El rodio es un elemento químico ; su símbolo es Rh y su número atómico es 45. Es un metal de transición muy raro, de color blanco plateado, duro y resistente a la corrosión . Es un metal noble y miembro del grupo del platino . Tiene un solo isótopo natural , que es 103 Rh. El rodio natural se encuentra generalmente como metal libre o como una aleación con metales similares y rara vez como un compuesto químico en minerales como la bowieíta y la rodoplumsita . Es uno de los metales preciosos más raros y valiosos . El rodio es un elemento del grupo 9. (grupo del cobalto)
El rodio se encuentra en minerales de platino o níquel junto con otros miembros del grupo de metales del platino. Fue descubierto en 1803 por William Hyde Wollaston en uno de esos minerales y recibió su nombre por el color rosa de uno de sus compuestos de cloro .
El principal uso del elemento (que consume alrededor del 80% de la producción mundial de rodio) es como uno de los catalizadores en los convertidores catalíticos de tres vías de los automóviles. Debido a que el rodio metálico es inerte frente a la corrosión y a la mayoría de los productos químicos agresivos, y debido a su rareza, el rodio suele alear con platino o paladio y aplicarse en revestimientos resistentes a altas temperaturas y a la corrosión. El oro blanco suele recubrirse con una fina capa de rodio para mejorar su aspecto, mientras que la plata esterlina suele recubrirse con rodio para resistir el deslustre. El rodio se utiliza a veces para curar siliconas: una silicona de dos partes en la que se mezclan una parte que contiene un hidruro de silicio y la otra que contiene una silicona con terminación de vinilo; uno de estos líquidos contiene un complejo de rodio. [9]
Los detectores de rodio se utilizan en reactores nucleares para medir el nivel de flujo de neutrones . Otros usos del rodio incluyen la hidrogenación asimétrica utilizada para formar precursores de fármacos y los procesos para la producción de ácido acético .
El rodio ( del griego rhodon (ῥόδον) que significa "rosa") fue descubierto en 1803 por William Hyde Wollaston , [10] poco después de descubrir el paladio . [11] [12] [13] Utilizó mineral de platino crudo presumiblemente obtenido de América del Sur . [14] Su procedimiento disolvió el mineral en agua regia y neutralizó el ácido con hidróxido de sodio (NaOH). Luego precipitó el platino como cloroplatinato de amonio agregando cloruro de amonio ( NH
4Cl ). La mayoría de los demás metales, como el cobre , el plomo , el paladio y el rodio, se precipitaron con zinc . El ácido nítrico diluido disolvió todos los metales, excepto el paladio y el rodio. De estos, el paladio se disolvió en agua regia, pero el rodio no, [15] y el rodio se precipitó mediante la adición de cloruro de sodio como Na
3[ClRh
6]· n H
2O . Después de lavarse con etanol, el precipitado de color rojo rosado se hizo reaccionar con zinc, lo que desplazó al rodio en el compuesto iónico y, por lo tanto, liberó el rodio como metal libre. [16]
Durante décadas, este raro elemento tuvo solo aplicaciones menores; por ejemplo, a principios del siglo XX, se utilizaron termopares que contenían rodio para medir temperaturas de hasta 1800 °C. [17] [18] Tienen una estabilidad excepcionalmente buena en el rango de temperatura de 1300 a 1800 °C. [19]
La primera aplicación importante fue la galvanoplastia para usos decorativos y como revestimiento resistente a la corrosión. [20] La introducción del convertidor catalítico de tres vías por Volvo en 1976 aumentó la demanda de rodio. Los convertidores catalíticos anteriores utilizaban platino o paladio, mientras que el convertidor catalítico de tres vías utilizaba rodio para reducir la cantidad de NOx en el escape. [21] [22] [23]
El rodio es un metal duro, plateado y duradero que tiene una alta reflectancia . El metal rodio normalmente no forma un óxido , incluso cuando se calienta. [24] El oxígeno se absorbe de la atmósfera solo en el punto de fusión del rodio, pero se libera en la solidificación. [25] El rodio tiene un punto de fusión más alto y una densidad más baja que el platino . No es atacado por la mayoría de los ácidos : es completamente insoluble en ácido nítrico y se disuelve ligeramente en agua regia .
El rodio pertenece al grupo 9 de la tabla periódica, pero presenta una configuración electrónica de valencia en estado fundamental atípica para ese grupo. Al igual que los elementos vecinos niobio (41), rutenio (44) y paladio (46), solo tiene un electrón en su orbital s más externo .
Los estados de oxidación más comunes del rodio son +3 y +1. También son bien conocidos los estados de oxidación 0, +2 y +4. [26] Se conocen algunos complejos con estados de oxidación aún más elevados. [27]
Los óxidos de rodio incluyen Rh
2Oh
3, RhO2, RhO
2· xAlto
2Oh , Na
2O2R
3, Sr
3LiRhO
6y Sr.
3NaRhO
6. [28] Ninguno tiene importancia tecnológica.
Se conocen todos los haluros de Rh(III) , pero el tricloruro hidratado es el más frecuente. También está disponible en forma anhidra, que es algo refractaria. Otros cloruros de rodio(III) son el hexaclororodato de sodio, Na3RhCl6 , y el dicloruro de pentaaminoclororodio , [Rh(NH3 ) 5Cl ] Cl2 . Se utilizan en el reciclado y la purificación de este metal tan caro. Calentando una solución metanólica de tricloruro de rodio hidratado con acetato de sodio se obtiene el acetato de rodio(II) azul-verde , Rh2 ( O2CCH3 ) 4 , que presenta un enlace Rh-Rh. Este complejo y el trifluoroacetato de rodio(II) relacionado han atraído la atención como catalizadores para reacciones de ciclopropanación . El tricloruro de rodio hidratado se reduce con monóxido de carbono , etileno y trifluorofosfina para dar complejos de rodio ( I) Rh2Cl2L4 ( L = CO, C2H4 , PF3 ) . Cuando se trata con trifenilfosfina , el tricloruro de rodio hidratado se convierte en RhCl(P(C6H5 ) 3 ) 3 , de color marrón , que se conoce como catalizador de Wilkinson . La reducción del cloruro de carbonilo de rodio da hexadecacarbonilo de hexarrodio , Rh6 ( CO) 16 , y dodecacarbonilo de tetrarrodio , Rh4 ( CO) 12 , los dos complejos de Rh(0) más comunes .
Al igual que otros metales, el rodio forma fluoruros binarios con un alto estado de oxidación . Estos incluyen pentafluoruro de rodio , un complejo tetramérico con la fórmula verdadera Rh 4 F 20 ) y hexafluoruro de rodio . [29]
El rodio natural está compuesto de un solo isótopo , 103 Rh. Los radioisótopos más estables son 101 Rh con una vida media de 3,3 años, 102 Rh con una vida media de 207 días, 102m Rh con una vida media de 2,9 años y 99 Rh con una vida media de 16,1 días. Se han caracterizado otros veinte radioisótopos con pesos atómicos que van desde 92,926 u ( 93 Rh) a 116,925 u ( 117 Rh). La mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a una hora, excepto 100 Rh (20,8 horas) y 105 Rh (35,36 horas). El rodio tiene numerosos estados meta , siendo el más estable el 102m Rh (0,141 MeV) con una vida media de aproximadamente 2,9 años y el 101m Rh (0,157 MeV) con una vida media de 4,34 días (ver isótopos del rodio ). [30]
En los isótopos que pesan menos de 103 (el isótopo estable), el modo de desintegración principal es la captura de electrones y el producto de desintegración principal es el rutenio . En los isótopos mayores de 103, el modo de desintegración principal es la emisión beta y el producto principal es el paladio . [31]
El rodio es uno de los elementos más raros de la corteza terrestre , con una cantidad estimada de 0,0002 partes por millón (2 × 10 −10 ). [32] Su rareza afecta a su precio y a su uso en aplicaciones comerciales. La concentración de rodio en meteoritos de níquel es normalmente de 1 parte por mil millones . [33] Se ha medido rodio en algunas patatas con concentraciones de entre 0,8 y 30 ppt. [34]
Los minerales de rodio son una mezcla con otros metales como paladio , plata , platino y oro . Se conocen pocos minerales de rodio. La separación del rodio de los otros metales plantea desafíos significativos. Las principales fuentes se encuentran en Sudáfrica, las arenas de los ríos de los Montes Urales en Rusia y en América del Norte, especialmente en el área minera de sulfuro de cobre y níquel de la región de Sudbury , Ontario. Aunque la abundancia de rodio en Sudbury es muy pequeña, la gran cantidad de mineral de níquel procesado hace que la recuperación de rodio sea rentable.
El principal exportador de rodio es Sudáfrica (aproximadamente el 80% en 2010), seguido de Rusia. [35] La producción mundial anual es de 30 toneladas . El precio del rodio es muy variable.
El rodio es un producto de fisión del uranio-235 : cada kilogramo de producto de fisión contiene una cantidad significativa de metales más ligeros del grupo del platino. Por lo tanto, el combustible nuclear usado es una fuente potencial de rodio, pero la extracción es compleja y costosa, y la presencia de radioisótopos de rodio requiere un período de almacenamiento en refrigeración para múltiples vidas medias del isótopo de vida más larga ( 101 Rh con una vida media de 3,3 años, y 102m Rh con una vida media de 2,9 años), o alrededor de 10 años. Estos factores hacen que la fuente sea poco atractiva y no se ha intentado ninguna extracción a gran escala. [36] [37] [38]
El uso principal de este elemento es en automóviles como convertidor catalítico , transformando los hidrocarburos nocivos no quemados, el monóxido de carbono y las emisiones de óxido de nitrógeno en gases menos nocivos. De los 30.000 kg de rodio consumidos en todo el mundo en 2012, el 81% (24.300 kg) se destinó a esta aplicación, y 8.060 kg se recuperaron de convertidores antiguos. Alrededor de 964 kg de rodio se utilizaron en la industria del vidrio, principalmente para la producción de fibra de vidrio y vidrio plano, y 2.520 kg se utilizaron en la industria química. [35] [39]
En 2008, la demanda neta (teniendo en cuenta el reciclaje) de rodio para los convertidores automotrices representó el 84% del uso mundial, [40] y la cifra fluctuó alrededor del 80% entre 2015 y 2021. [41]
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Los catalizadores de rodio se utilizan en algunos procesos industriales, en particular los que implican monóxido de carbono . En el proceso Monsanto , los yoduros de rodio catalizan la carbonilación del metanol para producir ácido acético . [42] Esta tecnología ha sido desplazada significativamente por el proceso Cativa basado en iridio , que efectúa la misma conversión pero de manera más eficiente. Los complejos basados en rodio son los catalizadores dominantes para la hidroformilación , que convierte alquenos en aldehídos de acuerdo con la siguiente ecuación: [43] [44]
La hidroformilación basada en Rh sustenta la producción industrial de productos tan diversos como detergentes, fragancias y algunos medicamentos. Originalmente, la hidroformilación dependía de catalizadores basados en carbonilo de cobalto mucho más económicos, pero esa tecnología ha sido eclipsada en gran medida por los catalizadores basados en rodio a pesar de la diferencia de costos.
También se sabe que el rodio cataliza muchas reacciones que involucran gas hidrógeno e hidrosilanos . Estas incluyen hidrogenaciones e hidrosililaciones de alquenos. [45] El rodio metálico, pero no los complejos de rodio, cataliza la hidrogenación de benceno a ciclohexano . [46]
El rodio se utiliza en joyería y para decoraciones. Se galvaniza sobre oro blanco y platino para darle una superficie blanca reflectante [47] en el momento de la venta, después de lo cual la capa delgada se desgasta con el uso. Esto se conoce como rodio flashing en el negocio de la joyería. También se puede utilizar en el recubrimiento de plata esterlina para proteger contra el deslustre ( sulfuro de plata , Ag2S , producido a partir de sulfuro de hidrógeno atmosférico , H2S ) . La joyería de rodio sólido (puro) es muy rara, más por la dificultad de fabricación (alto punto de fusión y mala maleabilidad) que por el alto precio. [48] El alto costo asegura que el rodio se aplique solo como galvanoplastia . El rodio también se ha utilizado para honores o para significar el estado de élite, cuando los metales más comúnmente utilizados, como la plata, el oro o el platino, se consideraban insuficientes. En 1979, el Libro Guinness de los Récords Mundiales le otorgó a Paul McCartney un disco bañado en rodio por ser el compositor y artista discográfico con mayores ventas de todos los tiempos. [49]
El rodio se utiliza como agente de aleación para endurecer y mejorar la resistencia a la corrosión [24] del platino y el paladio . Estas aleaciones se utilizan en bobinados de hornos, casquillos para la producción de fibra de vidrio, elementos de termopar , electrodos para bujías de aviones y crisoles de laboratorio. [50] Otros usos incluyen:
En la fabricación de automóviles, el rodio también se utiliza en la construcción de reflectores de faros. [55]
Al ser un metal noble , el rodio puro es inerte e inofensivo en forma elemental. [57] Sin embargo, los complejos químicos de rodio pueden ser reactivos. Para el cloruro de rodio, la dosis letal media (LD50 ) para ratas es de 198 mg ( RhCl
3) por kilogramo de peso corporal. [58] Al igual que los demás metales nobles, no se ha descubierto que el rodio tenga ninguna función biológica.
Las personas pueden estar expuestas al rodio en el lugar de trabajo por inhalación. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha especificado el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición al rodio en el lugar de trabajo en 0,1 mg/m 3 durante una jornada laboral de 8 horas, y el Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido el límite de exposición recomendado (REL), en el mismo nivel. A niveles de 100 mg/m 3 , el rodio es inmediatamente peligroso para la vida o la salud . [59] Para los compuestos solubles, el PEL y el REL son ambos 0,001 mg/m 3. [60]
