Rhodium

En 1803, Wollaston a fait une découverte capitale en isolant le palladium et le rhodium à partir de minerais de platine originaires de Colombie, en Amérique du Sud. En éliminant l’osmium des restes de production, une « liqueur jaune » a été obtenue en ajoutant de l’eau chaude. Cette liqueur contenait principalement des platinoïdes tels que l’iridium ainsi que du rhodium, du ruthénium et parfois du platine en quantité variable selon les échantillons.

Pour faire tomber les platinoïdes de cette liqueur, il est possible d’utiliser du sel ammoniac ou du chlorure d’ammonium. Cependant, le rhodium ne peut être isolé avec ces produits. Le processus pour l’obtention de la forme élémentaire du rhodium consiste à faire passer du gaz dihydrogène sur la liqueur après évaporation de l’eau. Pour obtenir des cristaux de rhodium relativement purs, il est important de filtrer le rhodium afin d’éliminer les impuretés telles que le fer ou le cuivre, qui peuvent afficher une couleur rouge foncé, et de réaliser un lavage final avec de l’acide nitrique ou de l’acide chlorhydrique.

Une petite partie du rhodium se retrouve dans le chlorure de ruthénium et d’iridium, et  nécessite une réduction au rouge par le gaz dihydrogène pour obtenir l’éponge de métal platinoïde. Cette dernière est fondue avec du plomb pour séparer les cristaux indésirables de rhodium, de platine et de platine rhodié. Pour récupérer les composés de rhodium et de platine, de l’acide nitrique doit être ajouté au plomb fondu. Le rhodium est ensuite isolé sous forme de sulfate de rhodium grâce à l’acide sulfurique, tandis que le platine est séparé sous forme de complexes hexachloroplatinates grâce à l’eau régale.

Isotopes du rhodium

La masse atomique standard du rhodium est de 102,905 50 u. Cet élément chimique dispose de 34 isotopes différents, dont les nombres de masse varient entre 89 et 122, ainsi que 22 isomères nucléaires. Néanmoins, il est important de préciser que seul un isotope est stable, à savoir le ¹⁰³Rh, qui représente l’intégralité du rhodium naturel. Cette particularité fait du rhodium un élément monoisotopique et mononucléidique.

Présence du rhodium dans les milieux naturels, la minéralogie et la géologie

Le rhodium est un élément rare du groupe des platinoïdes, présent dans la croûte terrestre à une concentration de 0,001 g/t ou 0,001 ppm, ce qui en fait l’un des métaux les plus rares au monde. Le rhodium est également présent dans certaines météorites, ce qui suggère une origine cosmique. Le rhodium brut, correspondant au corps simple métallique, est exceptionnellement rare, mais elle est plus connue sous forme de rhodite qui est un alliage d’or et de rhodium. La production annuelle mondiale de rhodium est faible, avec seulement 12 tonnes dans les années 1990 et 20 tonnes en 2010, principalement récupérées au cours du traitement d’autres minerais. Les principales sources de production se situent en Afrique du Sud et en Russie. Il est extrait laborieusement des gangues minérales où il est associé au palladium, à l’argent ou au platine. En raison de sa rareté et de sa valeur, il figure dans la liste des métaux les plus chers au monde.

Propriétés physiques et chimiques du rhodium

Le rhodium est un métal blanc brillant et argenté, avec une structure cristalline CFC (cubique à faces centrées). Il possède une forte réflectivité – bien que moins importante que celle de l’argent. Le rhodium est moyennement dur et affiche une résistance accrue à la corrosion, grâce à son inertie thermochimique. Il est facile à travailler avec une torche à fusion propane-oxygène. Le rhodium compact est insoluble dans les acides forts, mais ils se dissolvent facilement dans l’acide sulfurique ou l’eau régale sous forme de poudre fine appelée noir de rhodium. Il est également soluble dans les sels alcalins fondus et les bains de cyanures fondus, et possède des propriétés catalytiques similaires à celles du platine. En outre, le rhodium est bactéricide et peut détruire les germes.

Composition chimique du rhodium

Le rhodium a deux oxydes stables connus : le dioxyde de rhodium, RhO₂, et le sesquioxyde de rhodium, RhO₃. Ses valences les plus courantes sont de II à VI. Il peut former plusieurs fluorures avec une valence allant de III à VI, tels que le RhF₃, RhF₄, RhF₅ et RhF₆, similaire aux composés analogues du ruthénium. Le trichlorure de rhodium, le tribromure de rhodium et le triodure de rhodium sont les principaux halogénures de rhodium. En plus des composés mentionnés précédemment, il existe également le nitrate de rhodium Rh(NO₃)₃ et le sulfate de rhodium Rh₂(SO₄)₃. Il peut aussi former des complexes avec divers composés tels que les carbonyles, les oléfines et l’acétylacétone. Des sulfures, des séléniures et des tellurures simples, tels que RhS₂, Rh₂S₃ ou Rh₂S₇, RhSe₂ et RhTe_2, sont aussi connus.

Différentes utilisations du rhodium

Le rhodium est un élément chimique polyvalent en raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques, ce qui explique sa large utilisation dans de nombreux domaines.

Le platine, le palladium et le rhodium sont souvent présents dans les catalyseurs dans les voitures à essence, qui représentent environ 80 % de la production mondiale. Outre leur utilisation dans les systèmes de contrôle des émissions des véhicules, ces catalyseurs sont aussi couramment exploités dans l’industrie chimique pour faciliter les réactions chimiques et pour générer de la chaleur. Le rhodium est employé comme catalyseur pour faciliter la liaison de l’hydrogène lors de certaines réactions chimiques.

En qualité de couche de protection pour les contacts électriques, le rhodium est résistant à la corrosion et à l’usure. Il est ainsi parfait pour les pyromètres de précision et les thermocouples qui mesurent les températures élevées. Il sert également de matériau d’anode pour certains tubes à rayons X dans le domaine de la spectrométrie de fluorescence. Les miroirs de projecteurs tels que les projecteurs de cinéma et les miroirs astronomiques sont également enduits de rhodium.

Nocivité du rhodium

Les composés du rhodium, comme ceux des autres métaux du groupe du platine, peuvent être dangereux pour la santé et l’environnement, et peuvent causer le cancer. Cependant, des tests réalisés sur des organismes aquatiques appelés daphnies ont montré que le rhodium était moins toxique que le platine et le palladium. La dose de rhodium nécessaire pour tuer 50 % des daphnies en 48 heures est plus élevée que celle requise pour le platine et le palladium. En outre,  la durée d’exposition peut aggraver l’effet toxique de ces métaux. Ils se retrouvent dans l’environnement, rejetés notamment par les pots catalytiques des voitures, et s’accumulent dans les sédiments des lacs, mares et cours d’eau. Une étude a été menée pour évaluer les effets de ces métaux sur la croissance, la fertilité et la reproduction en utilisant le nématode Caenorhabditis elegans. Selon les résultats de cette recherche, le palladium était le plus toxique, suivi du platine, puis du rhodium qui est le moins toxique des trois. Ce résultat confirme ce qui a été évoqué précédemment.

Les nanoparticules de métaux, tels que l’argent, l’or, le platine, le palladium et le rhodium, sont de plus en plus présentes dans l’environnement. Cela s’explique par leurs propriétés utiles pour l’industrie, telles que la catalyse, la fonctionnalisation de surface et l’optoélectronique. Des recherches ont montré que ces métaux peuvent avoir des effets toxiques sur les cellules humaines. Les moules, qui filtrent l’eau, sont les premiers à être exposés à ces métaux, en particulier le rhodium qui peut agir en synergie avec d’autres métaux toxiques ou catalytiques. Les experts recommandent de travailler sur l’ensemble des métaux du groupe du platine, plutôt que sur le rhodium seul, qui proviennent de la pollution automobile. Cela permettrait de mieux comprendre les risques associés à l’exposition à ces métaux pour l’environnement et la santé humaine.

Le rhodium sous forme de métal massif n’est pas considéré comme dangereux. En revanche, sous forme dissoute, de poudre fine, d’aérosols ou de nanoparticules, il peut nuire à la santé et à l’environnement. Ces dernières sont particulièrement néfastes quand elles sont en contact avec l’air, l’oxygène ou les gaz halogènes. En effet, cette explosion peut avoir des effets toxiques sur la peau et les muqueuses nasales. Des études ont montré que les nanoparticules de rhodium peuvent agresser la peau et altérer sa couleur de manière permanente, en particulier en présence de blessures ou de sueur ayant un pH acide. Cela peut même aller jusqu’à des nécroses locales et des irritations nasales.

Évolution et commercialisation du rhodium

En mai 2008, le prix du rhodium a connu une augmentation remarquable, atteignant 9 900 $ l’once Troy (31,103 5 grammes) ou 300 000 $ le kilogramme, d’après les données de The Bullion Desk. Le prix a été multiplié par dix en seulement quatre ans. Cette hausse était principalement due à la forte demande pour le rhodium, connu pour ses propriétés catalytiques. Les capacités uniques des métaux du groupe du platine, dont le rhodium fait partie, leur permettent d’oxyder les polluants gazeux et de les transformer en composés inoffensifs. Cette technologie est cruciale pour réduire les émissions de gaz nocifs provenant des pots d’échappement.

En 2014, la France était la principale importatrice de rhodium, avec un prix moyen d’importation de 23 € par gramme, selon les douanes françaises. En 2021, le prix du rhodium oscillait entre 12 350 et 29 800 dollars l’once. Cette fluctuation de prix peut être attribuée à plusieurs facteurs, notamment l’offre et la demande du marché mondial, les variations des coûts de production et les fluctuations des taux de change. En mai 2022, on estimait que l’offre mondiale de rhodium s’élevait à environ 644 000 onces.