Химический элемент палладий: свойства металла, добыча и использование

Большинство людей при словосочетании «драгоценные металлы» сразу думают о золоте, платине и им подобных. Мало кто вспоминает о других представителях этой группы. В число таких незаслуженно забытых благородных металлов входит элемент палладий. Несмотря на свою значительно уступающую «собратьям» известность, он используется во многих отраслях и обладает весьма интересными свойствами.

История открытия и названия

Звание первооткрывателя палладия принадлежит Вильяму Гайду Волластону. В 1803 году этому английскому химику удалось выделить новый элемент из южноамериканской платиновой руды. Опыт, в ходе которого Волластон получил палладий, состоял из нескольких этапов:

1. Растворение руды в царской водке.
2. Нейтрализация кислоты посредством раствора гидроксида натрия.
3. Осаждение содержащейся в растворе платины при помощи хлорида аммония (он же нашатырь). Стоит отметить, что в осадок выпало не чистое вещество, а неорганическое соединение платины — гексахлорплатинат аммония.
4. Добавление к раствору цианида ртути. В результате этих манипуляций получился цианид палладия — неорганическое соединение с формулой Pd (CN)2.
5. Последний этап — выделение чистого вещества из полученного цианида в процессе нагревания.

Открытый элемент химик назвал в честь Паллады — астероида, обнаруженного одним немецким астрономом за год до открытия Волластона. Астероид же, в свою очередь, получил имя от древнегреческой богини Афины Паллады.

По легенде, изображение богини, названное палладиумом, упало с неба. Оказавшись в стенах Трои, этот талисман делал ее несокрушимой. Но после того как оберег палладиум был украден, великое царство пало.

Характеристики и свойства

В периодической таблице Менделеева палладий располагается под номером 46 в десятой группе (по вертикали) между никелем и платиной и в пятом периоде (по горизонтали) между родием и серебром. Принятое обозначение этого благородного металла — Pd, производное от латинского наименования Palladium.

Физические параметры

Этот редкий элемент относится к переходным металлам и одновременно с этим принадлежит к платиновой группе металлов, также именуемых легкими платиноидами. Известно, как выглядит палладий в форме простого вещества — при нормальных условиях это серебристо-белые и весьма тяжелые кристаллы, характеризующиеся:

• вязкостью;
• ковкостью;
• мягкостью;
• пластичностью.

Кристаллическая решетка чистого вещества — кубическая сингония с гранецентрированной структурой медного типа. Способностью к улучшению механических характеристик палладия обладают:

• кобальт;
• никель;
• родий;
• рутений.

В частности, микродобавки этих элементов заметно повышают твердость вещества. Среди физических особенностей следует отметить плотность палладия — в нормальных условиях она составляет 12 г/см3. Если судить по этому показателю, элемент гораздо более близок к серебру, чем к своей «родственнице» платине — плотность серебра равна 10,5 г/см3, в то время как у платины достигает 21 г/см3.

Как известно, у металлов удельный вес равен их плотности. Таким образом, и по этому показателю вещество ближе к серебру, чем к платине. Если для сравнения взять одинаковые украшения из палладия и платины, последнее будет заметно тяжелее.

Продолжая тему веса, стоит отметить молярную (атомную) массу — она составляет 106,42 г/моль или дальтонов. Радиус атома равен 137 пикометрам, а ковалентный радиус достигает 128 пикометров.

Палладий — уникальное вещество. Это единственный из всех существующих химических элементов, чья наружная электронная оболочка заполнена до предела или максимально. Внешняя орбита атома этого металла вмещает 18 электронов.

Растворить вещество в воде невозможно. Также для него свойственна изрядная тугоплавкость — температура плавления палладия составляет 1554 градуса по Цельсию. Температура, необходимая для кипения, достигает 2940 С. При создании особых условий вещество может преобразоваться:

• в палладиевую чернь;
• в коллоидный палладий.

Этот драгоценный металл — парамагнетик, так как обладает положительной магнитной восприимчивостью. Значение электроотрицательности по шкале Полинга составляет 2,20.

Химические особенности

Звание платинового металла с наибольшей химической активностью принадлежит именно палладию. Он не вступает в реакцию:

• с водой;
• раствором нитрид водорода или аммиака;
• разбавленными кислотами и щелочами.

Но зато способен реагировать с горячими концентратами азотной и серной кислот, что отличает палладий от всех прочих металлов платиновой группы. В условиях комнатной температуры запускается реакция вещества:

• с влажными бромом и хлором;
• с царской водкой.

При сплавлении с гидросульфатом калия у палладия начинается процесс окисления. Также возможно взаимодействие с расплавленным пероксидом натрия. Нагревание — главное условие для осуществления химической реакции со многими элементами, в числе которых:

• кремний;
• мышьяк;
• селен;
• сера;
• теллур;
• фтор.

При контакте с воздухом в процессе нагревания в пределах температурного диапазона 300−850 градусов светло-серебристый металл становится тусклым, так как на его поверхности образуется оксидная пленка. При температуре ниже 300 С металл остается устойчивым, выше 850 С — образовавшаяся до этого пленка разлагается.

Изотопы и воздействие на человека

Химия у многих людей вызывает негативные ассоциации, поэтому нелишним будет заострить внимание на том, обладает металл вредным воздействием на человека или является безопасным.

Натуральный, созданный природой элемент образуют шесть изотопов:

• 106Pd (27,34%);
• 108Pd (25,46%);
• 105Pd (22,34%);
• 110Pd (11,72%);
• 104Pd (11,14%);
• 102Pd (1%).

Изотопы стабильны, поэтому природный палладий безвреден. Но существует и разновидность, созданная искусственным путем. Это 107Pd — самый долгоживущий изотоп элемента. Он радиоактивен и, соответственно, опасен. Период его полураспада превышает семь миллионов лет.

Преимущественная часть изотопов имеет естественное природное происхождение. Но немало их формируется и в реакторах при процессе деления ядер плутония и урана. Образование палладия таким способом происходит постепенно. В современных ядерных установках размещается примерно 1,5 кг палладия на 1 тонну ядерного топлива (при условии 3%-ой степени выгорания).

Нахождение в природных условиях

По объему содержания в земной коре этот драгоценный металл входит в число самых редких элементов. В природе его можно встретить в виде:

• самородка (аллопалладий);
• минералов интерметаллического типа (станнопалладинит, палладистая платина и т. д. );
• различных соединений (брэггит, палладинит и т. д. ).

Известных науке разновидностей минералов палладия насчитывается около трех десятков. Этот элемент нередко выступает в качестве сопровождающего другие платиновые металлы. Содержание вещества в платиноидной смеси колеблется в диапазоне 25−60% (в зависимости от месторождения).

Самородный палладий встречается крайне редко. По своему внешнему виду он почти неотличим от платины. В самородках, помимо палладия, содержатся и другие элементы:

• иридий;
• золото;
• платина;
• серебро.

Согласно геохимической классификации элементов Гольдшмидта, палладий (наряду со всеми другими платиноидами) входит в число сидерофилов. Иначе говоря, он имеет характерное сродство к железу и сконцентрирован в земном ядре.

Платину и палладий добывают на месторождениях двух типов:

• россыпных;
• коренных.

Отличие этих разновидностей друг от друга заключается в способе выработки. В месторождениях коренного типа металл содержится в минералах. В таких местах добыча вещества осуществляется путем обработки руд — медных или никелевых. Палладий извлекается в качестве побочного продукта.

Месторождения россыпного типа — это бывшие коренные залежи руд. Они уже выработаны, палладий освобожден и принял форму самородков.

На долю месторождений россыпного типа, где можно добыть палладий, приходится около 2% от объема производства во всем мире. Самые крупные из них размещаются в российских регионах — на Урале и Дальнем Востоке, а также за рубежом:

• в Австралии;
• Колумбии;
• Канаде;
• США.

Преимущественные 98% добываемого палладия достают из глубин земли именно на месторождениях коренного типа. Основными разрабатываемыми рудами считаются:

• медно-никелевые;
• платиновые;
• хромовые.

Статусом стран-лидеров по объему мировой добычи драгоценного металла на таких месторождениях обладают Россия и ЮАР. На почетном первом месте находится предприятие «Норильский никель» — сюда приходится почти половина мирового объема производства. А комплексу Бушвелд (ЮАР) принадлежат наибольшие по объему запасы платиноидов во всем мире.

Переработка руд — основной метод получения палладия, но не единственный. Элемент восстанавливают из вторичного сырья. На этот способ получения приходится приблизительно 10% от общего объема мирового производства.

Отрасли и сферы применения

Благодаря своим характерным свойствам — как физическим, так и химическим — элемент палладий широко применяется в производстве электроники и в химической промышленности. Принадлежность к драгоценным металлам обусловила использование вещества в качестве материала для ювелирных изделий.

Стоит отметить, что украшения из чистого палладия найти нельзя — их просто не делают. Этот металл очень мягкий — его с легкостью можно протянуть в тонкую проволоку или прокатить в фольгу, но любое изделие из металла без примесей не выдержит даже слабой нагрузки. Поэтому еще на этапе производства в материал добавляются малые доли других металлов.

В широком применении палладия ключевую роль сыграло то, что этот элемент может обрабатываться любым методом и использоваться в самых разнообразных формах, видах и т. д. Для наглядной оценки масштабов применения металла стоит распределить области по процентному соотношению:

• 70% — автомобильная промышленность;
• 10% — производство электроники;
• по 5% (на каждую) — химпром, медицина, инвестирование;
• 5% (в общей сложности) — ювелирное, монетное дело и пр.

В последнее время набирает популярность применение палладия как объекта инвестиций. Ценность этого благородного металла весьма высока, он задействован в биржевых торгах, поэтому подобное вложение денежных средств может оказаться довольно выгодным.

Впрочем, не каждому обладателю палладий приносит счастье. За приобретение, хранение и сбыт незаконного характера обязательно последует предусмотренное уголовное наказание — лишение свободы на 5 лет максимум.

В 2015 году работниками УФСБ был задержан омич, в гараже которого хранилось 1,5 кг катализаторов с палладием в составе на 2 миллиона рублей. Где и как нарушителю закона удалось достать такое количество палладиевых катализаторов — неизвестно, но этот интересный факт из современной истории палладия доказывает, что стремление получить выгоду противозаконным путем рано или поздно выйдет боком.