45. Rhodium (Rh) – Das teuerste Metall

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Heute reisen wir zu einem Element, das in seiner Stille fast unscheinbar wirkt und doch zu den begehrtesten Substanzen gehört, die der Mensch jemals aus der Erde gelöst hat. Rhodium, chemisches Symbol RH.

0:28 Ordnungszahl, 45 ein silberweißes Metall, das in seiner reinen Form so hell glänzt, dass es fast wie flüssiges Mondlicht erscheint, wenn man es poliert. Es gehört zur Gruppe der Platinmetalle, jener kleinen Familie von 6 Elementen, die sich im Periodensystem zusammenschmiegen wie eine verschworene Gemeinschaft.

0:52 Ruthenium, Rhodium, Palladium in der einen Reihe, Osmium, Iridium, Platin in der anderen. Sie teilen sich Eigenschaften, vorkommen und ein gemeinsames Schicksal in der Tiefe der Erde, und doch hat jedes von ihnen seinen eigenen Charakter, seine eigene Geschichte. Rhodium ist innerhalb dieser Familie das Geheimnisvollste, das seltenste, das teuerste.

1:21 Im Frühjahr 2021 erreichte Rhodium einen Höchststand von rund 29000 US Dollar pro Feinunze. Eine Feinunze entspricht etwa 31 Komma 100 500 Gramm zum Vergleich Gold lag zur selben Zeit bei etwa $1800 pro Feinunze, Platin bei etwa $1200 Rhodium war also ungefähr 16 mal so wertvoll wie Gold. Und 24 mal so wertvoll wie Platin. Wer ein Kilogramm Rhodium besaß, besaß einen Schatz im Wert von fast einer 1000000 US Dollar.

2:00 Und das alles bei einem Metall, von dem die meisten Menschen noch nie gehört haben, das in keinem Schmuckkasten prominent zu finden ist. Das niemand auf der Straße erkennen würde. Die Preisbildung folgt dabei einer eigenwilligen Logik, denn der Rhodiummarkt ist klein, eng, anfällig für Schwankungen. Jährlich werden weltweit nur etwa 30 Tonnen produziert, weniger als ein Hundertstel der Goldproduktion und ein winziger Bruchteil dessen, was die Eisenindustrie an einem einzigen Tag bewegt.

2:36 Die Geschichte des Rhodiums beginnt im Jahr 1803 in London. In einem Laboratorium, das heute kaum noch jemand kennt. Und doch wurden dort innerhalb weniger Monate 2 Elemente entdeckt, die das Periodensystem für immer prägen sollten. William Hyde Wallerstone, ein englischer Chemiker und Arzt, geboren 1766 in East Dirryham gestorben. 1828 in London war ein Mann von außerordentlicher Sorgfalt und einem Talent für das Praktische, das viele seiner theoretisch begabten Zeitgenossen nicht besaßen. Wolluston hatte zusammen mit seinem Freund und Geschäftspartner Smithson Tennant eine Möglichkeit gefunden, Platin so zu verarbeiten, dass es sich industriell nutzen ließ.

3:31 Bis dahin galt Platin als ein widerspenstiges Metall, das sich nur schwer schmelzen und formen ließ. Wollerstone entwickelte ein Verfahren der Pulvermetallurgie, das diese Hürde überwand und ihn zu einem der reichsten Wissenschaftler seiner Zeit machte. Bei der Untersuchung südamerikanischer Platin Erze, die aus den Flüssen Kolumbiens stammten und damals als das hochwertigste Rohmaterial der Welt galten, wurde.

4:01 Stieß er auf Rückstände, die sich nicht erklären ließen? Aus diesen Rückständen isolierte er ein neues Element, das beim Auflösen in Königswasser eine charakteristisch rosenrote Färbung hervorrief. Diese Farbe gab dem Element seinen Namen, abgeleitet vom griechischen Rhodon der Rose. Im selben Jahr und aus ähnlichen Rückständen isolierte Wollaston auch Palladium, das er nach dem damals frisch entdeckten Asteroiden Pallas benannte. Die Entdeckung des Rhodiums fiel in eine Zeit, in der das Periodensystem als geordnete Struktur noch gar nicht existierte, erst 66 Jahre später im Jahr 1869. Veröffentlichte Dimitri Mendelejew seine erste Tabelle der Elemente und Lothar Meier arbeitete unabhängig davon an einer ähnlichen Systematik.

5:02 Rhodium fand seinen Platz in der neunten Gruppe in der fünften Periode, eingebettet zwischen Ruthenium und Palladium. Seine Elektronenkonfiguration ist auf den ersten Blick ungewöhnlich, denn statt der zu erwartenden Anordnung mit 2 Elektronen in der äußersten Schale weist Rhodium nur ein einziges Elektron in der fünften Hauptschale auf.

5:27 Die Konfiguration lautet Krypton 4 d 85 s ersten dieses Phänomen, bei dem ein Elektron aus der S Schale in die d Schale wechselt. Tritt bei mehreren Übergangsmetallen auf und hängt mit der energetischen Stabilität halb oder vollständig gefüllter Orbitale zusammen. Bei Rhodium ist es eine besonders elegante Lösung, die dem Element seine spezifische Reaktivität verleiht, die physikalischen Eigenschaften des Rhodiums lesen sich wie ein Loblied auf die Beständigkeit er. Es hat einen schmelzpunkt von 1964 Grad Celsius, einen Siedepunkt von 3695 Grad Celsius, eine dichte von 12 komma 41 gramm pro Kubikzentimeter, was es etwa 55% Dichter macht als Eisen, aber leichter als Platin oder Osmium. Es ist hart, mit einer Mooshärte

6:32 von 6 Korrosionsbeständig oxidiert an Luft selbst bei Rotglut kaum, widersteht den meisten Säuren und löst sich nicht einmal in Königswasser, jener aggressiven Mischung aus Salzsäure und Salpetersäure, die selbst Gold zum Aufgehen bringt. Wer Rhodium auflösen will, braucht spezielle Verfahren, etwa eine Schmelze mit Natriumbisulfat oder den Aufschluss mit heißer Schwefelsäure unter Zugabe von Sauerstoff. Diese Resistenz ist einer der Gründe, warum Rhodium so wertvoll ist.

7:08 Denn ein Metall, das nicht angegriffen wird, ist ein Metall, das immer wieder verwendet werden kann. Und ein Metall, das seine Eigenschaften über Jahre und Jahrzehnte behält, ohne zu altern. Die Reflektivität des Rhodiums ist eine weitere seiner stillen Tugenden im sichtbaren Licht reflektiert es etwa 80% des einfallenden Lichts, und diese Reflexion bleibt über die Zeit stabil, weil sich keine matte Oxidschicht bildet wie bei Silber. Aus diesem Grund wurde Rhodium früher häufig zur Beschichtung von Spiegeln in optischen Instrumenten verwendet, in Mikroskopen, in Scheinwerfern, in wissenschaftlichen Apparaturen, bei denen es auf langfristige Stabilität ankam. Auch heute noch findet man

8:03 rhodiumbeschichtete Oberflächen in der hochwertigen Optik in der Schmuckindustrie als sogenannte Rhodinierung von Weißgold und Silber, die die Stücke vor dem Anlaufen schützt und ihnen einen besonders kühlen weißen Glanz verleiht. Wer einen Weißgoldring trägt, trägt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine hauchdünne Rhodiumschicht von etwa 0,05 Mikrometern auf der Oberfläche, eine Schicht, die.

8:31 Die nach einigen Jahren des Tragens abgenutzt sein kann und dann erneuert werden muss. Rhodium ist der wichtigste Bestandteil des 3 Wege Katalysators, jener kleinen Vorrichtung im Auspuffstrang von Benzinmotoren, die die Abgase reinigt, bevor sie in die Atmosphäre gelangen, etwa 80 bis 85% der weltweiten Rhodiumproduktion fließen in diese Anwendung. Im Katalysator übernimmt Rhodium die schwierigste Aufgabe. Die Reduktion der Stickoxide zu molekularem Stickstoff. Stickoxide, also Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, entstehen bei der Verbrennung in heißen Motoren, wenn Luftstickstoff und Luft Sauerstoff bei hohen Temperaturen reagieren.

9:18 Sie sind hochgiftig, tragen zur Bildung von bodennahem Ozon bei, schädigen Atemwege und Pflanzen, sind beteiligt an saurem Regen. Ohne Rhodium würden die Stickoxid Emissionen der Verbrennungsmotoren ein Vielfaches dessen betragen, was heute aus den Auspuffrohren strömt. Platin und Palladium die anderen beiden Edelmetalle im Katalysator übernehmen die Oxidation von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, rhodium aber ist der einzige praktikable Stoff, der die Stickoxide effektiv. Und bei den im Auspuff herrschenden Temperaturen zerlegen kann, und zwar in einem Bereich, der eng zwischen einer zu mageren und einer zu fetten Gemischzusammensetzung schwankt. Die Geschichte dieser Anwendung

10:11 ist mit der Geschichte des modernen Umweltschutzes verwoben. In den 70er Jahren des 20 Jahrhunderts wurden in den Vereinigten Staaten erstmals strenge Abgasgrenzwerte erlassen. Im Rahmen des Clean Air Act von 1970. Die Automobilindustrie stand vor der Aufgabe, Lösungen zu finden, und die Antwort kam in Form des Katalysators, der zunächst nur Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe Oxidierte.

10:42 Der 3 Wege Katalysator mit Rhodium wurde Ende der 70er Jahre eingeführt und gilt seit den 80er Jahren in den meisten westlichen Ländern als Standardausstattung. In Europa wurde er ab 1989 schrittweise vorgeschrieben, beginnend mit der Euro 1 Norm, die ab 1992 galt. Seitdem hat sich der Rhodiumverbrauch der Automobilindustrie zu einem zentralen Faktor des Weltmarkts entwickelt, mit allen Schwankungen, die ein so eng gekoppelter Markt mit sich bringt.

11:19 Die Vorkommen des Rhodiums sind geografisch extrem konzentriert, etwa 80% der Weltproduktion, stammen aus einem einzigen geologischen Komplex, dem Busch Weltkomplex in Südafrika. Diese gewaltige Intrusion magmatischen Gesteins, die sich vor etwa 2 Milliarden Jahren bildete, erstreckt sich über eine Fläche von rund 66000 Quadratkilometern und enthält die größten bekannten Reserven an Platinmetallen weltweit.

11:51 Die wichtigsten Erze sind dort der merensky Riff, das Upper Group 2 Reef und das Platreef, in denen die Platinmetalle in winzigen Konzentrationen vorkommen. Oft nur wenige Gramm pro Tonne Gestein daneben gibt es bedeutende Vorkommen in Russland, vor allem in der Region Norilsk in Sibirien, wo Rhodium als Nebenprodukt der Nickel und Kupfergewinnung anfällt.

12:18 Kleinere Mengen werden in Simbabwe, Kanada und den Vereinigten Staaten gefördert. Diese geographische Konzentration macht den Markt anfällig für Störungen, sei es durch politische Instabilität, Streiks in den südafrikanischen Bergwerken, Stromausfälle, die die energieintensive Förderung lahmlegen, oder durch Sanktionen gegen Russland.

12:44 Im Jahr 2020 führten Dubai Stromausfälle in Südafrika und Produktionsstörungen bei einem der größten Anbieter zu einem dramatischen Anstieg des Rhodium Preises, der innerhalb weniger Monate fast verdoppelt wurde. Die Gewinnung selbst ist ein technisches Wunderwerk und eine ökologische Herausforderung zugleich, aus einer Tonne Erz lassen sich oft nur wenige Hundertstel Gramm Rhodium gewinnen.

13:13 Das Gestein muss erst gemahlen, dann durch Flotation angereichert, anschließend geschmolzen und in mehrstufigen chemischen Verfahren aufgetrennt werden. Die Trennung der Platinmetalle voneinander ist besonders schwierig, weil sich ihre chemischen Eigenschaften ähneln. Klassische Verfahren beruhten auf einer Abfolge von Fällungen, Auflösungen, Filtrationen und Kristallisationen, die viele Wochen in Anspruch nehmen konnten.

13:42 Moderne Verfahren nutzen die Lösungsmittelextraktion, bei der die einzelnen Metalle nacheinander durch organische Komplexbildner aus wässrigen Lösungen entfernt werden. Auch die Ionenaustauscher Chromatographie spielt eine Rolle am Ende der Kette steht reines Rhodiummetall, oft in Form von Schwamm oder als Pulver, das für die jeweilige Anwendung weiterverarbeitet wird.

14:09 Ein bedeutender Anteil des heute verwendeten Rhodiums stammt nicht aus dem Bergbau, sondern aus dem Recycling. Alte Katalysatoren werden gesammelt, zerlegt und ihre Edelmetalle zurückgewonnen, etwa 30 bis 40% des jährlichen Rhodiumbedarfs wird heute aus solchen sekundären Quellen gedeckt. Diese Kreislaufwirtschaft ist ökologisch von erheblicher Bedeutung, denn die Gewinnung eines Kilogramms Rhodium aus dem Erz.

14:39 Erfordert das Bewegen und verarbeiten von Hunderten Tonnen Gestein und ist mit einem entsprechend hohen Energie und Wasserverbrauch verbunden. Das Recycling spart einen großen Teil dieses Aufwands ein und reduziert zugleich die Abhängigkeit von wenigen Förderländern. Die Wiedergewinnung erfolgt in spezialisierten Anlagen, in denen die keramischen Träger der Katalysatoren in starken Säuren.

15:05 Aufgeschlossen werden und die Edelmetalle in mehrstufigen Verfahren gereinigt werden. Auch Schmuckabfälle und Industrieschrott werden auf diesem Weg recycelt. Die chemische Reaktivität des Rhodiums ist trotz seiner Beständigkeit erstaunlich vielfältig, in seinen Verbindungen tritt es vorwiegend in den Oxidationsstufen plus 1 + 2 und plus 3 auf, wobei die Stufe plus 3 mit Abstand die häufigste ist. Rhodium 3 Chlorid rhc l 3 ist eine wichtige Ausgangsverbindung für die Herstellung anderer Rhodiumverbindungen, vor allem für die Synthese von Katalysatoren in der homogenen Katalyse.

15:50 In diesem Bereich hat das Element seine zweite große Karriere als Katalysator gemacht, neben der Anwendung im Autoabgaskatalysator, der ein heterogener Katalysator ist. In der homogenen Katalyse löst sich der Katalysator zusammen mit den Reaktionspartnern in einer flüssigen Phase und die Reaktionen können unter Mildbedingungen ablaufen, oft bei Raumtemperatur und Normaldruck.

16:20 Rhodiumkomplexe spielen hier eine herausragende Rolle, vor allem in der Hydroformülierung einer Reaktion bei der Olefine mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Aldehyden umgesetzt werden. Die wiederum wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung von Weichmachern, Detergenzien und anderen Chemikalien sind.

16:42 Die weltweite jährliche Produktion an Aldehyden über diesen Prozess liegt im Bereich von mehreren Millionen Tonnen. Und der Großteil davon wird mit Rhodiumkatalysatoren hergestellt. Auch die asymmetrische Hydrierung, eine der eindrucksvollsten Reaktionen der modernen organischen Chemie, wird mit Rhodiumkomplexen durchgeführt. Bei dieser Reaktion werden chirale Moleküle hergestellt, also Moleküle, die in 2 spiegelbildlichen Formen vorkommen können, von denen oft nur eine die gewünschte biologische Wirkung hat.

17:20 Die Pharmazie ist auf solche Verfahren angewiesen, weil viele Wirkstoffe nur in einer der beiden Formen wirksam oder verträglich sind. Der amerikanische Chemiker William S. Knowles erhielt im Jahr 2001 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zur asymmetrischen Hydrierung mit Rhodiumkatalysatoren, die in den 60er und 70er Jahren entwickelt wurden und die Grundlage für die industrielle Synthese von Eldopa legten, einem wichtigen Medikament gegen die Parkinsonsche Krankheit.

17:57 Noles teilte sich den Nobelpreis mit Riogi Noori und K. Barry Sharples, die ihrerseits Beiträge zur asymmetrischen Synthese geleistet hatten. Die Anwendung der Rhodiumkatalyse in der Pharmazie ist seitdem weiter ausgebaut worden und gehört zu den Standardwerkzeugen der industriellen Wirkstoffherstellung in der Glasindustrie spielt Rhodium ebenfalls eine wichtige Rolle.

18:24 Legierungen aus Platin und Rhodium werden für die Herstellung von Glasfasern verwendet, indem geschmolzenes Glas durch sogenannte Düsenplatten gepresst wird, die aus diesen Legierungen bestehen. Diese Platten müssen den extremen Temperaturen von über 1500 Grad Celsius widerstehen und dürfen das Glas nicht verunreinigen, Rhodium erhöht die Härte. Und die Beständigkeit gegen Verformung gegenüber reinem Platin auch in der Herstellung von hochwertigem Bildschirmglas in der Optik und in der Produktion spezieller Glasfasern für die Telekommunikation finden sich rhodiumhaltige Bauteile. Die Lebensdauer einer solchen Düsenplatte kann mehrere Jahre betragen und am Ende ihrer Nutzung wird das Material recycelt.

19:19 Weil der Materialwert allein die Wiederaufarbeitung wirtschaftlich macht. Eine weitere Anwendung findet sich in thermoelementen, Platin, Rhodium, Thermoelemente, oft mit 10 oder 13%. Rhodiumanteil werden für die Messung sehr hoher Temperaturen verwendet, in Hochöfen, in der Glasproduktion, in der Halbleiterindustrie, in.

19:44 Sie können Temperaturen bis etwa 1700 Grad Celsius zuverlässig messen und sind über lange Zeiträume stabil. Der Typ S mit 10% Rhodium ist seit Jahrzehnten ein internationaler Standard und wird unter anderem für die Definition der internationalen Temperaturskala verwendet. Die thermoelektrische Spannung, die zwischen einem Platin Rhodiumdraht und einem reinen Platindraht entsteht, ist so präzise reproduzierbar, dass sie als Referenz dient.

20:18 In der Schmuckindustrie wird Rhodium, wie bereits erwähnt, vor allem als Beschichtung verwendet, reiner Rhodiumschmuck ist äußerst selten, weil das Metall spröde ist und sich nur schwer in dünne Formen bringen lässt. Doch es gibt einige wenige Stücke aus massivem Rhodium, die zu den teuersten Schmuckobjekten der Welt gehören.

20:40 Ein berühmtes Beispiel ist eine rhodium Schmuck Kollektion, die das Guinness Buch der Rekorde Ende der 70er Jahre als wertvollste Stücke verzeichnete. Heute wird der Rhodiumglanz auch als Statussymbol genutzt, etwa in Form spezieller Editionen von Uhren und Schmuck. Deren Hülle aus Rhodium besteht oder Rhodiniert, ist. Auch wissenschaftliche Auszeichnungen wurden gelegentlich aus Rhodium gefertigt. Der amerikanische Sänger Paul MC Cartney etwa erhielt eine Rhodium beschichtete Schallplatte, weil eine goldene oder platinfarbene Auszeichnung den Verkaufsrekorden nicht mehr gerecht wurde.

21:25 Die toxikologischen Eigenschaften des Rhodiums sind im Vergleich zu vielen anderen Schwermetallen vergleichsweise unbedenklich. Metallisches Rhodium gilt als praktisch ungiftig, weil es vom Körper nicht aufgenommen wird und chemisch inert ist. Lösliche Rhodiumverbindungen wie das Rhodium 3 Chlorid können hingegen bei längerer Exposition reizend wirken und gelten als möglicherweise Sensibilisierend als. Also als Auslöser allergischer Reaktionen. Studien zur Karzinogenität existieren, sind aber wegen der seltenen Exposition begrenzt.

22:04 In der Umwelt findet sich Rhodium heute in messbaren Mengen, vor allem entlang von Autobahnen, wo Katalysatoren bei intensiver Nutzung kleinste Mengen Rhodium emittieren, die sich im Straßenstaub und in angrenzenden Böden anreichern. Die Konzentrationen liegen im Bereich von Nanogramm Programm Staub, sind also extrem niedrig, geben aber Hinweise darauf, wie weit die Spuren menschlicher Technik in die Umwelt hineinreichen. In den Sternen wird Rhodium auf eine Weise gebildet, die uns einen Blick in die größten kosmischen Ereignisse erlaubt, die schweren Elemente jenseits des Eisens entstehen nicht durch normale Sternfusion.

22:50 Weil die Fusion ab dem Eisen keine Energie mehr freisetzt, sondern verbraucht. Sie entstehen durch Neutroneneinfangprozesse, von denen es 2 wesentliche Varianten gibt, der langsame Neutroneneinfang der Essprozess läuft in den späten Phasen massereicher Sterne und insbesondere in sogenannten Roten Riesen ab und produziert vor allem stabile Isotope mit moderatem Neutronenüberschuss.

23:19 Der schnelle Neutroneneinfang der R Prozess läuft in Supernovae und vor allem bei der Verschmelzung von Neutronensternen ab und produziert die schwersten und neutronenreichsten Kerne. Rhodium entsteht zum großen Teil durch den S Prozess in den Atmosphären Sterbender Sterne, deren Materie dann durch Sternenwinde oder beim finalen Kollaps in den interstellaren Raum gelangt.

23:47 Dass wir heute Rhodium auf der Erde finden können, ist ein Erbe ferner Sternenexplosionen, die vor Milliarden Jahren stattgefunden haben, lange bevor unsere Sonne und ihre Planeten entstanden. Jedes Atom Rhodium in deinem Smartphone, in deinem Auto, in deinem Trauring, falls er aus Weißgold besteht, war einst Teil eines Sterns.

24:14 Und so legen wir das stille, silbrige Element nun zur Ruhe, schließen die Tür zu seiner Geschichte, atmen ruhig aus und nehmen den Gedanken mit, dass selbst die unscheinbarsten Dinge in unserer Welt eine Geschichte erzählen, die bis zu den Sternen reicht. Schlaf gut.