El rodio es un elemento químico ; tiene símbolo Rh y número atómico 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 el 103 Rh. El rodio natural se encuentra generalmente como metal libre o como una aleación con metales similares y rara vez como compuesto químico en minerales como la bowieita y la rodplumsita . Es uno de los metales preciosos más raros y valiosos .
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 uso principal 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 metal rodio es inerte contra la corrosión y la mayoría de los productos químicos agresivos, y debido a su rareza, el rodio generalmente se alea con platino o paladio y se aplica en recubrimientos resistentes a la corrosión y a altas temperaturas. El oro blanco suele estar recubierto con una fina capa de rodio para mejorar su apariencia, mientras que la plata esterlina suele estar cubierta con rodio para resistir el deslustre. A veces se utiliza rodio 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 terminada en vinilo; uno de estos líquidos contiene un complejo de rodio. [8]
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 ( en griego rhodon (ῥόδον) que significa "rosa") fue descubierto en 1803 por William Hyde Wollaston , [9] poco después de descubrir el paladio . [10] [11] [12] Usó mineral de platino crudo presumiblemente obtenido de América del Sur . [13] 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 añadiendo cloruro de amonio ( NH
4Cl ). La mayoría de los demás metales como el cobre , el plomo , el paladio y el rodio se precipitaban con zinc . El ácido nítrico diluido disolvió todo menos el paladio y el rodio. De estos, el paladio se disolvió en agua regia pero el rodio no, [14] y el rodio se precipitó mediante la adición de cloruro de sodio como Na
3[ClRh
6] · nH
2O. _ Después de lavar con etanol, el precipitado de color rojo rosado se hizo reaccionar con zinc, lo que desplazó al rodio en el compuesto iónico y, por tanto, liberó el rodio como metal libre. [15]
Durante décadas, este elemento raro sólo tuvo aplicaciones menores; Por ejemplo, a principios de siglo se utilizaban termopares que contenían rodio para medir temperaturas de hasta 1800 °C. [16] [17] Tienen una estabilidad excepcionalmente buena en el rango de temperatura de 1300 a 1800 °C. [18]
La primera aplicación importante fue la galvanoplastia para usos decorativos y como revestimiento resistente a la corrosión. [19] La introducción del convertidor catalítico de tres vías por parte de 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. [20] [21] [22]
El rodio es un metal duro, plateado y duradero que tiene una alta reflectancia . El rodio metálico normalmente no forma óxido , ni siquiera cuando se calienta. [23] El oxígeno se absorbe de la atmósfera sólo en el punto de fusión del rodio, pero se libera al solidificarse. [24] 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 exhibe una configuración electrónica de valencia en el 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 .
El estado de oxidación común del rodio es +3, pero también se observan estados de oxidación de 0 a +7. [25] [26]
A diferencia del rutenio y el osmio , el rodio no forma compuestos oxigenados volátiles. Los óxidos estables conocidos incluyen Rh
2oh
3, RhO2, RhO
2· x Alto
2En un _
2rho
3, Sr.
3LiRhO
6y Sr.
3NaRhO
6. [27] Los compuestos halógenos se conocen en casi toda la gama de posibles estados de oxidación. Cloruro de rodio (III) , trifluoruro de rodio , pentafluoruro de rodio y hexafluoruro de rodio son ejemplos. Los estados de oxidación inferiores son estables sólo en presencia de ligandos. [28]
El compuesto de rodio-halógeno más conocido es el catalizador de Wilkinson, clorotris (trifenilfosfina) rodio (I). Este catalizador se utiliza en la hidroformilación o hidrogenación de alquenos . [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 oscilan entre 92,926 u ( 93 Rh) y 116,925 u ( 117 Rh). La mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a una hora, excepto 100 Rh (20,8 horas) y 105 Rh (35,36 horas). El rodio tiene numerosos metaestados , siendo el más estable 102m Rh (0,141 MeV) con una vida media de aproximadamente 2,9 años y 101m Rh (0,157 MeV) con una vida media de 4,34 días (ver isótopos de rodio ). [30]
En los isótopos que pesan menos de 103 (el isótopo estable), el modo de desintegración primario es la captura de electrones y el producto de desintegración primario es el rutenio . En isótopos superiores a 103, el modo de desintegración primario es la emisión beta y el producto primario es el paladio . [31]
El rodio es uno de los elementos más raros de la corteza terrestre y comprende aproximadamente 0,0002 partes por millón (2 × 10 −10 ). [32] Su rareza afecta su precio y su uso en aplicaciones comerciales. La concentración de rodio en los meteoritos de níquel suele ser de 1 parte por mil millones . [33] Se ha medido rodio en algunas patatas con concentraciones entre 0,8 y 30 ppt. [34]
La extracción industrial del rodio es compleja porque los minerales se mezclan con otros metales como paladio , plata , platino y oro y hay muy pocos minerales que contengan rodio . Se encuentra en los minerales de platino y se extrae como un metal blanco inerte que es difícil de fusionar. Las principales fuentes se encuentran en Sudáfrica; en las arenas de los ríos de los Montes Urales en Rusia; y en América del Norte, incluida la zona 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), seguida de Rusia. [35] La producción mundial anual es de 30 toneladas . El precio del rodio es muy variable. En 2007, el rodio costaba aproximadamente ocho veces más que el oro, 450 veces más que la plata y 27.250 veces más que el cobre en peso. En 2008, el precio subió brevemente por encima de los 10.000 dólares por onza (350.000 dólares por kilogramo). La desaceleración económica del tercer trimestre de 2008 hizo que los precios del rodio volvieran a caer por debajo de los 1.000 dólares por onza (35.000 dólares por kilogramo); el precio se recuperó a 2.750 dólares a principios de 2010 (97.000 dólares por kilogramo) (más del doble del precio del oro), pero a finales de 2013, los precios eran inferiores a 1.000 dólares. Los problemas políticos y financieros [ se necesita aclaración ] llevaron a precios muy bajos del petróleo y a un exceso de oferta, lo que provocó que el precio de la mayoría de los metales bajara. Las economías de China, India y otros países emergentes se desaceleraron en 2014 y 2015. Sólo en 2014, se produjeron en China 23.722.890 vehículos de motor, excluidas las motocicletas. [ se necesita aclaración ] Esto resultó en un precio del rodio de 740,00 dólares estadounidenses por onza troy (31,1 gramos) a finales de noviembre de 2015. [36]
Los propietarios de rodio, un metal con un precio de mercado muy volátil, se encuentran periódicamente en una posición de mercado extremadamente ventajosa: extraer más mineral que contenga rodio del suelo necesariamente también extraerá otros metales preciosos mucho más abundantes, en particular platino y paladio, que sobreofertar el mercado con esos otros metales, bajando sus precios. Dado que es económicamente inviable extraer simplemente estos otros metales sólo para obtener rodio, el mercado a menudo queda irremediablemente limitado para el suministro de rodio, lo que provoca que los precios se disparen. La recuperación de esta situación de déficit de suministro puede ser bastante problemática en el futuro por muchas razones, en particular porque no se sabe cuánto rodio (y otros metales preciosos) se colocó realmente en los convertidores catalíticos durante los muchos años en que los software de los fabricantes para engañar las emisiones estaba en uso. Gran parte del suministro mundial de rodio se obtiene a partir de convertidores catalíticos reciclados obtenidos de vehículos desguazados. A principios de noviembre de 2020, el precio al contado del rodio era de 14.700 dólares estadounidenses por onza troy. [ cita necesaria ] A principios de marzo de 2021, el rodio alcanzó un precio de 29.400 dólares estadounidenses por onza troy [ cita necesaria ] en Metals Daily [ ¿ fuente no confiable? ] (un listado de productos básicos de metales preciosos).
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 frío 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. [37] [38] [39]
El uso principal de este elemento es en los automóviles como convertidor catalítico , transformando las emisiones de escape de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y óxido de nitrógeno nocivos 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. En la industria del vidrio se utilizaron alrededor de 964 kg de rodio, principalmente para la producción de fibra de vidrio y vidrio plano, y 2.520 kg en la industria química. [35]
El rodio es preferible a otros metales de platino en la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno : [40]
En 2008, la demanda neta (teniendo en cuenta el reciclaje) de rodio para convertidores de automóviles representó el 84% del uso mundial, [41] y la cifra fluctuó alrededor del 80% en 2015-2021. [42]
Los catalizadores de rodio se utilizan en varios procesos industriales, en particular en la carbonilación catalítica de metanol para producir ácido acético mediante el proceso Monsanto . [43] También se utiliza para catalizar la adición de hidrosilanos a dobles enlaces moleculares , un proceso importante en la fabricación de ciertos cauchos de silicona. [44] Los catalizadores de rodio también se utilizan para reducir el benceno a ciclohexano . [45]
El complejo de un ion rodio con BINAP es un catalizador quiral ampliamente utilizado para la síntesis quiral , como en la síntesis de mentol . [46]
El rodio se utiliza en joyería y decoración. Está galvanizado sobre oro blanco y platino para darle una superficie blanca reflectante en el momento de la venta, después de lo cual la fina capa se desgasta con el uso. Esto se conoce como tapajuntas de rodio en el negocio de la joyería. También se puede utilizar para recubrir plata esterlina para protegerla contra el deslustre ( sulfuro de plata , Ag 2 S, producido a partir de sulfuro de hidrógeno atmosférico, H 2 S). Las joyas de rodio sólido (puro) son muy raras, más por la dificultad de fabricación (alto punto de fusión y mala maleabilidad) que por el alto precio. [47] El alto coste garantiza que el rodio se aplique únicamente como electrochapa . El rodio también se ha utilizado para honores o para indicar un estatus de élite, cuando los metales utilizados más comúnmente, 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 más vendido de todos los tiempos de la historia. [48]
El rodio se utiliza como agente de aleación para endurecer y mejorar la resistencia a la corrosión [23] del platino y el paladio . Estas aleaciones se utilizan en devanados de hornos, casquillos para la producción de fibra de vidrio, elementos de termopares , electrodos para bujías de aviones y crisoles de laboratorio. [49] Otros usos incluyen:
En la fabricación de automóviles, el rodio también se utiliza en la construcción de reflectores de faros. [54]
Al ser un metal noble , el rodio puro es inerte e inofensivo en forma elemental. [56] Sin embargo, los complejos químicos de rodio pueden ser reactivos. Para el cloruro de rodio, la dosis letal media (DL50 ) para ratas es de 198 mg ( RhCl
3) por kilogramo de peso corporal. [57] Al igual que los otros metales nobles, no se ha descubierto que el rodio cumpla ninguna función biológica.
Las personas pueden quedar expuestas al rodio en el lugar de trabajo por inhalación. La Administración de Salud y Seguridad 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 de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha fijado el límite de exposición recomendado (REL), en el mismo nivel. En niveles de 100 mg/m 3 , el rodio es inmediatamente peligroso para la vida o la salud . [58] Para compuestos solubles, el PEL y el REL son ambos de 0,001 mg/m 3 . [59]
