Pal·ladi (element)

element químic amb nombre atòmic 46

El pal·ladi és un element químic de nombre atòmic 46 situat en el grup 10 de la taula periòdica dels elements. El seu símbol és Pd. 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 obtinguent pal·ladi metall. Decidí anomenar-lo pal·ladi en honor al 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]

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]

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

No s'oxida amb l'aire. Pot dissoldre's en àcid sulfúric, H2SO4, i en àcid nítric, HNO3. També es pot dissoldre, encara que lentament, en àcid clorhídric (HCl) en presència de clor o oxigen.

Pot absorbir grans quantitats d'hidrogen molecular, H2, a temperatura ambient (fins a 900 vegades del seu volum), la qual cosa s'usa per a purificar-lo. Sembla que es forma Pd2H.

Els estats d'oxidació més comuns del pal·ladi són +2 i +4.

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.[5]

AplicacionsModifica

Finament dividit, el pal·ladi és un bon catalitzador de reaccions d'hidrogenació i deshidrogenació. A part d'això, en síntesi orgànica s'utilitza com a catalitzador de múltiples reaccions de creació d'enllaços C-C, com són les reaccions de Heck, Tsuji-Trost o l'acoblament de Suzuki. Altres aplicacions són:

  • L'aplicació més important d'aquest metall és el seu ús en els catalitzadors dels automòbils. Degut al seu elevat preu, s'està investigant per substituir-lo per platí, molt més econòmic.
  • És un dels tres metalls amb què mitjançant l'aliatge amb l'or es pot preparar or blanc. (També s'utilitzen per a aquesta finalitat el níquel i la plata)
  • De manera anàloga a l'or, se'n poden fabricar làmines molt fines, amb gruixos de l'ordre de 100 nm.
  • Des del 1939 el pal·ladi s'ha utilitzat com a metall preciós en joiera substituint a altres metalls com níquel i platí.
  • L’hidrogen difon amb facilitat a través de pal·ladi calent, de manera que es pot aprofitar aquesta propietat per a purificar aquest gas. L’hidrogen dipositat sobre la superfície del metall és altament reactiu i permet reaccions d'hidrogenació i deshidrogenació.
  • El pal·ladi i els aliatges amb plata s'utilitzen com a elèctrodes en condensadors ceràmics multi-capa.
  • El pal·ladi (i a vegades els seus aliatges amb níquel) s'utilitzen per a recobrir connectors en aparells electrònics de consum.
  • El pal·ladi s'utilitza en odontologia, en la fabricació de rellotges de polsera, bugies per a aeronaus, eines quirúrgiques i contactes elèctrics.
  • S'utilitza per fabricar flautes travesseres professionals.
  • El diclorur de pal·ladi (PdCl2) s'utilitza en detectors de monòxid de carboni, ja que és capaç d'absorbir-ne grans quantitats.

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. «Nudat 2» (en anglès). National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. [Consulta: 22 maig 2020].

Enllaços externsModifica