Rhodium

Rhodium, das seinen Namen nach der meist rosenroten Farbe seiner Verbindungen erhalten hat ist ein chemisches Element mit dem Symbol Rh aus der achten Gruppe der des Periodensystems der chemischen Elemente und hat die Ordnungszahl 45. Es ist ein silbrig-weißes Edelmetall aus der Gruppe der Platinmetalle. Rhodium ist härter als Gold und Platin, jedoch sehr zäh und gut verformbar, so dass es durch Hämmern leicht verarbeitet werden kann. Rhodium ist chemisch sehr beständig. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1996 °C. Da Rhodium sehr selten vorkommt, zählt es zu den teuersten Metallen. Rhodium hat bei 25°C eine Dichte von 12,4 g/cm3 und eine spezifische Wärmekapazität von 0,24 J/(g ∙ K). Seine elektrische Leitfähigkeit bei 20°C beträgt 2,2 ∙107 S/m und seine Wärmeleitfähigkeit bei 27°C 150 W/(m ∙ K).

Rhodium ist reaktionsträge. Es wird von Mineralsäuren nicht angegriffen, nur in Königswasser kann es in feinstverteilter Form gelöst werden. Mit Sauerstoff und Chlor reagiert Rhodium ab 600 bis 700 °C zu Rhodiumtrioxid (Rh2O3) oder Rhodiumtrichlorid (RhCl3). Rhodium reagiert unter Hitze auch mit Fluor zu Rhodiumhexafkuarid (RhF6).

Mit den Salzen Natriumhydrogensulfat, Kaliumdisulfat, Cyanid und Natriumcabonat reagiert Rhodium ebenfalls. Sauerstoff kann in flüssigem Rhodium gelöst werden und trennt sich von diesem wieder beim Erkalten.

Rhodium besteht zu 100% aus dem Isotop 103Rh und ist eines von wenigen Reinelementen. 103Rh ist stabil, während die übrigen Isotope von 94Rh bis 116Rh radioaktiv sind und zerfallen. Am langlebigsten ist dabei 102mRh mit einer Halbwertzeit von 3,742 Jahren und 101Rh mit einer Halbwertzeit von 3,3 Jahren.

Generell ist Rhodium aufgrund seiner geringen Reaktivität nicht gefährlich, jedoch kann ist es als feinverteiltes Pulver reaktiv und leicht entflammbar. Da es in diesem Zustand mit Wasser reagiert, sind zum Löschen Metallbrandlöscher erforderlich. Zudem wird angenommen, dass Rhodium Krebs erregen kann. In hoher Konzentration ist Rhodium zudem giftig.

Geschichte

Als zwei Schmuggler am Anfang des 18. Jahrhunderts Platin nach London brachten, fanden sie nach der Scheidung in Königswasser schwarze Rückstände vor. 1803 entdeckten die Physiker und Chemiker William Hyde Wollaston und Smithson Tennant darin drei Platinmetalle, nämlich Palladium, Iridium und Osmium. Aus der Königswasserlösung fällte Wollaston dann unter Verwendung von Zinkpulver das Metall aus.

Nachdem er Kupfer und Blei durch Salpetersäure abgetrennt hatte, löste er es erneut in Königswasser unter Zugabe von Natriumchlorid, wodurch sich als rosarotes Salz Na3[RhCl6] • n H2O bildete. Durch Extraktion mit Ethanol und anschließende Reduktion konnte Wollaston das Metall gewinnen, das er wegen seiner rosenroten Färbung, die es in Verbindungen annimmt, nach dem griechischen Wort rhodeos Rhodium nannte.

Rhodium findet oft Verwendung in Legierungen, die vor allem in Katalysatoren Verwendung finden. In Fahrzeugkatalysatoren dient es zur Verminderung des Anteils von Stickoxid. In der chemischen Industrie setzt man Rhodium im Rahmen des Oswald-Verfahrens zur Produktion von Salpetersäure ein. Hierbei wird eine netzartige Legierung aus 90% Platin und 10% Rhodium eingesetzt, die es als Katalysator ermöglicht, Ammoniak zu Stickstoffmonoxid zu verbrennen. Hierbei sind die Qualität und die Ausbeute höher, als beim Einsatz reiner Platinkatalysatoren. Aufgrund seiner Dauerhaftigkeit findet Rhodium auch Verwendung in hochwertigen Spiegeln, so wie als Überzug von Schmuck, Brillen und Uhren. Silberbesteck und Weißgold wird durch einen Überzug von Rhodium, das so genannte Rhodinieren gegen Oxidation geschützt. Außerdem werden Heizstäbe, Thermoelemente und Laborgeräte aus Platin-Rhodium-Legierungen hergestellt.

Verwendung

Rhodium findet oft Verwendung in Legierungen, die vor allem in Katalysatoren Verwendung finden. In Fahrzeugkatalysatoren dient es zur Verminderung des Anteils von Stickoxid. In der chemischen Industrie setzt man Rhodium im Rahmen des Oswald-Verfahrens zur Produktion von Salpetersäure ein. Hierbei wird eine netzartige Legierung aus 90% Platin und 10% Rhodium eingesetzt, die es als Katalysator ermöglicht, Ammoniak zu Stickstoffmonoxid zu verbrennen. Hierbei sind die Qualität und die Ausbeute höher, als beim Einsatz reiner Platinkatalysatoren. Aufgrund seiner Dauerhaftigkeit findet Rhodium auch Verwendung in hochwertigen Spiegeln, so wie als Überzug von Schmuck, Brillen und Uhren. Silberbesteck und Weißgold wird durch einen Überzug von Rhodium, das so genannte Rhodinieren gegen Oxidation geschützt. Außerdem werden Heizstäbe, Thermoelemente und Laborgeräte aus Platin-Rhodium-Legierungen hergestellt.

Obwohl Rhodiumdicarboxykomplexe als für die Niere giftig bekannt sind, vermutet man, dass sie sich zur Behandlung von Krebs eignen könnten.
Zudem können Rhodiumkomplexe als Katalysator eingesetzt werden, um organische Chemikalien zu synthetisieren. Wichtig ist dabei vor allem der Wilkinson-Katalysator, durch den Alkene mit Wasserstoff hydriert werden können. Außerdem kann der Wilkinson-Katalysator zur Synthese der Aminosäure L-DOPA verwendet werden, sowie zur Herstellung von Aldehyden aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff durch Hydroformylierung. Ein anderer Rhodiumkomplex kann zur Herstellung von Essigsäure benutzt werden.
Rhodium verbindet sich zudem mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom und Iod. Die bekannteste Verbindung ist dabei Rhodiumtrichlorid, das als Katalysator bei der Reduktion, Polymerisation und Isomerisierung verwendet wird.

Rhodiumdiacetat wird ebenfalls als Katalysator verwendet, um aus Diazoverbindungen, die eine benachbarte Carbonylgruppe besitzen, Carbene herzustellen, aus denen Yliden und Cylopropane produziert werden können und die zudem für Insertionsreaktionen eingesetzt werden können.

Rhodiumsulfat (Rh2(SO4)3) wird zur Galvanisierung von Schmuck und Essbesteck verwendet, wodurch die Gegenstände eine Rhodiumbeschichtung erhalten.

Rhodium als Anlageform

Rhodium findet vorwiegend in der Industrie Anwendung. Es gibt nur wenige Anbieter von Rhodiumbarren, die erst seit 2012 hergestellt werden. Zu diesen zählen etwa die Hersteller Degussa und Baird & Co. Die von Baird & Co produzierten Rhodiumbarren sind vom London Platinum and Palladium Market (LPPM) zertifiziert.
Rhodiumbarren werden üblicherweise in Gewichten zu einer Unze, fünf Unzen und 100 Gramm angeboten. Außerdem werden leichter weiterzuverarbeitendes Rhodiumpulver und Rhodiumschwämme angeboten, meist zu 50 und 100 Gramm. Da der Rhodiumpreis stark von der Wirtschaftslage abhängig ist, ist er starken Schwankungen ausgesetzt und sehr volatil. Der Handel an den Rohstoffbörsen ist zudem gering. Der größte Teil des Handels findet zwischen Rhodiumproduzenten und der verarbeitenden Industrie statt. Es gibt jedoch einige Zertifikate und einen physisch besicherten Rhodium Exchange Traded Commodity (ETC).
Rhodium unterliegt in Deutschland einer Mehrwertsteuer von 19%.
Der Rhodiumverbrauch liegt über der jährlichen Produktionsmenge. Grund ist vor allem die verstärkte Verwendung von Rhodium in der Schmuckindustrie. So stieg der Preis von 475$ im Jahr 2003 auf 9700$ im Jahr 2008, fiel dann aber auf 1000$ zurück um sich danach langsam wieder zu erholen.

Vorkommen

Rhodium kommt sehr selten vor. Sein Anteil in der Erdkruste beträgt nur 1 part per Billion (ppb). Es findet sich vor allem in den USA, so in Stillwater in Montana und in Goodnews Bay in Alaska.

Rhodium kommt in elementarer Form stets in Gesellschaft anderer Metalle vor, vorwiegend mit Ruthenium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin und Gold.
In mineralischer Form kommt Rhodium in Bowiet, Genkinit und Miassit vor, die jedoch für die Platingewinnung nur eine untergeordnete Rolle spielen. Wichtige Vorkommen liegen in Südafrika, Kanada und Russland. Außerdem findet sich Rhodium auch in vielen mexikanischen Goldminen. Da Rhodium stets vergesellschaftet mit anderen Metallen auftritt, muss es zur Gewinnung bei der Erzverarbeitung von diesen abgetrennt werden.

Gewinnung

Da die Platinmetalle sich sehr ähnlich sind, ist es schwer, sie voneinander zu trennen, was die Gewinnung aufwendig macht. Rhodium wird aus dem Schlamm gewonnen, der sich bei der Produktion von Nickel und Kupfer bei der Elektrolyse an der Anode anlagert. Der Schlamm wird dazu in Königswasser gelöst, wobei Gold, Platin und Palladium gelöst werden. Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Silber und Silberchlorid bleiben hingegen ungelöst. Im nächsten Arbeitsschritt wird durch Zuführen von Hitze das Silberchlorid in Bleicarbonat und Salpetersäure zerlegt und auf dise Weise abgetrennt. Der nun zurückbleibende Rückstand wird zusammen mit Natriumhydrogensulfat geschmolzen, wodurch sich Rhodiumsulfat bildet, das mit Wasser ausgelaugt wird. Das nun gelöste Rhodium wird dabei mit Natriumhydroxid gefällt und liegt dann als Rhodiumhydroxid vor. Dieses wird sodann in Salzsäure gelöst und mit Natriumnitrit und Ammoniumchlorid ausgefällt, wodurch man (NH4)3[Rh(NO2)6] erhält. Um endlich elementares Rhodium zu erhalten wird schließlich daraus durch Digerieren mit Salzsäure (NH4)3[RhCl6] gebildet. Das zurückbleibende Wasser wird verdampft und das Rhodium durch Wasserstoff zu metallischem Pulver reduziert.

Außerdem fällt Rhodium auch bei der Kernspaltung von 235U an und kann aus den Brennelementen gewonnen werden. Da das so gewonnene Rhodium radioaktiv ist, ist die Möglichkeit seiner Verwendung jedoch begrenzt.

Insgesamt ist die Produktionsmenge von Rhodium sehr gering und beträgt jährlich nur wenige Tonnen. Der größte Produzent ist dabei Südafrika, gefolgt von Russland, Kanada und Simbabwe.