Pal·ladi (element)

element químic amb nombre atòmic 46

El pal·ladi és l'element químic de símbol Pd i nombre atòmic 46. És un metall de transició del grup del platí, bla (en el sentit de poc dur), dúctil, mal·leable i poc abundant. S'assembla químicament al platí i s'extrau d'algunes menes de coure i níquel. S'empra principalment com catalitzador i en joieria.

Pal·ladi
46Pd
rodipal·ladiplata
Ni

Pd

Pt
Aspecte
Blanc platejat



Línies espectrals del pal·ladi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Pal·ladi, Pd, 46
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 105, d
Pes atòmic estàndard 106,42
Configuració electrònica [Kr] 4d10
2, 8, 18, 18
Configuració electrònica de Pal·ladi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
12,023 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
10,38 g·cm−3
Punt de fusió 1.828,05 K, 1.554,9 °C
Punt d'ebullició 3.236 K, 2.963 °C
Entalpia de fusió 16,74 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 362 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 25,98 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.721 1.897 2.117 2.395 2.753 3.234
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 0, +1, +2, +4, +6
(òxid bàsic feble)
Electronegativitat 2,20 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 804,4 kJ·mol−1
2a: 1.870 kJ·mol−1
3a: 3.177 kJ·mol−1
Radi atòmic 137 pm
Radi covalent 139±6 pm
Radi de Van der Waals 163 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Cúbica centrada en la cara
Pal·ladi té una estructura cristal·lina cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica Paramagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (20 °C) 105,4 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 71,8 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 11,8 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 3.070 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 121 GPa
Mòdul de cisallament 44 GPa
Mòdul de compressibilitat 180 GPa
Coeficient de Poisson 0,39
Duresa de Mohs 4,75
Duresa de Vickers 461 MPa
Duresa de Brinell 310 MPa
Nombre CAS 7440-05-3
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del pal·ladi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
100Pd sin 3,63 d ε - 100Rh
γ 0,084
0,074
0,126
-
102Pd 1,02% 102Pd és estable amb 56 neutrons
103Pd sin 16,991 d ε - 103Rh
104Pd 11,14% 104Pd és estable amb 58 neutrons
105Pd 22,33% 105Pd és estable amb 59 neutrons
106Pd 27,33% 106Pd és estable amb 60 neutrons
107Pd traça 6,5×106 a β 0,033 107Ag
108Pd 26,46% 108Pd és estable amb 62 neutrons
110Pd 11,72% 110Pd és estable amb 64 neutrons

HistòriaModifica

Ja al 1700, els miners al Brasil coneixien un metall que anomenaven ouro podre, "or podrit", que és un aliatge natural constituït pel 86 % d'or, 10 % de pal·ladi i 4 % d'argent. Tanmateix, no fou a partir d’aquest aliatge que s'extragué per primera vegada el pal·ladi, sinó del platí. El 1802, el químic anglès William H. Wollaston (1776-1828) dissolgué una mostra de platí en aigua règia (àcid nítric + àcid clorhídric) però no aconseguí dissoldre tota la mostra com era habitual i quedà un residu negre. D'aquest residu el seu company Smithson Tennant (1761-1815) aïllà l'osmi i l'iridi. Wollaston estudià la dissolució del platí. Neutralitzà els àcids amb hidròxid de sodi i seguidament hi addicionà clorur d'amoni aconseguint precipitar únicament el platí amb el complex hexacloroplatinat d'amoni. A la dissolució lliure de platí hi anà addicionant gota a gota una dissolució de cianur de mercuri(II) aconseguint un precipitat groc de cianur de pal·ladi. Separà aquest precipitat i l'escalfà obtenint pal·ladi metall. Decidí anomenar-lo pal·ladi en honor del segons asteroide descobert, Pal·les, que s'havia observat per primera vegada el març del 1802.[2]

Però Wollaston no anuncià el seu descobriment, però posà a la venda el nou metall com a "nou argent" a un preu sis vegades superior a l'or. L'editor del Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, William Nicholson (1753-1815), publicà els detalls del nou descobriment sense mencionar el seu descobridor. El químic irlandès Richard Chenevix (1774-1803), intrigat, en comprà alguns trossos, i en estudiar-los conclogué que era un aliatge de mercuri i platí, comunicant el suposat frau a la Royal Society. Wollaston, mitjançant Nicholson, oferí un premi de 20 ₤ (unes 2 000 ₤ actuals) a la persona que aconseguís el "nou argent" a partir d'altres metalls. Ningú es presentà i el febrer de 1805, Wollaston es revelà com el seu descobridor i el juny del mateix any donà una explicació completa i convincent sobre el metall i les seves propietats en una reunió de la Royal Society.[2]

Estat natural i obtencióModifica

 
Atokita,  , 47,47 % Pd

El pal·ladi és un element poc abundant a l'escorça terrestre, ocupa la posició 76a en quan a abundància dels elements químics.[2] S'han descrit 72 minerals que contenen pal·ladi, molts d'ells en proporcions altes. Els que en tenen més del 75 % són: mertieïta-I  , 79,36 %; pal·ladi natiu  , 79,24 %; stillwaterita  , 79,11 %; arsenopal·ladinita  , 77,43 %; i vasilita  , 77,11 %.[3]

 
Lingot d'1 g de pal·ladi de 99,95 % de puresa damunt paper mil·limetrat

És un metall estratègic de disponibilitat limitada, el preu superà al de l'or el 2018. L'augment de la demanda de vehicles de gasolina a causa de les restriccions dels motors dièsel ha disparat la seva demanda. El seu proveïment està sotmès a tensions geopolítiques, amb un control gairebé monopolístic de l'oferta per part de Rússia i amb un risc en augment pel seu ús creixent. El 2019 la producció mundial de pal·ladi fou de 210 tones, essent els principals productors Rússia (86 tones), Sud-àfrica (80 tones), Canadà (20 tones) i Zimbàbwe i EUA (12 tones cadascun).[4] No s'extreu dels minerals que el contenen en elevada proporció, sinó com a subproducte en l'obtenció d'altres elements (níquel, coure i zinc) en els quals minerals el pal·ladi és una impuresa.[2]

El creixent interès pel pal·ladi com a eina d'inversió ha portat a la seva cotització en borsa. Igual que succeeix amb l'or, l'argent i el platí, els lingots de pal·ladi estan codificats segons l'estàndard internacional de divises ISO 4217, que li assigna els codis XPD i 964.[5]

PropietatsModifica

 
Pal·ladi.

Propietats físiquesModifica

El pal·ladi és un metall blanc platejat, semblant al platí, i és l'element del grup del platí de menor densitat (12,02 g/cm³) i menor punt de fusió (1 554,8 °C). El seu punt d'ebullició és de 2 963 °C. És bla i dúctil al temperar-lo, augmentant considerablement la seva duresa i resistència al treballar-lo en fred.

Propietats químiquesModifica

Els estats d'oxidació més comuns del pal·ladi són +2 i +4. No s'oxida amb l'aire. Per oxidar-lo cal escalfar-lo amb oxigen i dóna l'òxid de pal·ladi(II) de color negre:[6]

 

Pot dissoldre's en àcid sulfúric,  , i en àcid nítric,  . També es pot dissoldre, encara que lentament, en àcid clorhídric,  , en presència de clor o oxigen.

 
Clorur de pal·ladi(II)

Un control minuciós de la reacció entre el pal·ladi i el fluor,  , produeix el trifluorur de pal·ladi. Aquest compost no és fluorur de pal·ladi(III), sinó la sal de valència mixta de Pd(II, IV) que es formula com  . El diclorur, clorur de pal·ladi(II),  , també es forma en la reacció controlada entre el pal·ladi i el clor,  . Depenent de les condicions de reacció, es forma una de les dues formes diferents de  . En una reacció relacionada, el dibromur, el bromur de pal·ladi(II),  , es forma en la reacció del pal·ladi i el brom,  :[6]

 
 

Pot absorbir grans quantitats d'hidrogen molecular,  , a temperatura ambient (fins a 900 vegades del seu volum), la qual cosa s'usa per a purificar-lo. Sembla que es forma  .

IsòtopsModifica

Article principal: Isòtops del pal·ladi

Hi ha a la natura sis isòtops estables del pal·ladi, essent les seves abundàncies:  27,33 %,   26,46 %,   22,33 %,   11,72 %,   11,14 % i   1,02 %. Per altra banda hi ha 33 isòtops que s'han obtingut artificialment entre el nombre màssic 91 i el nombre màssic 128, vuit d'ells (del   al  ) com a fragments de la fissió nuclear de l'urani 235. Tots són poc estables, excepte el  , amb un període de semidesintegració de 6,5 × 106 anys, i el   que el té de 17 dies.[7]

AplicacionsModifica

Indústria químicaModifica

 
Convertidor catalític d'un cotxe obert

La principal aplicació del pal·ladi és la fabricació de convertidors catalítics, usats en el craqueig del petroli, i de catalitzadors d'automòbils, on es transformen les restes de combustible no cremat en diòxid de carboni, nitrogen i aigua.[8] El 77 % de la producció mundial fou destinat el 2017 a aquest sector industrial.[5]

 
Placa electrònica on els petits condensadors MLCC se'ls veu rodejats dins requadres blancs

El pal·ladi s'usa com a reactiu en els reactors de membrana que s'empren en la producció d'hidrogen d'alta puresa. També el pal·ladi és un catalitzador important en l'eliminació de substàncies tòxiques dels aqüífers.[8]

El premi Nobel de Química de l'any 2010 es concedí a Richard F. Heck, Eiichi Negishi i Akira Suzuki per “la seva contribució al desenvolupament de mètodes sintètics catalitzats per complexos de pal·ladi, que han permès la preparació de milers de compostos orgànics d'estructures variades, útils en totes les àrees en les quals influeix la química”. La concessió d'aquest guardó il·lustra la importància de la química organometàl·lica del pal·ladi.[5]

Indústria electrònicaModifica

L'estabilitat química i la conductivitat elèctrica del pal·ladi el converteixen en una alternativa eficaç a la utilització de l'or en la producció de components electrònics, com els condensadors ceràmics de multicapa (MLCC) utilitzats en reproductors multimèdia i tauletes digitals, en les pistes conductores de pal·ladi i argent, en circuits integrats híbrids (HIC) o en connectors.[8] De la producció total de pal·ladi aproximadament un 9 % (2017) s'empra en la indústria electrònica.[5]

MedicinaModifica

 
Arracades d'or blanc i diamants

El pal·ladi s'utilitza en odontologia per a fabricar ponts i corones dentals, ja que proporciona resistència, rigidesa i durabilitat, i aliat amb argent esdevé més mal·leable.[8] En aquesta aplicació el 2017 s'hi destinà un 4 % de la producció mundial.[5]

El radioisòtop pal·ladi 103 es pot utilitzar en el tractament del càncer de pròstata (braquiteràpia).[8]

JoieriaModifica

El pal·ladi s'utilitza combinat amb l'or i l'argent per a fabricar l'aliatge anomenat or blanc. És una aliatge tova i adequada per encastar-hi pedres precioses.[8] El 2017 un 3 % del pal·ladi produït s'emprava en joieria.[5]

ReferènciesModifica

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Lide, D. R.. CRC Handbook of Chemistry and Physics (en anglès). 86a ed.. Boca Raton (Florida): CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Emsley, John.. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  3. «Mineral Species sorted by the element Pd Palladium». [Consulta: 22 maig 2020].
  4. «Platinum Group Metals Data Sheet - Mineral Commodity Summaries 2020» (en anglès). National Minerals Information Center. U.S. Geological Survey, gener 2020. [Consulta: 22 maig 2020].
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Solé Arjó, D. «Z = 46, paladio, Pd. Un metal precioso con gran interés industrial y versatilidad catalítica». An. Quím., 115, 2, 2019, pàg. 108.
  6. 6,0 6,1 «WebElements Periodic Table » Palladium » reactions of elements». [Consulta: 16 juny 2020].
  7. «Nudat 2» (en anglès). National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. [Consulta: 22 maig 2020].
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals : aplicacions i reciclatge. Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 

Enllaços externsModifica