铑

化學元素
铑(Rhodium)是一種銀白色、堅硬的金屬,元素符号Rh,铑屬鉑系元素,具有高反射率的性質铑金屬通常不會形成氧化物,熔融的铑會吸收氧氣,但在凝固的過程中釋放。铑的熔點比鉑高,密度比鉑低。铑不溶于多數酸,它完全不溶于硝酸,稍溶于王水。[1]
  • 中文名:铑
  • 外文名:rhodium
  • 熔點:2237K
  • 沸點:3727
  • 水溶性:不溶
  • 密度:12.41g/cm3
  • 外觀:銀白色金屬
  • 應用:制造合金、鍍膜
  • 安全性描述:S16;S17;S22;S24/25;S26;S36/37/38;S45
  • 危險性符号:F;Xi
  • 危險性描述:R11
  • UN危險貨物編号:3089
  • 外圍電子排布:4d8 5s1
  • 起源:rhodon
  • 發現時間:1803年
  • 用途:制造合金、鍍膜
  • 核電荷數:45
  • 發現者:武拉斯頓
  • 熱膨脹:8.2µm/(m·K)(at 25°C)
  • 導熱性:150W/(m·K)
  • 電阻率:43.3nΩ·m(at 0°C)
  • 磁序:順磁性
  • 拉伸模量:380GPa
  • 剪切模量:150GPa
  • 莫氏硬度:6.0
  • 周期:第五周期
  • 族:VIII族
  • 區:d區
  • 電子排布:[Kr] 4d8 5s1
  • 電負性:2.28(鮑林标度)
  • 元素類别:過渡金屬元素
  • 原子半徑:134pm

研究簡史

铑是在1803年由William Wollaston發現的。他和Smithson Tennant在一個商業投資中合作,多半是為了生産出純鉑來出售。這個程序的第一步是溶解普通的鉑在王水(硝酸+鹽酸)中。不是所有的都溶入了溶液中,它留下了黑色的殘渣(Tennant研究了這些殘渣,最終他從中提取出了锇和銥)。Wollaston全神貫注在這個溶解的鉑溶液,其也包含。他用沉澱法移除了這些金屬,然後留下了一種漂亮的紅色溶液,他從中獲得了玫瑰紅晶體。這些就是氯铑酸鈉Na3RhCl6。他最終從中生産出了這種金屬自身的樣本。世界铑産量約為鉑的2.8%,幾乎全由南非、俄羅斯和加拿大三國生産。金屬铑以海綿狀、粉狀或緻密塊狀出售。1990~1993年三國平均年生産的铑分别為7512kg,3227kg(僅指出售給西方國家部分),552kg。1980年以後,西方國家每年從廢料中再生回收并進入市場的铑不斷增加,僅從廢汽車催化劑中回收的铑1989年就達2.5t。主要以铑催化劑、铑合金、铑鍍層、铑化合物應用于化學、石油、玻璃、電氣、牙科、飾品、汽車等領域。1992年西方國家共消費铑10.2t,其中汽車廢氣淨化催化劑用量達86%。

元素性質

元素類别:過渡金屬元素

原子序數:45

原子量:102.905

核電荷:45

電子排布:[Kr] 4d8 5s1

位置:第五周期VIII族

電負性:2.28

同位素

自然界中铑以103Rh同位素的形式存在。較穩定的放射性同位素包括101Rh(半衰期3.3年)、102Rh(半衰期207天)、102mRh(半衰期2.9年)以及99Rh(半衰期16.1天)。目前已發現20多個放射性同位素,同位素質量從92.926u(93Rh)至116.925u(117Rh)。這些同位素的半衰期大部分都在一小時以内,除了100Rh(半衰期20.8小時)和105Rh(半衰期35.36小時)。

理化性質

铑是一種稀少的貴金屬。為銀白色金屬,硬度4~4.5,相對密度12.41。熔點高為1966℃。 化學性質穩主要化合價為+2、+4和+6。第一電離能7.46eV。在中等的溫度下,它也能抵抗大多數普通酸(包括王水在内)。在200-600℃可與熱濃硫酸、熱氫溴酸、次氯酸鈉和遊離鹵素起化學反應。不與許多熔融金屬,如金、銀、鈉和鉀以及熔融的堿起反應。鉑族金屬熔點高、強度大、電熱性穩定、抗電火花蝕耗性高、抗腐蝕性優良、高溫抗氧化性能強、催化活性良好,廣泛應用于汽車尾氣淨化、化工、航空航天、玻纖、電子和電氣工業等領域,用量雖少,但起着關鍵作用,素有“工業維生素”之稱。

應用

除了制造合金外,铑可用作其他金屬的光亮而堅硬的鍍膜,例如,鍍在銀器或照相機零件上。将铑蒸發至玻璃表面上,形成一層薄蠟,便造成一種特别優良的反射鏡面。

(1)催化活性和選擇性高,壽命長。铑及其合金、含铑化合物、絡合物催化劑可用于制醛類和醋酸,汽車廢氣淨化,硝酸生産的氨氧化,塑料、人造纖維、藥物、農藥等有機化工合成,燃料電池電極。

(2)對可見光反射率高而穩定。常用于特殊工業用鏡、探照燈、雷達等反射面的鍍層。

(3)熔點高,抗氧化,耐腐蝕,是化學性質最穩定的金屬之一。可做耐腐蝕容器,大氣中可在1850℃高溫下使用,純铑坩埚可用于生産鎢酸鈣和铌酸锂單晶。

(4)铑鍍層硬度高(7500~9000MPa),耐磨,耐腐蝕,接觸電阻穩定。鍍铑複合材料是優良的電接觸材料,铑還可用于飾品和其他工業儀器、氣敏元件的鍍層。

(5)改性作用。铑可與鉑、钯等金屬形成固溶體,對基體起固溶強化作用,提高基體的熔點、再結晶溫度和抗腐蝕性,減少氧化揮發損失,其中鉑铑合金是優良的貴金屬測溫材料;铑與钛、锆、铪、钽、铌等金屬形成的化合物對含铑合金起彌散強化作用,增加熱穩定性;銥中加铑可改善銥的加工性能。

(6)加工硬化率高,熱加工成一定尺寸後可以冷加工。

(7)價格昂貴,除特殊使用外,通常隻作為添加元素使用。

資源分布

铑存在于鉑礦中,在精煉過程中可以集取而制得。

我國鉑金屬資源比較稀缺,鉑金屬礦床分布在10個省、自治區,甘肅、雲南、四川和黑龍江的儲量較多,這四省的儲量占全國儲量的94.6%。其他省區如河北、青海、新疆、北京、内蒙古也有一些小礦點,但儲量甚少。從1996年我國鉑礦、钯礦與鉑钯(未分)礦保有儲量看,我國的鉑礦和钯礦主要分布在甘肅,分别占全國鉑礦與钯礦的90.7%與91.3%,其次是河北,分别為5.8%和2.3%。其他省區隻占極少份額。鉑钯(未分)礦主要在雲南,占全國的66.8%;其次是四川,占全國的25.5%。

其他幾種鉑族金屬的分布也主要在甘肅、雲南和黑龍江。甘肅省的铑、銥、锇、钌儲量分别占其全國儲量的59.3%、64.4%、74.0%、84.9%;雲南分别占39.4%、29.4%、9.8%、13.2%。這兩個省的相應數據相加,除了锇都占到全國儲量的95%以上;隻是雲南的锇儲量(占9.8%)稍遜于黑龍江(占15.2%)。我國鉑族金屬資源有以下特點:

(1)資源分布集中。我國的鉑族金屬資源95%以上分布于甘肅、雲南、四川、黑龍江和河北5省,其中僅甘肅省就占全國儲量的57.5%。這幾個省的儲量集中于甘肅金川、雲南金寶山和四川楊柳坪三個大型礦床。

(2)礦石品位低,鉑族元素以鉑、钯為主,且鉑大于钯。全國鉑族金屬礦的平均品位為0.796g/t,Pt品位0.341g/t,Pd品位0.386g/t,Os+Ir品位0.041g/t,Rh+Ru品位0.028g/t。以鉑族金屬為主的礦床,品位為1.468g/t,富礦品位2.33g/t;與銅鎳共生的鉑族金屬品位0.768g/t,銅鎳礦中伴生的鉑族金屬品位0.436g/t。國外幾個大型鉑礦床的平均品位為:南非布什維爾德雜岩3.1-17.1g/t,麥倫斯基層30~60g/t,俄羅斯諾裡爾斯克6~350g/t,加拿大薩德伯裡3.34g/t,美國斯蒂爾沃特147g/t。相比之下,我國鉑族金屬礦的品位是十分低的。

(3)礦床類型多樣,但大部分儲量集中于共生或伴生礦。我國鉑族金屬礦床類型有岩漿熔離型、熱液再造型和砂鉑礦,還有一些含在黑色岩系、熱液或夕卡岩型多金屬礦床及斑岩銅钼礦中。按全國礦産儲量委員會(1985)确定的鉑族金屬參考工業指标,原生礦的邊界品位為0.3~0.5g/t,工業品位為0.5g/t。可将我國鉑族金屬礦床分為單一礦、共生礦和伴生礦三類,根據1996年的統計資料,93.4%的鉑族金屬(探明儲量)與銅鎳硫化物、多金屬共生或伴生。

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