Палладий (Palladium) - это. Химический элемент палладий: свойства металла, добыча и использование Палладий применение в промышленности

Благородный металл платиновой группы, серебристого цвета, не тускнеющий на воздухе. Открыт английским химиком и минералогом У.Х. Волластоном, обнаружившим палладий в самородной платине в 1803 г. Ковкий и тягучий. Более легкоплавкий по сравнению с платиной, легко прокатывается и вытягивается в проволоку. Температура плавления 1552°С. Парамагнитен. Растворим в HNO 3 , в горячей концентрированной Н 2 SO 4 и царской водке. Палладий отличается чрезвычайно высоким сродством к водороду, в форме порошка способен абсорбировать объём водорода, в 900 раз превышающий собственный объём металла. По сравнению с другими платиновыми металлами менее устойчив к действию окислителей.

Нахождение

Палладий встречается в виде примеси во многих сульфидах и силикатах ультраосновных и основных пород. Некоторые угли обогащены палладием до 10%, повышенная концентрация наблюдается в марганцевых рудах, в фосфоритах , в золе растений. Содержание палладия повышено в ультраосновных породах и породах, содержащих сульфиды Cu, Ni и Te. Обычно находится в природе в виде примеси в самородной платине , с которой образует неупорядоченный твёрдый раствор ; иногда встречается в её россыпях в виде окатанных зёрен. Как правило, содержит примеси платины, иридия, золота, серебра. В палладистой платине содержится 19-40% палладия, в палладистой станноплатине -17-21%, в поликсене - до 6%, в ферроплатине - до 13%, в иридистой платине - до 4%. Может находиться также в виде примеси к самородному золоту (в Бразилии, например, найдена редкая разновидность самородного золота (порпецит ), с содержанием 8-11% палладия). Формируется в зоне окисления коренных источников платины и непосредственно в россыпях в результате гипергенного преобразования платиновых минералов. В железных метеоритах на тонну вещества приходится до 7,7 гр. палладия, в каменных - до 3,5 гр.
Поскольку россыпные месторождения cамородного палладия весьма редки, основным сырьём для его попутного получения служат сульфидные руды никеля и меди (Норильский р-н и др.)

Местонахождения

В России cамородный палладий добывается вместе с платиной из м-ний, связанных с ультраосновными массивами. Чистый палладий был впервые извлечён из самородной платины в 1840 г. на Урале (в 1843 г. из первого палладия была отчеканена медаль массой 46,88 г.).

• На Ср. Урале м-ния самородной платины с содержанием палладия известны в районе Нижнего Тагила.
• На хребте Кондёр (Хабаровский край, Россия).
• Бушвельдский массив, Сев. Восточной пров., ЮАР (в зоне окисления платиновых м-ний).
• В хромитах "Великой Дайки ", Зимбабве.
• Никелевые м-ния в шт. Нов. Южн. Уэльс, Австралия.
• Медно-никелевые м-ния Садбери в пров. Онтарио , и м-ние Томпсон в пров. Манитоба (Канада).
• Россыпи рек Сан-Хуан и Атрато, Колумбия .
• Россыпи в шт. Минас-Жерайс , Бразилия.

Палладий (англ. PALLADIUM) - P d

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Перевод на другие языки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Палладий расположен в пятом периоде VIII группе побочной (В) подгруппе Периодической таблицы.

Относится к элементам d -семейства. Металл. Обозначение - Pd. Порядковый номер - 46. Относительная атомная масса - 106,4 а.е.м.

Электронное строение атома палладия

Атом палладия состоит из положительно заряженного ядра (+46), внутри которого есть 46 протонов и 60 нейтронов, а вокруг, по пяти орбитам движутся 46 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома палладия.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

46Pd) 2) 8) 18) 18) 0 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 0 .

Валентными электронами атома палладия считаются электроны, расположенные на 4d — и 5s -орбиталях. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома палладия можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Палладий является представителем металлов платиновой группы и одновременно считается благородным и редким элементом. Этот драгметалл существует в природе в виде соединений: по данным ученых Pd входит в состав примерно 30 минералов. В самородном виде элемент также встречается, но очень редко. Металл во многом схож с платиной, внешне отличить их друг от друга проблематично. Самородки драгметалла содержат в себе иридий, серебро, платину и золото. Физические и химические свойства элемента позволяют широко использовать его в химической промышленности и электронике, а принадлежность к числу драгоценных материалов – в качестве ювелирного сырья.

Нахождение в природе и добыча

Добыча платины и палладия осуществляется на коренных и россыпных месторождениях. Чем они отличаются друг от друга? 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. Оставшиеся 98 % Pd извлекаются из недр земли на коренных месторождениях медно-никелевых, платиновых и хромовых руд.

Мировыми лидерами по добыче драгметалла 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, а также на территории Кольского полуострова.

Следующим по значению источником металла в мире принято называть Бушвелдский комплекс, расположенный на территории Южно-Африканской Республики. Территория месторождения обладает крупнейшими запасами платиноидов в мире.

Pd в самородках имеет примеси других драгоценных металлов, но и сам часто является одним из элементов самородных золота или платины. При добыче палладия в Норильске геологами была обнаружена палладистая платина – соединение платины и ее «младшего брата» в отношении 60%/40%. Еще один подобный союз, на этот раз с золотом, был найден в Бразилии. Такое золото с 10%-м содержанием Pd получило название порпецит: от чистого желтого металла отличить его визуально также проблематично.

В составе каких минералов встречается палладий? Рассмотреть их можно на фото образцов. Самыми известными минералами, содержащими в своем составе Pd, являются палладит, станнопалладит, брэггит и потарит. Некоторые соединения даже на сегодняшний день не имеют названий, так как мало изучены в виду своей редкости.

Элемент Pd является компонентом не только недр нашей планеты, но и космических объектов: палладий содержится в железных и каменных метеоритах, прилетающих на Землю.

Свойства и пробы металла

Палладий по своим характеристикам близок к своим соседям в таблице Менделеева. Свойства металла позволяют его сравнить с серебром – по внешнему виду и весу, и с платиной – по химическим параметрам. Чистый металл отличается серебристо-белым цветом и плотностью чуть более 12 г/см3. Последнее физическое свойство дает Pd преимущество в ювелирном деле: массивные палладиевые украшения будут весить гораздо легче платиновых или золотых.

В чистом виде Pd относится к числу мягких металлов, украшения из такого материала не делают. Изделия из чистого элемента не выдержат даже небольшой механической нагрузки. Ювелиры используют в работе определенные пробы палладия. Какие они бывают? В западных странах довольно распространенной является 950 проба драгметалла, в которой к 95% основного элемента добавляют 5% рутения ил меди. В качестве компонента лигатуры, способного повысить твердость сплава, также используют никель. В России утверждены 500 и 850 пробы металла, палладий соединяется в них с серебром и никелем. 850 проба может быть изготовлена из Pd и меди. Устойчивость к износу у украшений из таких сплавов превышает характеристики изделий из золота и серебра.

Pd как металл отличается ковкостью и тягучестью, благодаря которым его можно обрабатывать любым из способов: отливать в формах, паять, полировать, производить гравировку. Материал вытягивается в проволоку и может быть раскатан в фольгу.

Палладий как элемент отличается химической инертностью, присущей всем платиноидам, но среди металлов этой группы является самым активным. В обычных природных условиях он не вступает в реакции с другими веществами, но растворяется в «царской водке», горячей концентрированной серной и азотной кислоте. Pd может образовывать соединения с хлором, йодом, бромом, фтором, серой и кремнием. При нагревании на воздухе металл покрывается оксидной пленкой и тускнеет, в обычных условиях эксплуатации палладиевые изделия не потемнеют.

По химическим свойствам Pd признан специалистами хорошим катализатором, поэтому основными потребителями элемента являются химическая и автомобильная промышленность.

Промышленное применение металла

Добыча палладия на сегодняшний день удовлетворяет имеющийся на рынке спрос, который в основной своей части является промышленным. Применение Pd распределяется следующим образом:

• 70% — производство автомобильных катализаторов;
• 10% — электронная промышленность;
• 5% — химическая промышленность;
• 5% — медицина;
• 5% — инвестиции;
• 5% — ювелирное дело и другие сферы использования.

Основная часть добываемого металла используется для производства автомобильных катализаторов, именно поэтому спрос на Pd зависит от экономической ситуации в машиностроительной отрасли отдельно взятой страны-потребителя. Нейтрализаторы, содержащие палладий, необходимы при производстве автомобилей любых марок для дожигания выхлопных газов. Именно применение Pd вместо дефицитной в 2000-х годах платины привело к росту котировок этого драгметалла на мировых биржах. Дополнительным толчком стало решение ЕС об ограничении автомобильных выхлопов и ужесточении контроля за данной сферой. Катализаторы с содержанием Pd необходимы и для очистки газовых выбросов ТЭЦ.

Применение палладия в химической промышленности чрезвычайно широко. Являясь отличным катализатором, Pd незаменим при проведении процессов крекинга нефти и гидрогенизации жиров. Этот химический элемент в качестве катализатора используют при производстве ацетилена, аммиака, хлора, серной и азотной кислот, каустической соды, удобрений и фармацевтических средств. Хлорид палладия в промышленности применяют как индикатор для обнаружения микроколичеств угарного газа в газовых смесях.

Широко распространено использование металла в процессах глубокой очистки водорода, который активно диффундирует через палладий. Газ пропускают под давлением через нагретые палладиевые трубки, в итоге водород проходит через металл быстрее других примесей, которые задерживаются в трубках. Так как использование чистого палладия для этих целей является дорогостоящим, то в целях сокращения затрат на производство для очистки водорода применяют сплавы Pd с серебром или иттрием.

Pd и его сплавы используются в электронной промышленности. с его помощью создаются покрытия, отличающиеся устойчивостью по отношению к воздействию сульфидов. Металл нашел свое применение в производстве военной, аэрокосмической техники и аппаратуре гражданского назначения. Элемент необходим при выпуске реохордов, так как отличается высокой износоустойчивостью. Это свойства драгметалла отлично подходит для его использования в контактных группах. В гражданской аппаратуре Pd активно применялся в 80-х годах для контактов и струн советских контрольно-самопишущих машин и автоматических телефонных станций.

Так выглядит реохорд.

Где еще используется палладий? Он является компонентом керамических конденсаторов, известных всем радиолюбителям. Элемент присутствует в конденсаторах типа КМ, характеризующихся высокой температурной стабильностью емкости, которые присутствуют в любой высокочастотной радио- и телеаппаратуре, мобильных телефонах и компьютерах. Наличие Pd в радиодеталях привлекает любителей получения аффинажа металла в домашних условиях.

Металл нашел применение и в других сферах промышленного производства, где его используют для самых разных целей: палладий необходим для процесса изготовления специальной химической посуды, а также устойчивых к коррозии деталей измерительных приборов специального назначения. Pd незаменим и в стекольном деле, где его применяют в тиглях для варки стекла.

Палладий в последние годы все чаще используется в медицине. Металл и его сплавы расходуются на производство деталей различных медицинских приборов и инструментов. Самым простым примером применения Pd в этой отрасли является производство кардиостимуляторов, отдельные детали которых делаются именно из этого драгметалла. Иногда элемент используется для получения цитостатических препаратов.

В медицине наибольшая доля палладия тратится на изготовление зубных протезов. Развитие стоматологических исследований и увеличение сопутствующей потребности в металле способно увеличить спрос и котировки на элемент в будущем – этот фактор является одной из потенциальных причин роста стоимости Pd на биржах.

Ювелирное дело и инвестиции

Ювелиры используют палладий как самостоятельный драгоценный металл, а также как компонент других драгоценных сплавов. Pd является компонентом лигатуры проб платины, а также практически всегда присутствует в качестве элемента золотых сплавов 585 и 750 пробы. Все известное и достаточно популярное на сегодняшний день белое золото обязано своим оттенком добавлению именно этого химического элемента. Сам драгметалл используется в производстве ювелирных украшений тоже не в чистом виде, в высоких пробах в лигатуре сплава присутствует рутений.

Для мировой добычи палладия спрос ювелирной отрасли не имеет решающего значения. Даже не смотря на политику популяризации палладиевых драгоценностей интерес потребителей к ним невелик. Ювелирные заводы предлагают своим клиентам как традиционные украшения для женщин – серьги, кольца, броши, подвески, так и мужские печатки, кресты и запонки. Драгметалл активно используется в последние годы в коллекциях известных модных дизайнеров, представляющих не только украшения, но и стильные и необычные аксессуары: часы, зажигалки, ручки, портмоне.

Где еще применяется драгоценный металл? Палладий по причине своего благородного происхождения относится к числу инвестиционных инструментов. Вложить средства в драгметалл можно разными способами, среди доступных вариантов для обычных клиентов банков числятся покупка слитков и открытие металлического счета. ОМС ведется в граммах «виртуального металла, поэтому при его открытии вы не получите ни грамма Pd на руки. А вот если вы решите приобрести слиток, то сможете ощутить вес металла в своих руках.

Палладий на рынке драгметаллов относят к числу фундаментальных активов, способных принести прибыль только в долгосрочном периоде. Большая часть инвестиций в металл представляет собой фьючерсные контракты на бирже, покупать палладиевые слитки с целью преумножения своих денег нет никакого смысла. Для начинающих инвесторов и обычных банковских клиентов проще всего будет открыть обезличенный счет. Другим своеобразным инвестиционным инструментов, непосредственно связанным с Pd, являются памятные монеты. Монеты из этого металла чеканятся редко и в ограниченном количестве, поэтому рассматривать их как источник получения прибыли нецелесообразно.

Происхождения и свойства палладия

Палладий получил свое название в честь планеты Паллады. Небесное тело было обнаружено в 1801-ом году. Открытие немца Ольберса произвело впечатление на химика Волластона. Последний через 2 года и получил палладий.

Металл был добыт англичанином из сырой платины. Он и сейчас относится к платиновой группе. Палладий в ней самый легкий. Его плотность чуть больше 12 граммов на кубический сантиметр.

Еще одна отличительная черта – пластичность. Свойства палладия сходны с другими драгоценными металлами, например, он подобно золоту легко растягивается в тончайшие листы и проволоку, принимает любые формы. Это находка для ковщиков и .

Название группы металла говорит само за себя. Палладий – благородный представитель . В ней он, кстати, расположен под 46-ым номером. Он находится в 5-ом периоде, в побочной подгруппе 8-ой группы. Обозначается элемент Латинскими буквами Pd.

Палладий уступает по устойчивости к некоторым собратьям из таблицы химических элементов. К примеру, он реагирует с смесью серной и соляной кислот. Волластон, кстати, так впервые и не сумел отделить металл от платины. Азотная кислота и вовсе растворяет благородный металл.

Зато, он устойчив к разбавленным вариациям кислот и любым щелочам. Если не использовать против палладия «оружие концентрированных кислот», он крепок, ему нипочем коррозия и любые воздействия извне. К тому же, из платиновой группы только палладий встречается в самородках.

Учитывая стойкость этого благородного металла к химическим реакциям, из него изготавливают посуду для лабораторий. Из платины, которая даже кислот не боится, изделия были бы слишком дорогостоящими. Мешать сурьму за три копейки в мисочке за тридцать тысяч рублей нелогично. Палладий же выгоднее по цене своей именитой «родственницы».

Месторождения палладия

Геологи подсчитали, что в недрах Земли палладий занимает долю в 6%. То есть, этого благородного металла в недрах вдвое больше, чем . Палладий выделяют из платины, а значит, и добывают в одних и тех же месторождениях.

Таковые расположены на Кольском полуострове, Урале. Недавно разведаны залежи и около Норильска. В платине этих месторождений чуть ли не половина палладия.

За пределами России, наличием ценного металла славятся земли Аляски, Австралии, Колумбии, Канады, Африки. Последние две страны богаты никелевыми рудами. При их обработке также происходит добыча палладия . Поэтому, именно Африка и Канада лидируют по добыче этого металла.

Найти светлый металл, внешне напоминающий , можно и в золотоносных песках. Но, это не промышленный метод. Примесей при промывке песков слишком мало.

Недавно ученые открыли редкую разновидность золота. Ее назвали палладистой, поскольку в состав желтого металла входят примерно 6% палладия.

Внешне такое ничем не отличается от обычного, но может служить источником сразу двух драгоценных металлов. Правда, месторождение палладиевого золота, пока, в мире только одно. Расположено оно в Бразилии.

К слову, белое золото, ставшее в последнее время популярным на ювелирном рынке, стало белым именно за счет палладия. Его добавили в сплав, добившись благородного тона изделий. Металл платиновой группы идеально полируется. Поверхность поражает гладкостью, не царапается, не подвергается коррозии. Для ювелиров это – бесценные качества.

К тому же, палладий не тускнеет на протяжении долгих десятилетий. Это навело мастеров на мысль не только добавлять металл в , но и делать из него самостоятельные украшения. Сейчас эта тенденция набирает обороты. Украшения дешевле платиновых. Их часто выбирают те, кто не любит золото.

Ювелиры используют не чистый палладий, а его сплавы. Они также маркируются пробами. Больше всего благородного металла в 950-ой пробе. В 850-ой его 85%, а в 500-ой всего половина. Остальные 50% состава – серебро, и никель.

Применение палладия

В промышленности из палладия часто делают трубы. На руку мастерам «податливые» характеристики металла. В обычном состоянии он растягивается до тех пор, пока нагрузка натяжения не составит 18 с половиной килограммов на квадратный миллиметр.

Но, стоит добавить к палладию немного с рутением, как показатель увеличивается в разы. Это идеально для получение путем растяжения цельных труб, то есть, изделий без спаек и швов.

Используют палладий и в протезировании зубов. Он значительно удешевляет стоимость протезов. При этом, качество их остается высоким. Но, основной потребитель благородного металла – автопроизводство. Оно требует 70% всего добываемого палладия в год.

Производители машин должны выдерживать регламент по количеству и составу автомобильных выхлопов. Палладий в машинных католизаторах делает выхлопы чище. Это позволяет соблюдать законодательства Америки, Японии, государств Европы и Юго-Восточной Азии.

На рынок электронной промышленности приходятся лишь 15% палладия. Следовательно, сфера забирает всего около 10-ти процентов. На задворках химическая промышленность.

Благородный металл используют при получении ацетилена и препаратов фармацевтики. На эти цели уходит 3% добываемого в мире палладия. Присоединились к его использованию и астрофизики.

Они открыли, что металл платиновой группы отлично очищает водород, которого на земле всего 1%. А, между тем, он необходим, к примеру, для топлива, используемого в ракетной промышленности.

Интересно, что там, куда ракеты летают, палладия в миллионы раз больше, чем на Земле. Этот металл завсегдатай состава метеоритов, падающих на нашу планету. Так что, использовав, весь земной палладий , придется отправляться за ним в космос.