Rhodium

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Rhodium
Rhodium powder pressed melted.jpg
Rhodium métal pulvérulent, compacté en cylindre plein ou en bille grâce à la métallurgie des poudres
RuthéniumRhodiumPalladium
Co
   
 
45
Rh
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Rh
Ir
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Rhodium, Rh, 45
Série chimique Métaux de transition
Groupe, période, bloc 9, 5, d
Masse volumique 12,41 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 6
Couleur Blanc argenté métallique
No CAS 7440-16-6 [2]
No EINECS 231-125-0
Propriétés atomiques
Masse atomique 102,90550 ± 0,00002 u[1]
Rayon atomique (calc) 135 pm (173 pm)
Rayon de covalence 142 ± 7 pm [3]
Configuration électronique [Kr] 4d8 5s1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 16 et 1
État(s) d’oxydation 2, 3 et 4
Oxyde Amphotère
Structure cristalline Cubique à faces centrées
Propriétés physiques
État ordinaire Solide
Point de fusion 1 964 °C [1]
Point d’ébullition 3 695 °C [1]
Énergie de fusion 21,5 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 493 kJ·mol-1
Volume molaire 8,28×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur 0,633 Pa à
1 965,85 °C
Vitesse du son 4 700 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,28
Chaleur massique 0,242 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 21,1×106 S·m-1
Conductivité thermique 150 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 7,45890 eV 2e : 18,08 eV
3e : 31,06 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
101Rh {syn.} 3,3 a ε 0,542 101Ru
102mRh {syn.} ~2,9 a ε
——
TI
2,464
———
0,141
102Ru
———
102Rh
103Rh 100 % stable avec 58 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F



SIMDUT[6]

Produit non contrôlé
SGH[7]
État pulvérulent :
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Page d'aide sur l'homonymie Cet article concerne l'élément chimique, le corps simple et les composés chimiques correspondants à ses combinaisons chimiques avec d'autres éléments. Pour les autres significations, voir Rhodium (homonymie).

Le rhodium est l'élément chimique noté par le symbole Rh et de numéro atomique 45. Le corps simple est un métal dur et cassant, de la catégorie des platinoïdes légers.

Généralités et histoire de l'élément[modifier | modifier le code]

Avec le ruthénium, le palladium, l'osmium, l'iridium, et le platine il forme le groupe du platine au sens large, encore nommé ensemble des platinoïdes. Le rhodium, dont le corps simple a des propriétés similaires à celui du platine, ne fait partie du sous-groupe du platine, mais du sous-groupe de l'iridium.

Morceau cubicoïdale de rhodium (78 g)

William Hyde Wollaston a découvert cet élément, de même que le palladium, en 1803 issus d'un gîte de platine natif originaire d'Amérique du Sud, en particulier du minerais ou mines de platine colombien pour le Rh et du platine natif brute de Colombie pour le Pd. La "liqueur jaune" obtenu par addition d'eau chaude après avoir retiré l'osmium des reliquats noires de fabrication du platine contient essentiellement des platinoïdes comme l'iridium, mais aussi de manière variable suivant les échantillons du rhodium, du ruthénium et parfois du platine[8].

L'addition de sal ammoniac ou chlorure d'ammonium à cette liqueur permet d'y précipiter l'essentiel des platinoïdes, hormis les composés oxydés et chlorurés du rhodium solubles. Après évaporation, un traitement par réduction à l'aide de gaz dihydrogène permet d'obtenir le corps simple métal rhodium. Notons qu'un lavage à l'acide nitrique ou à l'acide chlorhydrique s'impose pour éliminer les impuretés conséquentes ou les traces de fer ou de cuivre, qui se révèlent à leur couleur rouge foncée, et obtenir des cristaux de rhodium relativement purs.

L'autre partie, minoritaire ou parfois négligeable, du rhodium a formé un chlorure double et se retrouve avec le précipité chloruré de ruthénium et d'iridium. Une réduction au rouge par le gaz dihydrogène permet d'obtenir une éponge de métal platinoïde, il faut fondre cette dernière matière avec le plomb pour obtenir de façon séparée les cristaux d'iridium et de ruthénium. Le plomb fondu dissout les reliquats de rhodium, de platine rhodié voire de platine. En attaquant le plomb par l'acide nitrique, l'opérateur reprend les composés à base de rhodium et de platine, le rhodium sera séparé par l'acide sulfurique sous forme de sulfate de rhodium et le platine par l'eau régale sous forme de complexes hexachloroplatinates.

Le nom dérive du mot grec « rhodon » qui signifie « rose ». Ce nom a été proposé par son découvreur à cause de la couleur rose-rouge de quelques composés phares du rhodium, en particulier de l'hydroxyde. Le premier métal obtenu semble aussi avoir été légèrement impur, recelant des traces significatives de cuivre ou de fer à effet rougeoyant.

Le terme gréco-latin ou anglais rhodium n'apparaît en français qu'en 1805, dans les rapports sur les travaux de Wollaston présentés par les "Annales de Chimie".

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du rhodium.

Le rhodium possède 34 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 89 et 122, et 22 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul est stable, 103Rh[9], et constitue l'intégralité du rhodium naturel, faisant du rhodium un élément monoisotopique et un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est donc de 102,90550(2) u.

Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie[modifier | modifier le code]

Le clarke de ce platinoïde est estimé à 0,001 g/t ou 0,001 ppm dans la croûte terrestre. Ce qui est très similaire à l'iridium. Il est présent dans certaines météorites.

Le rhodium natif, très rare, est le minéral qui correspond au corps simple métallique. La rhodite est un alliage d'or et de rhodium.

Le rhodium est un métal rare et cher, la production mondiale principalement par récupération au cours de traitement de minerais n'est que de 12 tonnes par an dans les années 1990 et de 20 tonnes par an en 2010. L'Afrique du Sud, l'Oural Russe et l'Ontario canadien fournissent l'essentiel de la production mondiale. Ils l'extraient laborieusement des gangues minérales où il se marie au palladium, à l'argent ou au platine.

Une goutte de métal rhodium solidifié


Gouttelette de rhodium solidifié (0,5 g) avec effet du crépitement (rochage)

Corps simples et corps composés chimiques[modifier | modifier le code]

Propriétés physiques et chimiques du corps simple métallique[modifier | modifier le code]

Le corps simple est un métal blanc brillant et argenté, cristal de maille cubique face centré, de haute réflectivité toutefois inférieure à celle de l'argent, moyennement dur et relativement inerte sur le plan thermochimique (grande résistance à la corrosion).

Le rhodium fondu dissout le gaz oxygène. Lorsqu'il se solidifie, il le libère avec force crépitement. Il se travaille facilement avec une torche à fusion propane/oxygène.

Le rhodium pulvérulent se dissout facilement dans les bains fondus alcalins, ici dans une cornue transparente chauffée au superchalumeau.

Le rhodium compacte est insoluble dans les acides forts. Le rhodium divisé, en poudre fine qu'on appelle noir de rhodium se dissout aisément dans l'acide sulfurique et l'eau régale.

Le rhodium est soluble dans les bains de cyanures fondus et les sels alcalins fondus.

Il présente des propriétés catalytiques, à l'état divisé mais aussi en phase homogène, assez analogues à celle du platine. Le rhodium montre des propriétés bactéricides, il détruit les germes.

Alliages[modifier | modifier le code]

Les alliages avec le platine et la palladium sont durs et résistants.

Chimie du rhodium[modifier | modifier le code]

Les valences les plus communes sont de II à VI.

Le rhodium métal réagit directement avec le gaz dioxygène à partir de 600 °C en formant le sesquioxyde de rhodium Rh2O3 qui se décompose en ses composants directs si on le chauffe au-delà de 2 000 °C.

Le ruthénium réagit avec le gaz fluor au-delà de 300 °C ː

Miniature de contrebasse à cœur d' argent de titre 950 plaqué rhodium (taille 125 mm, masse 32 g) fabriquée par un joaillier-argentier brésilien.
Rh solide cristal, en poudre + 3/2 F2 gaz → RhF3 gaz

A l'incandescence le rhodium réagit avec le gaz chlore pour former divers chlorures de rhodium, dont RHCl3. Il existe aussi le bromure de rhodium RhBr3.


Le ruthénium, à l'instar des platinoïdes, est attaqué par le corps simple soufre, ainsi que de nombreux semi-métaux P, Se, Te, As, Sb...

Il n'existe pas de cations monoatomiques simples, mais des oxanions et de nombreux complexes.

Corps composés[modifier | modifier le code]

Le dioxyde de rhodium RhO2 et le sesquioxyde de rhodium Rh2O3 sont les principaux oxydes stables connus.

Il existe ainsi différents fluorures avec le Rh de valence III à VI, comme le RhF3, RhF4, RhF5, RhF6, ce qui rappelle les composés analogues de Ru. Il n'existe principalement que le trichlorure de rhodium RhCl3, le tribromure de rhodium RhBr3 et le triodure de rhodium RhI3.

Trichlorure de rhodium rouge

Il y a également le nitrate de rhodium Rh(NO3)3 et le sulfate de rhodium Rh2(SO4)3.

Il existe divers sulfures, tels que RhS2, Rh2S3 ou Rh2S7, ainsi que les séléniures et tellurures simples RhSe2 etRhTe2.

Dimère d'acétate de rhodium, corps composé verdâtre

Il forme des complexes, par exemple avec le gaz monoxyde de carbone (différents carbonyles, par exemple tétrarhodium dodécacarbonyle ou hexarhodium hexadécacarbonyle, voire chloro-carbonyle ou carbonyle avec l'ion chlorure type dichlorure de dirhodium tétracarbonyle), avec diverses oléfines ou cycle de bonne conformation (rhodocène...), avec l'acétylacétone.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Les catalyseurs pour voitures automobiles à essence contiennent souvent un alliage de platine, de palladium et de rhodium sur un support en céramique (80 % de la production totale). Plus généralement, il s'agit d'un catalyseur dans l'industrie chimique et un élément chauffant pour très hautes températures (il fond à 2237 K, soit 1 963,85 °C), voire plus).

En chimie, le rhodium est présent dans un grand nombre de catalyseur. En phase homogène, cet agent catalytique permet l'hydrogénation spécifiques des alcènes.

Catalyseur au rhodium ( Rh entouré de triphenylphosphine sulfonée comme ligands), employé pour les procédés d'hydroformylation.

Le rhodium est employé pour ː

  • les contacts électriques : en métal recouvert d'une très mince couche de rhodium (ou d'alliage de Rh).
  • dans l'appareillage scientifique, par exemple les pyromètres de précision ou les thermocouples.
  • les tubes à rayons X : sur les anti-cathodes (encore appelées anodes) de certains tubes à rayons X utilisés en spectrométrie de fluorescence X.
  • les revêtements de miroir : tirant profit de sa réverbération excellente et sa grande dureté, on l'applique sur les miroirs des projecteurs. Il est ainsi présent sur les projecteurs de cinéma ou sur les miroirs astronomiques.
  • Utilisé en couche brillante-sombre et dure pour des articles d'argenterie et des pièces d'appareils photographiques (avant l'ère du numérique). Du fait de son inertie bien supérieure à l'argent ou à l'or, il est toujours utilisé en fin plaquage en joaillerie et bijouterie. Il est toujours utilisé dans l'électrogalvanisation de l'argenterie, ce qui évite le ternissement de l'argent non protégé.
  • Utilisé comme support de pierres en joaillerie et bijouterie (bijoux Swarovski et autres).
Modèle de boucle d'oreille en améthyste sur platine de rhodium (Cristaux Swarovski)
  • * exceptionnellement, dans l'industrie de la musique, remise d'un "disque de rhodium" en 1979 à l'artiste Paul McCartney.
  • Orthodontie : utilisé en partie sur certains braquets de type céramique, afin d'avoir un coefficient de friction faible (plus faible que la céramique) mais en même temps un brillant métallique limité. En effet ce métal a la faculté, avec un certain traitement, de limiter son éclat (apparence mate). Il s'agit du rhodium noir ou black rhodium connu en joaillerie.

Ses alliages avec le platine et le palladium servent encore pour l'outillage ou l'équipement au laboratoire (creusets), mais aussi en bijouterie (pièces supports), également comme catalyseurs variés (pot catalytique automobile), comme bougie de moteurs d'avions, comme électrodes, comme contacts électriques...

Toxicité[modifier | modifier le code]

La plupart des composés du rhodium sont reconnus toxiques et potentiellement carcinogènes. La plupart des composés agresse et teigne durablement la peau, en s'y fixant amenant parfois localement des nécroses.

Ce n'est pas le cas du corps simple métal, dans sa forme massive. Toutefois la poudre fine et surtout les aérosols et nanoparticules sont potentiellement dangereuses. De plus, ces particules divisées peuvent générer des explosions en présence d'oxydants (dispersion dans l'air, le gaz oxygène, les gaz halogènes... en proportion adéquate avec une ignition initiale ou le contact d'un point chaud).

Évolution du cours et commerce en France[modifier | modifier le code]

Cours du rhodium

Selon le cabinet The Bullion Desk, ce métal valait 9 900 dollars l'once Troy (31,1035 grammes) en mai 2008 soit 300 000 dollars le kilogramme. Il valait 10 fois moins en 2004. En novembre 2008, son prix a reculé à 1 600 dollars l'once puis regrimpé à 2 600 dollars l'once en janvier 2010. La demande est soutenue par la forte croissance du marché automobile, en raison de la nécessité de ce produit dans le respect des normes environnementales : les métaux du groupe du platine sont indispensables au fonctionnement des pots d'échappement de l'industrie automobile, responsable de 90 % de la consommation. Selon le type de motorisation et de carburant, des quantités diverses de ces métaux du groupe du platine seront utilisées, en particulier le platine, le palladium et le rhodium. Qui plus est, ceux-ci aident à la filtration des rejets automobiles. Or il est admis que la voiture est un marché mondial en expansion. Il nous faudra donc de plus en plus des métaux du groupe du platine, dont le rhodium fait partie[10].

Miniature à base de cuivre recouvert ou plaqué de Rh noir de l'équipement de golf. Hauteur 55 mm. Pièce réalisé par un joaillier-argentier brésilien.

La France, en 2014, est nette importatrice de rhodium, d'après les douanes françaises. Le prix moyen au gramme à l'import était de 23 €[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  5. Entrée de « Rhodium, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. « Rhodium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. SIGMA-ALDRICH
  8. Il s'agit de la suite du traitement chimique des restes obtenus après l'attaque par l'eau régale de la mine de platine brute. Lire les généralités historiques sur les éléments "osmium" et "iridium".
  9. John W. Arblaster "The Discoverers of the Rhodium Isotopes. The thirty-eight known rhodium isotopes found between 1934 and 2010" Platinum Metals Review Volume 55 Issue 2 April 2011 Pages 124-134.DOI:10.1595/147106711X555656
  10. Le rhodium, ce petit métal qui monte, qui monte (1), par Emmanuel Gentilhomme, AGORA Jeudi 20 Décembre 2007 voir site http://www.la-chronique-agora.com/articles/20071220-524.html
  11. « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=71103100 (consulté le 7 août 2015)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Autres liens[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]


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