Паладій (англ. palladium, нім. Palladium n) — хімічний елемент. Символ Pd, номер у періодичній системі — 46, атомна маса — 106,4. Електронна конфігурація — [Kr] 4d10. Сріблясто-білий м'який і ковкий метал. Належить до платинових металів. Температура плавлення 1552 °C, кипіння — близько 2980 °C. Густина — 12,020 г/см3. Твердість за Брінеллем 480,05 ГПа, границя міцності при розтягненні — 181,42 МПа. Парамагнітний. У порівнянні з іншими платиновими металами менш стійкий до дії окисників. Паладій — рідкісний елемент, середній вміст у земній корі 1,3·10−6 % (за масою), в кам'яних метеоритах — 1·10−4 %. У природі паладій міститься в самородній платині, утворюючи з нею неврегульований твердий розчин.
| 46 | Паладій |
Pd 106,42 | |
| 4d10 |
Історія Редагувати
У 1800 році Вільям Волластон, разом з Смітсоном Теннантом, що надав фінансування, закупили 6000 унцій (близько 170 кілограм) платини. Їх метою було навчитися очищувати платину для подальшого продажу, для чого вони розчиняли її у царській воді і осаджували її хлоридом аммонію. На той час вже було відомо, що при розчиненні платини у царській воді лишається чорний залишок, що вважався графітом. Теннант почав досліджувати цей осад, що призвело його до відкриття осмію і іридію, тоді як Волластон зосередився на самому розчині.
Намагаючись виділити максимальну кількість платини з розчину, Волластон повторно обробив розчин цианідом ртуті[en]. Платина, що була отримана з осаду відрізнялася від тієї, що була отримана при обробці нашатирем. Колір отриманого металу був значно жовтішим. Більш того, при спробі знов додати царську воду, частина металу лишилася нерозчиненою . Досліджуючи залишок, Волластон встановив, що він складається з свинцю, заліза, міді і невідомого металу. У квітні 1802 році він зміг виділити цей метал і встановити його питому вагу.
У перших записах, що стосуються паладію Волластон позначає його C, що, ймовірно, означає цереріум, на честь відкритої у 1801 році Церери, але потім схиляється до назви паладій, на честь відкритого у березні 1802 року наступного астероїду, Паллада, що, в свою чергу, названий на честь Паллади, одного з епітетів богині Афіни. За оцінкою Волластона, паладій становив близько 0,5 % від початкової маси платини. Пізніше він виявив у розчині ще один новий елемент, родій .
Незвичною є історія повідомлення про відкриття нового елементу. На той час вже існувала усталена практика статей у наукових журналах, через які вчені обмінювалися інформацією, проте про паладій вони дізналися іншим чином. У квітні 1803 кільком лондонським хімікам прийшли оголошення про нововідкритий метал, «паладій або нове срібло», зразок якого можна купити у Якова Фостера, торговця мінералами. Фостер в цей час був у закордонному відряджені, і його дружина, що вела в цей час справи, могла лише розказати про невідомого їй чоловіка, що передав містеру Фостеру шматки металу, і попросив допомогти з їх реалізацією. Уся ця історія викликала велику недовіру у науковому суспільстві, і багато вчених сумнівалося, що новий елемент справді було відкрито. Так, Річард Ченевікс[en] викупив зразки паладію, і після дослідження заявив, що насправді новий метал є сплавом платини і ртуті. Проте, інші хіміки не змогли повторити його експерименти, і сполуки платини і ртуті, які вони отримували, мали зовсім інші властивості.
На початку 1804 року видання «Журнал натурфилософії, химії і мистецтв» надрукувало об'яву про винагороду у 20 фунтів для того, хто зможе виготовити паладій штучно. Нагорода так і не була отримана. Нарешті, у липні 1804 року Волластон розкрив, що це він з самого початку створив і історію з Фостером і з винагородою. Причиною цього, ймовірно, було те, що Волластон не хотів розкривати подробиці хімічних процесів, які він використовував для очищення платини допоки його бізнес з виготовлення платинового хімічного посуду не набере обертів. У 1805 він опублікував статтю, де описувався спосіб отримання паладія і родія.
Втім, заява Волластона підтвердила до кінця гіпотезу про елементарність паладію, адже сполука платини з ртуттю могла утворитися у платинових рудах і природним чином. У 1809 році американський металург Джозеф Клауд[en] зміг отримати паладій зі зразка бразильської золотої руди, тим самим остаточно підтвердивши його елементарну природу.
Розповсюдження та отримання Редагувати
Існують два типи родовищ, з яких добувають паладій: корінні, де він входить до складу мінералів, і розсипні, які утворюються при руйнуванні корінних. У розсипних родовищах паладій може знаходитися у самородному вигляді. Паладій — єдиний метал платинової групи, окрім власне платини, що зустрічається у самородному вигляді, хоча і дуже рідко. Більша частина паладію добувається як побічний продукт нікелевих і мідних руд, або разом з платиною у її розсипних покладах. У паладиїстій платині частка паладію може досягати 40 %, в паладистій станоплатині 17—21 %, в поліксені — до 6 %, в фероплатині — до 13 %, в іридистій платині — до 4 %.. Загалом відомо кілька десятків мінералів, що містять паладій. Найпоширенішими є сульфіти (брегіт, висоцькіт), оксиди (паладит), арсеніди (стілвотеріт[en]), антимоніди (генкініт, ізомертііт), бісмутати (фрудіт), телуриди (котульскіт), сплави з ртуттю (потарит), оловом (станопаладініт, рустенбургіт, атокіт), свинцем (звягінцевіт).
Всі мінерали паладію утворюються на великих глибинах при високих температурах і тиску. Паладій зустрічається у вигляді домішки у сульфідах і силікатах ультраосно́вних і осно́вних порід. Підвищена концентрація паладію спостерігається в манґанових рудах і фосфоритах.
Майже весь світовий паладій добувається в двох країнах — Росії і ПАР (у 2018 році 40 % і 32 % відповідно). Також помітну кількість паладію видобувають у Канаді, США і Зімбабве. Загалом у 2018 році було видобуто 210 тонн паладію. Також значними є об'єми повторного використання паладію.
У паладієвмісні руди збагачуються шляхом пінної флотації, після чого переплавляються у електропечах і конвертерах, завдяки чому з руди видаляються сірка, залізо. Після виплавки з руди основного металу (мідь, нікель), паладій і інші метали платинової групи лишаються у шламах.
Для добування паладію зі збагачених шламів, розсипної платини, лому благородних металів застосовують афінаж. Першим етапом є розчинення сировини у суміші нітратної і хлоридної кислоти, після чого з суміші осаджують платину хлоридом амонію. З залишку паладій осаджують аміаком при нагріванні. При цьому випадає в осад сіль Вокелена, яка розчиняється у аміаку, утворюючи розчин тетраамінхлориду паладію ([Pd(NH3)4]Cl2). Після додавання в останній хлоридної кислоти, в осад випадає паладозамін (Pd(NH3)2Cl2), прожарюючи який у тиглі і відновлюючи після цього окис паладію воднем можна отримати губчатий технічний паладій.
Застосування Редагувати
Каталізатори Редагувати
У 2018 році близько 80% усього паладію в світі використовувалося для виробництва автомобільних каталізаторів. Паладій у них використовується для каталізації окисних реакцій: доокиснення монооксиду вуглецю в діоксид, а також для перетворення вуглеводнів на воду і вуглекислий газ. Один автомобільний каталізатор містить кілька грамів металів платинової групи (до 15 для вантажівок), а співвідношення їх кількості залежить від режиму роботи двигуна, палива і цін на ці метали.
За останні десятиліття норми по викидам токсичних речовин автомобілями стали значно жорсткішими, тому для виробництво каталізаторів потребує все більше і більше платини і паладію.
Також паладій каталізує велику кількість інших реакцій органічної хімії. Для каталізу, переважно, використовується чистий паладій, або ж паладій у ступені окиснення 0. Велика кількість реакцій сполучення та кросс-сполучення[en](реакція Гека, реакція кроскопуляції Бухвальда — Гартвіга, копуляція Стілле, реакція Судзукі і багато інших) каталізуються паладієм. Іншими класами реакцій, де паладієві каталізатори широко використовуються є карбонілювання арилів, аліляція нуклеофілів, гідрогеноліз алільних сполук, гідрометилювання аленів тощо.
У 2018 році 8% паладію було використано як каталізатори у хімічній промисловості
Медицина Редагувати
У амальгами[en] для пломб додають до 5% паладію для корозієстійкості, а також задля здешевлення у матеріал для золотих пломб (паладій більш легкий, тому той самий його об'єм легший, ніж золото). Близько 5% паладію у 2018 році використано таким чином.
Ізотоп паладій-103 використовується у брахітерапії[en].
Паладій застосовується у вимірювачах тиску, вимірювачах рівня глюкози, для знезараження, для синтезу деяких ліків, для виготовлення хірургічних інструментів.
Карбування монет Редагувати
Першу паладієву монету було випущено у 1966 році у Сьєрра-Леоне. Наступного року таку монету випустили у Тонга. Також паладієві монети випускали Австралія, Бермудські Острови, Британські Віргінські Острови, Канада, Китай, Острови Кука, Франція, Острів Мен, Малаві, Польща, Португалія, Росія, Самоа, Словаччина, Нова Зеландія, СРСР, США. Більшість цих монет є інвестиційними.
Ювелірна справа Редагувати
Сплав золота і паладію ("біле золото") використовується для виготовлення прикрас. У 2018 році 4% паладію було використано таким чином.
Електротехніка Редагувати
Паладій використовується у багатошарових керамічних конденсаторах, гібридних інтегральних схемах, для плакування електронних плат.
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Palladium |
Примітки Редагувати
- A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
- The Discovery of Iridium and Osmium(англ.)
- ↑ On the Discovery of Palladium; With Observations on Other Substances Found with Platina(англ.)
- Emsley, 2003, с. 306.
- Usselman, 2015, с. 113.
- McDonald, Hunt, 1982, с. 155.
- ↑ Palladium; or, New Silver(англ.)
- Палладий: факты и фактики(рос.)
- ↑ Добыча палладия(рос.)
- [1]
- Platinum Group Elements (англ.)
- Platinum-Group Metals Statistics and Information [ 2019-06-18 у Wayback Machine.](англ.)
- Процесс добычи и обогащения палладия(рос.)
- Подальший опис відноситься до середини 20 століття, тому не є актуальним для промислового добування металу, проте подібний процес все ще активно використовується для кустарного афінажу
- Звягинцев, 1945, с. 142.
- ↑ Palladium consumption worldwide in 2018, by industry (англ.)
- What Materials are Used in Catalytic Converters?(англ.)
- Tsuji, 2004, с. 2.
- Tsuji, 2004, с. 109.
- Tsuji, 2004, с. 265.
- Tsuji, 2004, с. 438.
- Tsuji, 2004, с. 485.
- Tsuji, 2004, с. 532.
- Palladium in Restorative Dentistry(англ.)
- Palladium’s uses in health care [ 2017-09-07 у Wayback Machine.](англ.)
- Palladium Coin Catalog 2010[недоступне посилання](англ.)
- Electronic Components(англ.)
Література Редагувати
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- Melvyn C. Usselman. Pure Intelligence: The Life of William Hyde Wollaston. — Chicago : University of Chicage press, 2015. — 424 с. — ISBN 9780226245874.
- Donald McDonald, Leslie B. Hunt. A History of Platinum and its Allied Metals. — London : Johnson Matthey Plc, 1982. — 450 с. — ISBN 9780905118833.
- John Emsley. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. — London : Oxford University Press, 2003. — 538 с. — ISBN 9780198503408.
- О.Е. Звягинцев. Аффинаж золота, серебра и металлов платиновой группы. — М. : Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1945. — 244 с.
- Jiro Tsuji. Palladium Reagents and Catalysts: New Perspectives for the 21st Century. — Chichester : Wiley, 2004. — 670 с. — ISBN 9780470850329.