Палладий — химический элемент, металл. Атомный номер – 46. Атомная масса – 106,42(1) а.е.м.. Обозначается символом Pd (от лат. Palladium).
Элемент относится к переходным металлам и к благородным металлам платиновой группы (лёгкие платиноиды). Палладий является самым легким элементом платиновой группы, одним из четырех драгоценных металлов, подлежащих клеймению.
Простое вещество палладий при нормальных условиях — пластичный металл серебристо-белого цвета.
Металл назван по имени астероида Паллада, открытого немецким астрономом Ольберсом в 1802 году, незадолго до открытия палладия. В свою очередь, астероид назван в честь Афины Паллады из древнегреческой мифологии.
Палладий или Палладиум — упавшее с неба легендарное деревянное изображение Афины Паллады. Согласно прорицанию Гелена (сына Приама), Троя останется несокрушимой, пока в её стенах хранится этот талисман. По легенде, Троя пала лишь после того, как Одиссей и Диомед во время ночной вылазки выкрали Палладий.
Физические свойства
Палладий — переходный металл. При нормальных условиях образует кристаллы серебристо-белого цвета кубической сингонии, пространственная группа Fm3m, параметры ячейки a = 0,38902 нм, Z = 4, структурный тип меди.
Палладий пластичен, микродобавки никеля, кобальта, родия или рутения улучшают механические свойства Pd, повышают твёрдость.
В воде нерастворим. Плотность — 12,02 (20°C, г/см³); в особых условиях образует коллоидный палладий и палладиевую чернь. Температура плавления — 1554°C, температура кипения около 2940°C. Теплота плавления — 16,7 кДж/моль, теплота испарения 353 кДж/моль. Удельная теплоёмкость при 20°C — 25,8 Дж/(моль·К), удельное электрическое сопротивление при 25°C — 9,96 мкОм/см; теплопроводность — 75,3 Вт/(м·К). Твёрдость по Виккерсу 37…39. Твёрдость по Бринеллю 52 кгс/мм².
Температурный коэффициент линейного расширения 1,17·10−5 К−1 (в диапазоне 0…100°С).
Коэффициент поверхностного натяжения жидкого палладия при температуре плавления равен 0,015 Н/см.
Палладий является парамагнетиком; его магнитная восприимчивость равна +5,231·10−6 (при +20°C).
Активно поглощает водород, образуя твёрдые растворы (до 900 объёмов водорода на один объём Pd), при этом увеличивается постоянная решётки. Водород удаляется из палладия при нагревании до 100°C в вакууме.
Химические свойства
Палладий является наиболее химически активным из платиновых металлов.
При комнатной температуре палладий реагирует с царской водкой, с влажными хлором и бромом. Реагирует с горячими концентрированными серной и азотной кислотами, в отличие от других платиновых металлов. Может быть переведён в раствор анодным растворением в соляной кислоте. При нагревании реагирует со фтором, серой, селеном, теллуром, мышьяком и кремнием. Окисляется при сплавлении с гидросульфатом калия, взаимодействует также с расплавом пероксида натрия. При нагревании на воздухе устойчив до ~300°C и выше 850°C. В диапазоне 300-850°C тускнеет ввиду образования плёнки оксида палладия PdO, который при более высокой температуре разлагается.
Металл не реагирует с водой, разбавленными кислотами, щелочами, раствором аммиака.
Изотопы
Природный палладий состоит из шести стабильных изотопов: 102Pd (1,00%), 104Pd (11,14%), 105Pd (22,33%), 106Pd (27,33%), 108Pd (26,46%) и 110Pd (11,72%). Наиболее долгоживущий искусственный радиоактивный изотоп 107Pd (Т1/2 7·106 лет).
История открытия
В 1803 году известный лондонский торговец минералами Форстер получил анонимное письмо с просьбой попытаться продать небольшое количество нового химического элемента — «палладия», слиток которого прилагался к письму. Неизвестный металл был выставлен на продажу и привлёк всеобщее внимание, а среди английских химиков разгорелись споры: является ли металл действительно новым химическим элементом или это сплав ранее известных металлов.
В целях разоблачения “мошенничества”, химик Ричард Ченевикс купил слиток палладия и вскоре выступил с докладом перед членами Лондонского Королевского общества, где объявил, что вещество — всего лишь сплав платины с ртутью. Секретарь Королевского общества химик Уильям Хайд Волластон публично усомнился в выводах Ченевикса, так как другим химикам не удалось выделить в этом «сплаве» ни платины, ни ртути.
Споры вновь обострились, а когда они стали стихать, в научном журнале Nicholson’s Journal появилось анонимное объявление, что любому, кто в течение года сможет изготовить искусственный палладий, будет выплачена награда в 20 фунтов стерлингов. Интерес к металлу вновь подскочил, но никому так и не удалось его “изготовить”.
В 1804 году Уильям Волластон доложил Королевскому обществу, что в платиновой руде из Южной Америки он обнаружил новые ранее неизвестные металлы — палладий и родий. Стремясь очистить выделенную из руды «сырую» платину от примесей золота и ртути, он растворял её в царской водке, а затем осаждал её из раствора нашатырём. Оставшийся раствор имел розовый оттенок, что было невозможно объяснить присутствием золота и ртути. Добавление в раствор цинка привело к выпадению чёрного осадка. Волластон обнаружил, что если попытаться растворить этот высушенный осадок царской водкой, то часть его растворяется, а часть — нет. После разбавления раствора водой Волластон добавил в него цианид калия, что привело к обильному выпадению осадка уже оранжевого цвета, который при нагревании сначала приобрёл серый цвет, а затем сплавился в капельку металла — палладия, который по удельному весу был меньше ртути. Из оставшейся нерастворённой части осадка им был выделен другой металл — родий.
В феврале 1805 года в Nicholson’s Journal было опубликовано открытое письмо Волластона, в котором он признался, что скандальная шумиха вокруг палладия — дело его рук. Именно он пустил в продажу новый металл, и он же дал анонимное объявление с обещанием премии за его искусственное изготовление, уже располагая доказательством, что палладий — это новый металл.
Нахождение в природе и добыча
Палладий – один из наиболее редких элементов в земной коре. Его кларковое число составляет 1·10−6%. Металл встречается в самородном виде (аллопалладий), в виде интерметаллических минералов (палладистая платина, станнопалладинит и др.) и других соединений (палладит, брэггит и др.). Всего известно около 30 минералов палладия. Палладий сопровождает другие платиновые металлы, его содержание в смеси платиноидов в различных месторождениях колеблется от 25 до 60%. По Гольшмидтовской геохимической классификации элементов, как и все платиноиды, относится к сидерофилам, то есть обладает сродством к железу и концентрируется в ядре Земли.
Добыча палладия осуществляется на коренных и россыпных месторождениях. В коренных месторождениях металл входит в состав минералов и добывается как побочный продукт при обработке никелевых или медных руд. Рассыпные месторождения представляют собой разрешенные коренные залежи руды, где Pd высвободился и накопился в виде самородков.
Добыча палладия на россыпных месторождениях занимает около 2% от мирового производства объема элемента. Крупнейшие из них находятся в уральских и дальневосточных районах России, в Канаде, США, Австралии и Колумбии. Остальные 98% Pd извлекаются из недр земли на коренных месторождениях медно-никелевых, платиновых и хромовых руд.
Мировыми лидерами по добыче палладия на таких месторождениях являются Россия и ЮАР. Безоговорочное первое место среди добывающих предприятий отрасли занимает ГМК «Норильский никель», производящий более 40% мировых объемов Pd. Металлургический комбинат извлекает металл как побочный элемент при добыче основных своих продуктов – меди и никеля. Среди добывающих активов «Норильского никеля», имеющих потенциал запасов палладия, выделяются месторождения на полуострове Таймыр – Талнахское, Октябрьское и Норильск-1. Крупнейшее известное месторождение палладия (не разрабатываемое) находится на территории Кольского полуострова в Федорово-Панском интрузивном массиве (Мурманская область) .
Получение
Палладий получают главным образом при переработке сульфидных руд никеля, серебра и меди. Около 10% мирового производства составляет восстановление металла из вторичного сырья.
Из раствора смеси благородных металлов в царской водке после осаждения золота и платины осаждают дихлородиамминпалладий Pd(NH3)2Cl2, очищают его перекристаллизацией из аммиачного раствора HCl, разлагают до порошкообразного палладия прокаливанием в восстановительной атмосфере, после чего переплавляют.
Восстанавливая растворы солей палладия, получают палладиевую чернь — мелкокристаллический порошок палладия.
Компактный металлический палладий получают также электроосаждением из нитритных и фосфатных кислых электролитов.
Применение
Палладий – самый доступный драгоценный металл платиновой группы. Это качество является пропускным билетом для его использования во всех отраслях. Стоимость металла в сравнении с некоторыми другими драгоценными металлами ниже, при том же наборе полезных свойств, востребованных во многих сферах промышленности.
Физические и химические свойства палладия позволяют широко использовать его в химической промышленности и электронике, а принадлежность к числу драгоценных материалов – в качестве ювелирного сырья.
По объемам применения палладий опережает все остальные металлы платиновой группы.
Главным потребителем является автомобильная индустрия. Концерны и компании, выпускающие автотранспортную технику, используют 65% добываемого металла. В этой отрасли почти весь палладий уходит на производство катализаторов. Он образует на их внутренней поверхности тонкое напыление, способное очищать автомобильные выхлопы.
Каталитические свойства палладия ценятся и в химической промышленности. Этот металл является ускорителем различных реакций и процессов. С его помощью происходит синтез многих органических соединений. Палладиевые катализаторы – отличные очистители водорода и кислорода от лишних компонентов. Драгоценный металл является исходным материалом для изготовления химической посуды и аппаратуры. Химическая промышленность потребляет 5% общемировой добычи палладия.
15% палладия уходит на электронную промышленность. Здесь металл наносится на электрические контакты с целью улучшения их коррозионной устойчивости. Сплавы палладия с родием, золотом и платиной используются для изготовления термопар и терморегуляторов. В соединении с серебром металл применяется для изготовления контактов.
Сплавы палладия применяются также и в традиционной медицине. Они незаменимы в зубоврачебной практике, в челюстно-лицевой хирургии, в изготовлении кардиостимуляторов и хирургических инструментов. Палладий также является металлом, способным вернуть здоровье. Его лекарственные формы наряду с платиной убивают раковые клетки и избавляют от онкологических заболеваний. При этом палладий обладает более низкой токсичностью, чем платина. Доля палладия, применяемого в медицинской отрасли, составляет 5%.
В ювелирном производстве металл больше применяется в виде добавок к другим драгоценным металлам. В сплаве золото благодаря палладию получает белую окраску. Драгоценный палладий в состоянии придать белый цвет шестикратному количеству золота. Украшения из палладия также изготавливаются. Сплав 950 пробы содержит 95% палладия и 5% рутения. Изделия из палладия имеют изысканный вид и отличаются более низкой стоимостью, чем традиционное белое золото. Кроме того ювелирная отрасль использует сплавы палладия с индием, принимающий различную окраску от золотистого цвета до сиреневого.
Около 5% благородного металла находит свое применение как инвестиционный продукт. Палладий можно купить и продать на биржах, можно открыть металлический палладиевый счет в банке и т.п.
Потребление палладия в 2007 году составило в автомобильной промышленности 107 тонн, в производстве электроники — 40 тонн, в химической промышленности — 12 тонн.
Поставки палладия в мире в 2007 году составили 267 тонн (в том числе Россия — 141 тонна, ЮАР — 86 тонн, США и Канада — 31 тонна, прочие страны — 9 тонн).