رودیوم: گران‌ترین فلز در خودرو

در جدول تناوبی دمیتری مendeleyev عنصری وجود دارد که همزمان یک گنج جواهری و یک ماده صنعتی حیاتی است. شماره آن ۴۵ است و نام آن رودیوم. آن بسیار گران‌تر از طلا و پلاتین است، بسیار نادر است و دارای خواص کاتالیستی منحصر به فردی است که به پاک‌سازی هوا در شهرها کمک می‌کند. امروز رودیوم یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان است و اهمیت آن به طور مداوم در حال افزایش است.

چرا عنصر به نام «رودیوم» نامیده شده؟

نام رودیوم از کلمه یونانی ῥόδον (rhodon)، که به معنای «گل سرخ» است، گرفته شده است. این عنصر به دلیل رنگ خاصی از یکی از اولین ترکیبات شیمیایی خود — کلرید رودیوم — به نام خود گرفته شده است. کشف‌کننده این عنصر، شیمیدان انگلیسی ویلیام والاستون، از زیبایی این رنگ شگفت‌زده شد و تصمیم گرفت این ارتباط نازک با گل را در نام فلز به یاد بیاورید.

چرا رودیوم شماره‌ی ترتیبی ۴۵ دارد؟

شماره‌ی ترتیبی ۴۵ به این معناست که در هسته‌ی اتم رودیوم ۴۵ پروتون وجود دارد. در جدول تناوبی او در گروه نهم (به ترتیب جدید — ۹) یا گروه VIIIB در ترتیب قدیمی، در پنجمین دوره قرار دارد. رودیوم به تریاد «رودیوم — پالادیوم — نقره» وارد می‌شود و به گروه پلاتین‌های سبک معروف است.

تاریخ کشف: یک فلز دیگر از سنگ‌های پلاتین

تاریخ کشف رودیوم شبیه یک داستان جاسوسی قرن نوزدهم است. در سال ۱۸۰۳، دکتر و شیمیدان آماتور انگلیسی ویلیام والاستون، که قبلاً به دلیل کشف پالادیوم مشهور شده بود، به مطالعه‌ی پلاتین خشن که از آمریکای جنوبی آورده می‌شد، ادامه داد. او متوجه شد که پس از استخراج پالادیوم در یک محلول ماده‌ی تیره‌ای با خواص شگفت‌انگیز باقی می‌ماند.

والاستون با انجام واکنش‌های شیمیایی پیچیده (حل شدن در الکل شاهانه، ته‌نشینی) ماده‌ی جدیدی را استخراج کرد و پس از بازیابی آن، پودر فلزی رودیوم را به دست آورد. در سال ۱۸۰۴، او با ارائه یک گزارش رسمی به انجمن سلطنتی، کشف جدید فلز را اعلام کرد. در ابتدا والاستون فقط چند گرم رودیوم دریافت کرد و برای مدت طولانی تنها تولیدکننده آن باقی ماند.

منحصر به فردی رودیوم: درخشش و استحکام

ظاهر. رودیوم فلزی نقره‌ای-سفید با رنگی آبی-زرد و دارای توانایی بازتاب بالا است.

نارسایی شیمیایی. این یکی از مقاوم‌ترین فلزات در برابر خوردگی است. آن حتی در هوای گرم تا دمای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز خورده نمی‌شود و در اسیدها، از جمله الکل شاهانه، حل نمی‌شود. رودیوم تنگ‌تر است (دمای جوش ۱۹۶۳ درجه سانتی‌گراد) و دارای استحکام مکانیکی بالا است.

کاتالیزور. کاربرد اصلی رودیوم بر اساس توانایی آن برای سرعت بخشیدن به واکنش‌های شیمیایی است. آن به ویژه در کاهش اکسیدهای نیتروژن مؤثر است و به همین دلیل در کاتالیزورهای خودرویی ضروری است.

جایی که رودیوم یافت می‌شود

رودیوم یکی از نادرترین عناصر کره زمین است. میزان آن در کره زمین برآورد شده است که ۰،۰۰۰۰۰۰۱٪ است. آن به صورت مواد معدنی مستقل وجود ندارد و به عنوان یک جزء همراه از معادن پلاتین و نیکل استخراج می‌شود. معادن اصلی رودیوم در جمهوری افریقای جنوبی، روسیه (در نیمه‌جزیره کولسک و منطقه نوریل)، کانادا و زیمبابوه قرار دارند. قیمت متوسط رودیوم از ۵۰۰ تا ۷۰۰ هزار دلار به ازای هر کیلوگرم است که آن را یکی از گران‌ترین فلزات در جهان قرار می‌دهد.

کاربرد رودیوم در صنعت

کاتالیزورهای خودرو. حدود ۸۰٪ از رودیومی که استخراج می‌شود در اینجا استفاده می‌شود. رودیوم در کاتالیزورهای سه‌گانه نقش کلیدی دارد: آن اکسیدهای نیتروژن (NOx) سمی را به نیتروژن و اکسیژن بی‌خطر تبدیل می‌کند.

صنعت شیمی. رودیوم به عنوان کاتالیزور در واکنش‌های کربونیل‌سازی متانول برای تولید اسید سولفوریک استفاده می‌شود. همچنین در تولید اسید نیتریک و هیدرولیز ترکیبات آلی استفاده می‌شود.

صنعت شیشه و اپتیک. آلیاژهای پلاتین-رودیوم برای ساخت ظروف برای جوش شیشه‌های با کیفیت بالا و فیبر شیشه‌ای استفاده می‌شود، زیرا آنها به شیشه مذاب مقاوم هستند و آن را رنگ نمی‌کنند. پوشش رودیوم روی لامپ‌های پروژکتور و آینه‌ها دارای برق‌آوری و دوام فوق‌العاده‌ای است.

صنعت جواهرات. روکش‌زدایی — فرآیندی است که در آن جواهرات از طلا و نقره سفید با روکش نازک رودیوم پوشانده می‌شوند. این کار باعث می‌شود که جواهرات دارای برق‌آوری فوق‌العاده‌ای شوند، از خشیدگی محافظت می‌کنند و از تیرگی جلوگیری می‌کنند. حدود ۵-۱۰٪ رودیوم در جواهرات استفاده می‌شود.

الکترونیک. رودیوم برای پوشش اتصالات الکتریکی و درایورها در دستگاه‌های دقیق سنجش استفاده می‌شود، زیرا آن به خوردگی و تشکیل پلیمرهای اکسیدی مقاوم است. ضخامت پوشش معمولاً ۰،۵–۱ میکرون است.

آینده رودیوم: تقاضای افزایشی و جستجوی جایگزین‌ها

آینده رودیوم به طور مستقیم با استانداردهای محیط زیستی جهانی در ارتباط است. با انتقال به خودروهای الکتریکی، نقش رودیوم به عنوان جزء کاتالیزور موتورهای داخلی احتراق ممکن است کاهش یابد. برخی تولیدکنندگان به دنبال راه‌هایی برای جایگزینی رودیوم با فلزات ارزان‌تر مانند پالادیوم هستند. با این حال، استانداردهای محیط زیستی افزایشی در کشورهای در حال توسعه تقاضا را پشتیبانی می‌کنند. فناوری‌های بازیافت رودیوم از کاتالیزورهای فرسوده به طور مداوم در حال توسعه هستند. رودیوم همچنان در صنایع شیشه و شیمی ضروری است.