. Родий очень редкий и рассеянный элемент. Он постоянно сопутствует платине. Родия в 2,5 раза меньше в природе по сравнению с платиной. В природе встречается только изотоп ¹⁰³Rh. Среднее содержание родия в  земной коре 1·10⁻⁷ % по массе, в каменных метеоритах 4,8·10⁻⁵ %.. Собственных минералов он не имеет. Содержится в некоторых золотых песках Южной Америки, в никелевых и платиновых рудах в виде простого соединения. До 43 % родия приходится на мексиканские золотые месторождения. Также родий содержится в изоморфной примеси минералов группы осмистого иридия (до 3,3 %), в медноникелевых рудах. Редкая разновидность осмистого иридия — родиевый самый богатый родием минерал (до 11,3 %).Высокую стоимость родия можно объяснить значительными технологическими трудностями отделения родия от платины и других ее спутников. В России после открытия в 20 годах 19 столетия богатейших россыпей самородной или, как ее еще называют, «сырой» платины нее извлекали относительно чистую платину, а родий же и другие драгоценные металлы платиновой группы в то время шли в отходы. Как свидетельствуют документы, к 1843 г. на Монетном дворе в Петербурге скопилось около полутора тонн отходов платинового производства. Но использовать их не умели и потому продали за границу практически за бесценок. До Октябрьской революции Россия, где добывали почти всю платину мира (90...95% мировой добычи), не очищала самородный металл и вынуждена была за огромные суммы приобретать в Европе родий и другие платиноиды, извлеченные из русской уральской платины. В старой России не было специалистов-аффинеров, свойства родия и его «собратьев» были плохо изучены, а заграничные фирмы держали в секрете способы извлечения и очистки металлов платиновой группы. Только после Октябрьской революции было принято решение о создания отечественной промышленности благородных металлов, «нашего исконного естественного богатства», как писал о них профессор Л.А. Чугаев. Для этого необходимо было разработать научные основы производства платиновых металлов, а значит, хорошо изучить их физико-химические свойства. И в мае 1918 г. был создан и начал работать Институт по изучению платины и других благородных металлов, вошедший в 1934 г. в Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова АН СССР. В первые годы в институте были выполнены важные исследования по химии, аффинажу и анализу родия. А в 1925 г. из уральской платины был получен первый отечественный родий. Большая заслуга в этом принадлежит, прежде всего, выдающемуся ученому-химику Л.А. Чугаеву и его ученикам, впоследствии известным ученым И.И. Черняеву, В.В. Лебединскому, Н.К. Пшеницыну.

Компактный родий – красивый серебристый металл с голубоватым оттенком. Температура плавления родия около 1960°C. Он обладает незначительной летучестью вплоть до температуры 2500°C. В отличие от золота и платины родий плохо поддается механической обработке. Поэтому прокатать или протянуть его в проволоку можно лишь при 800...900°C. В жидком состоянии родий растворяет около 7 процентов углерода, а при охлаждении выделяет его в виде графита, который является очень необходимым во многих отраслях техники. Если бы родий был более доступен, то его можно было бы использовать для получения графита. У родия есть еще одно ценное свойство. Он обеззараживает воду, и такая бактерицидная его способность может быть применена для очищения воды от болезнетворных микроорганизмов. Вероятно, родий получит такую возможность в лечебных целях. Родий относят к благородным металлам не только за эффектную внешность: как и положено металлу-«аристократу», он обладает, как и они очень высокой химической стойкостью. На компактный родий не действуют ни кислоты, ни щелочи. Лишь мелко раздробленный родий медленно растворяется в горячей царской водке или концентрированной серной кислоте. Родий весьма устойчив и к действию галогенов: с хлором, бромом и даже фтором он реагирует лишь после продолжительного нагревания. При высоких температурах родий медленно реагирует с серой, превращаясь в сульфиды RhS, RhS₂, Rh₂S₅. Взаимодействие родия с кислородом происходит при высокой температуре. Этот процесс идет очень медленно и для того чтобы окислить на воздухе десятые доли грамма мелкодисперсного родия, его нужно много часов непрерывно продержать в печи при температуре порядка 1000°C. Не смотря на то, что компактный родий исключительно устойчив к любым химическим воздействиям, но взять его сплав с цинком или кадмием и растворить его в соляной кислоте, а затем отфильтровать, то получится осадок мелкодисперсного родия, способный взрываться на воздухе. Родий легко образует сплавы с платиной, палладием, медью и другими металлами. Не смотря на то, что родий является одним из самых дорогих металлов, он нашел широкое применение в различных отраслях промышленности и именно там, где его нельзя заменить никакими другими металлами благодаря высокой устойчивости к действию агрессивных сред и повышенных температур. Каталитическая способность родия настолько велика, что винный спирт быстро переходит в его присутствии в уксусную кислоту. К тому же, родиевые катализаторы стойки против ядов, которые отравляют катализаторы. Поэтому важнейший потребитель родия – химическая промышленность. Из сплава платины с родием изготавливают катализаторные сетки, на которых при температуре 800...900°C происходит окисление аммиака в оксиды азота, которые являются главными стадиями процесса получения азотной кислоты. Присадка 5-10% родия повышает прочность сетки, и потери платины в процессе производства уменьшаются в полтора – два раза. Эта присадка также увеличивает каталитическую активность. Производство азотной кислоты на платинородиевых сетках сейчас исчисляется десятками миллионов тонн в год и требует ежегодно нескольких сот килограммов родия. Родий нашел свое применение и в стекольной промышленности. Так из сплава родия с платиной (обычно 7% Rh) делают сосуды для плавления стекломассы и получения тончайших стеклянных и кварцевых нитей. Родий резко повышает химическую и механическую стойкость платины и вдобавок значительно повышает температуру ее плавления. Здесь родий также практически незаменим. Сплавы платины с добавлением 1-3% родия идут на изготовление лабораторной химической посуды, от которой требуются высокая химическая и термическая стойкость и способность не менять свой вес даже при длительном прокаливании. Такая посуда используется для точных аналитических исследованиях. Стабильность термоэлектрических свойств и большая тугоплавкость давно сделали родий исключительно важным материалом для термопар в технике измерения высоких температур. Например, термопара из платинородиевой проволоки (1...40% Rh) позволяет измерять температуру до 1800°C. Родий обладает также высокой отражательной способностью, уступая только серебру. Но, в отличие от серебра, родий не тускнеет с течением времени и даже не тускнеют в атмосфере вольтовой дуги. Поэтому родием покрывают рефлекторы прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных инструментов самого различного назначения. Особый блеск и красоту родиевые покрытия придают ювелирным изделиям. Однако большая техническая ценность родия, трудность его получения и скудость его запасов в природе ограничивают использование этого металла для изготовления предметов роскоши. Месторождения родия находятся на Урале и в Заполярье, а за рубежом наиболее крупные – в Южно-Африканской республике. Канаде и Колумбии. За последние годы потребность в родии выросла в 10 - 13 раз и продолжает расти ежегодно примерно на 20%. Мировые запасы родия оцениваются всего лишь в несколько тонн, а ежегодная добыча исчисляется сотнями килограммов. И стоит родий в несколько раз дороже золота. Так на мировом рынке грамм родия стоит около 9 долларов. И так как свойства этого элемента – очень редкого и очень ценного – изучены не полностью, а познание этих свойств продолжается можно надеяться, что дальнейшие исследования родия дадут науке много интересного, а промышленности – полезного.