Банковские аналитики пишут о недостаточном удовлетворении спроса на палладий – а ведь в ценном металле нуждается и промышленность, и медицина, и ювелирная отрасль.
Между тем, по подсчетам ученых ежегодно на поверхность нашей планеты выпадает чуть ли не палладиевый ливень. Ну, может, и не ливень, но верных семь килограммов из космоса прилетает всякий год!
Откуда такое богатство?
Мы – дети звезд...
...причем в буквальном смысле и большей частью тела. Большей – потому что некоторая часть химических элементов, слагающих и человеческие, и небесные тела, образовалась вне звезд. Палладий же – «сын» сразу двух процессов, протекающих во Вселенной. Часть его синтезируется в реакциях, происходящих в массивных звездах. Часть палладия, равно как и остальные , образуется при взрывах сверхновых.Выброшенный в межзвездное пространство металл рано или поздно становится частью газопылевого облака, из массива которого конденсируются звезды и планеты. Сталкиваясь и разрушаясь, небесные тела дробятся – вот эти-то осколки и собирает Земля в своем путешествии по орбитам галактики. Означенные семь килограммов палладия содержатся в двух тысячах тонн метеоритов, выпадающих на нашу планету за год...
Немалое количество палладия сосредоточено в выгорающем ядерном топливе атомных электростанций. В силу понятных причин как-либо использовать металл из урано-плутониевого шлака нельзя. Вот так сразу – нельзя, а через 10-15 миллионов лет (совсем немного по меркам Вселенной) – можно!
Два столетия со дня открытия палладия
Честь открытия палладия принадлежит не слишком прилежному английскому врачу, проявившему недюжинную исследовательскую прозорливость и отменную коммерческую разворотливость.Уильям Волластон, на тот момент уже действительный член Лондонского Королевского Общества познания природы, в последние годы XVIII века затевает прибыльный бизнес по производству платиновой посуды. Экспериментируя с рудным остатком , Волластон выделяет новые металлы, одному из которых ученый дарит имя «палладий», а второму – «родий».
Название палладия в достаточной степени случайно. В начале 1800-х греческая богиня Афина Паллада на слуху: ее имя присвоено недавно открытому астероиду. В 1803-м, через два года после знаменательного события, Волластон дает «новому серебру» модное имя мудрой воительницы.
Ричард неверующий
В начале XIX века многим просвещенным людям наука служила развлечением. Не обошелся без легкой мистификации и Волластон. Данное им объявление гласило: открыт благородный металл, по виду и свойствам схожий с м . Предлагается к приобретению...Честолюбивый ирландский химик Ричард Ченевикс, только что получивший высшую награду Королевского общества, решил превратить свой успех в триумф, и принародно пообещал вывести мошенника на чистую воду. По мнению Ченевикса, неизвестный шарлатан всего-навсего воспользовался малоизвестным методом Мусина-Пушкина, позволявшим сплавлять ртуть с платиной.
Выкупив продававшийся слиток, Ченевикс торопливо провел исследования, и вскоре доложил на заседании ученого совета о собственной правоте. Осталось только изобличить фальсификатора!
И тут в газете появляется объявление: некто обещает выплатить 20 фунтов всякому, кто сумеет сплавить платину с ртутью так, чтобы получилось «новое серебро»...
С яростью, переходящей в остервенение, Ченевикс приступает к опытам. Одновременно с ним работу ведут и другие химики Лондона. Надо ли говорить, что ни одному из них не удается ни синтезировать палладий, ни выделить из купленного Ченевиксом слитка платину и ртуть.
Через год после начала эпопеи Волластон выступает с детальным рассказом об открытии. Вскоре его выбирают президентом Королевского общества. Ричарду Ченевиксу приходится оставить занятия химией...
Добыча и применение палладия
Сегодня геологи насчитывают три десятка минералов, включающих в себя палладий. Немалое количество металла входит в самородные образования золота, серебра и платины. В норильской платине палладия – почти половина! Бразильские старатели отыскали золотые самородки с десятипроцентным содержанием благородного металла.Залежи палладиевых руд, как правило, совпадают с месторождениями других цветных металлов, в том числе никеля, ртути, меди. По современным оценкам, наиболее перспективные запасы палладия сосредоточены в Норильске.
Удивительные свойства палладия сделали его незаменимым в химической отрасли. Способность палладия поглощать водород в объеме, почти в тысячу раз превышающем объем металла, поразительна! Использование палладиевых катализаторов в технологическом цикле производства маргарина позволило отказаться от неизбежного ранее загрязнения пищевого продукта никелем.
Горячий палладий легко проницаем для водорода. Миллиметровой толщины пластина металла, установленная в качестве мембраны, удаляет водород из сложных газовых составов и растворов, не отдающих водород иным путем.
Палладиевые сплавы не окисляются даже под электрической дугой , что открыло им дорогу в электротехническую индустрию. Титан с небольшой добавкой палладия проявляет свойства повышенной устойчивости к разнообразным химическим нагрузкам. Не обходится без палладия и медицина: металл находит применение в стоматологи, кардиологии, фармацевтике.
Палладий в ювелирном деле
Сам по себе палладий весьма декоративен и может соревноваться в выразительности и с серебром, и – тем более – с платиной. Сплавы с включением палладия высоко ценятся ювелирами.Так называемое « » - чаще всего ни что иное как соединение золота с палладием. Мягкий, сдержанный блеск благородного металла – лучшее обрамление для ! Сплав палладия с индием – в зависимости от концентрации ингредиентов – может иметь окрасу от характерного золотистого до выражено сиреневого оттенка.
Обручальные кольца из сплава с высоким содержанием палладия (палладиевые пробы – 500, 850, лигатура – серебро) визуально неотличимы от родированных золотых колец. При этом собственнику украшения нет нужды периодически возобновлять родиевое покрытие. Да и в цене палладий несколько уступает золоту.
Добавка палладия к платине сообщает изделию большую выразительность и повышает технологические свойства материала.
Благодаря своим уникальным свойствам, к середине 20 века палладий стал очень востребован в различных отраслях промышленности. В настоящее время большая часть палладия используется для производства автомобильных катализаторов, которые очищают выхлопные газы от вредных для человека и природы веществ. Кроме того, этот металл активно используется в электронной и химической промышленности, медицине. Небольшая часть закупается в качестве инвестиций и государственных резервов.
Украшения из палладия: не столь популярны
Что касается использования палладия в ювелирном деле, то тут все не так просто. Палладий относится к благородным и редким металлам. Он обладает красивым белым цветом и отличными потребительскими свойствами. И несмотря на эти плюсы, в производстве украшений его используют гораздо реже золота, серебра и платины. Даже 1% палладия в сплаве с золотом дает белый цвет, поэтому основное его применение в ювелирной промышленности — получение широко известного белого золота . Однако в последние годы наметилась тенденция к использованию в белом золоте сплавов с пониженным содержанием палладия и замене его на цветные металлы.
Ювелирные украшения, изготовленные из палладия как основного металла, не очень распространены. Основной ассортимент обычно представлен только кольцами из палладия и другими несложными изделиями. Причин такой ситуации множество, но главной является отсутствие достаточного спроса. Этот металл не популярен у покупателей, несмотря на его явные преимущества – натуральный белый цвет, легкость, прочность и относительно небольшую стоимость. В начале 21 века крупные производители палладия предпринимали попытки популяризации этого металла, однако явного успеха они не добились.
Судя по всему, основной бум на украшения из палладия еще ждет нас впереди. Ведь были же времена, когда ! Благородные металлы потому и называются благородными, что неподвластны действию времени. Они умеют ждать.
Палладий (лат. Palladium) в периодической системе обозначается символом Pd — химический элемент с атомным номером 46 и атомной массой 106,42. Является элементом второй триады (платиновые металлы) побочной подгруппы, восьмой группы пятого переходного периода периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева. Палладий - серебристо-белый благородный металл по внешнему виду схожий с серебром, на этом их сходство не заканчивается, ведь сорок шестой элемент самый легкий из платиновых металлов. По плотности (12,02 г/см3) палладий ближе к серебру (10,49 г/см3), чем к родственной платине (21,5 г\см3). Палладий тяжелый тугоплавкий пластичный ковкий металл, который легко прокатывается в фольгу и протягивается в тонкую проволоку.
Природный палладий состоит из шести стабильных изотопов: 102Pd (1,00 %), 104Pd (11,14 %), 105Pd (22,33 %), 106Pd (27,33 %), 108Pd (26,46 %) и 110Pd (11,72 %). Наиболее долгоживущий искусственный радиоактивный изотоп 107Pd с периодом полураспада семь миллионов лет. Многие изотопы палладия в сравнительно небольших количествах образуются при делении ядер урана и плутония. В современных ядерных реакторах в 1 т ядерного топлива при степени выгорания 3 %, содержится около 1,5 кг палладия.
Палладий был открыт английским врачом и химиком Вильямом Волластоном в 1803 году при изучении сырой платины, привезенной из Южной Америки, в той ее части, которая растворима в царской водке. Растворив руду, Волластон нейтрализовал кислоту раствором NaOH, после чего осадил платину из раствора действием хлорида аммония NH4Cl (в осадок выпадает хлорплатинат аммония). Потом к раствору был добавлен цианид ртути, при этом образовался цианид палладия. Чистый палладий был выделен из цианида нагреванием. Лишь через год Волластон доложил Королевскому обществу о том, что им в сырой платине обнаружены палладий и еще один новый благородный металл - родий. Само название нового элемента - палладий (Palladium) Волластон произвел от названия малой планеты Паллады (Pallas), открытой незадолго до этого (1801) немецким астрономом Ольберсом.
Сорок шестой элемент благодаря ряду своих замечательных физико-химических свойств нашел широкое применение во многих областях науки и жизни. Так из палладия изготовляют некоторые виды лабораторной посуды, а также детали аппаратуры для разделения изотопов водорода. Весьма ценное применение находят сплавы палладия с другими металлами. Например, сплавы сорок шестого элемента с серебром применяют в аппаратуре связи (изготовление контактов). В терморегуляторах и термопарах используются сплавы палладия с золотом, платиной и родием. Определенные сплавы палладия применяются в ювелирном деле, зубоврачебной практике (зубные протезы) и даже идут на изготовление деталей кардиостимуляторов.
При нанесении на фарфоровые, асбестовые и прочие носители, палладий служит катализатором ряда окислительно-восстановительных реакций, что широко используется при синтезе ряда органических соединений. Палладиевый катализатор применяют для очистки водорода от следов кислорода, а также кислорода от следов водорода. Раствор хлористого палладия - прекрасный сигнализатор наличия угарного газа в воздухе. Покрытия из палладия применяются для нанесения на электрические контакты для предотвращения искрения и повышения их коррозионной стойкости (палладирование).
В ювелирных изделиях палладий используется как в качестве компонента сплавов, так и сам по себе. Кроме того, банк России чеканит из палладия памятные монеты в очень ограниченном количестве. Небольшое количество палладия расходуется в медицинских целях - приготовление цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине.
Биологические свойства
Ученые определенно ничего не могут сказать о биологической роли палладия в живых организмах, возможно дальнейшие исследования свойств данного платиноида выявят его значимость в определенных биологических процессах.
Тем не менее, роль данного элемента в медицине достаточно велика. Так в некоторых странах (включая Россию) определенное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине. Сразу же после открытия Розенбергом цитостатического действия платины, ученые всего мира приступили к изучению данного явления и синтезированию в медицинских целях всё более эффективных и безопасных соединений платины. Последние годы ведущие мировые медицинские институты и крупные компании пытаются найти биоактивные препараты среди других соединений платиновой группы, в том числе палладия. Этот благородный металл убивает и замедляет рост раковых клеток не хуже платины, но зато почти в десять раз менее токсичен. Противоопухолевые препараты на основе палладия проходят последние клинические испытания и вскоре могут оказаться на вооружении врачей-онкологов.
Другое довольно важное назначение палладия и его сплавов связано с высокой биологической совместимостью этого металла - изготовление медицинского инструментария, деталей кардиостимуляторов и зубных протезов. Уже сейчас применение традиционных неблагородных сплавов на основе кобальта, никеля и хрома для ортопедической стоматологии существенно сокращается в связи с частыми случаями возникновения побочных реакций у ряда пациентов, чувствительных к влиянию неблагородных металлов.
Что же заменит устаревшие материалы? Ответ очевиден - сплавы благородных металлов, в том числе платиноидов и палладия в частности. Один из таких сплавов - палладент («Суперпал»), содержащий 60 % палладия и 10 % золота. Сплав обладает красивым серебристо-серым металлическим цветом, надежными прочностными характеристиками, биологически совместим. В челюстно-лицевой хирургии применяется для изготовления протяжённых мостовидных протезов. Другой сплав, содержащий палладий - плагодент («Супер КМ»). На 98 % состоит из благородных металлов (кроме палладия содержит золото и платину), имеет светло-желтый цвет и предназначен для изготовления цельнолитых протезов, вкладок, полукоронок, мостовидных протезов преимущественно с керамическим или ситалловым покрытием.
Палладий использует и пищевая промышленность. После того, как в ряде стран выяснилось, что никель стал причиной всплеска аллергии населения, многие обвинили в этом посуду из этого материала. Однако последующие исследования опровергли эту гипотезу и установили истинную причину аллергической реакции - никель был обнаружен в пище, а точнее в маргарине, производимом из растительного масла. Дело в том, что по технологическому процессу масло должно стать твердым, для этого его гидрируют, то есть насыщают молекулы водородом с помощью катализатора. В роли такового долгое время выступал никель. Для интенсификации процесса порошок катализатора интенсивно перемешивают с растительным маслом при высокой температуре, а затем от катализатора избавляются путем фильтрации, однако, полностью никель не удаляется, а уж если происходит сбой в процессе, то в конечный продукт поступает довольно большое количество этого аллергена.
Решить эту проблему удалось благодаря разработкам ученых Нефтехимического института имени А.В. Топчиева. Им удалось создать катализатор на основе палладия, нанесенного на оксид алюминия. Это внедрение позволило решить сразу несколько проблем: палладий инертен и безопасен для человека, кроме того, во много раз эффективнее никеля, значит, его нужно в тысячи раз меньше. Есть и другие преимущества палладиевого катализатора - его легче удалить из конечного продукта и структура молекул последнего «расшифровывается» организмом легче, чем в случае никелевого катализатора, поэтому «палладиевый» маргарин легче усваивается.
Известно, что палладий часто используется ювелирами в сплавах с другими благородными металлами. Так сплавы 583-ей и 750-ой проб называемые «белым золотом» могут содержать от десяти процентов палладия и больше. В нашей стране правительством официально установлены пробы палладия 500 и 850. Эти пробы наиболее распространены в ювелирных изделиях.
Еще одна палладиевая проба, пользующаяся популярностью - 950. Связано это с тем, что из металла, такой пробы делают обручальные кольца, как альтернативу кольцам из белого золота с родированным покрытием. Дело в том, что родий довольно быстро стирается с поверхности кольца, и не каждый сможет ежегодно обновлять дорогостоящее покрытие. Палладиевые кольца имеют абсолютно такой же внешний вид, как золотые, но не требуют ежегодного обновления. Помимо стандартных сплавов палладия в ювелирном производстве иногда используются декоративные соединения палладия с индием, образующие широкую цветовую гамму от золотистого до сиреневого. Однако изделия из такого сплава - большая редкость.
В 1988 году впервые были отчеканены из палладия 25-рублевые монеты в серии «1000-летие древнерусской монетной чеканки, литературы, зодчества, крещения Руси». На монете весом 31,1 г высшей 999 пробы изображен памятник князю Владимиру Святославовичу в Киеве. В Базеле на Международной нумизматической выставке эта серия признана лучшей программой года, получив первый приз за качество исполнения.
Выпуск таких монет был ограниченным и продолжался недолго, по этой причине монеты имеют высокую коллекционную стоимость. Наибольшую ценность представляют две серии монет (выпуск 1993-1994 гг.): «Первое русское кругосветное путешествие. 1803-1806» - «Шлюп "Надежда"» с портретом И. Ф. Крузенштерна, «Шлюп "Нева" (Ю.Ф. Лисянский)». Вторая серия «Первая русская антарктическая экспедиция. 1819-1821» - «Шлюп "Мирный" (М.П. Лазарев)», «Шлюп "Восток" (Ф. Ф. Беллинсгаузен)». Также представлены монеты серии «Россия и мировая культура» - «А. Рублев», «М. П. Мусоргский», монеты серии «Русский балет» и посвященные российским монархам.
В мире немало наград и премий, которые вручаются выдающимся ученым. Существует медаль имени Уильяма Хайда Волластона, изготовленная из чистого палладия. Учреждена эта награда была почти два века назад (1831) Лондонским геологическим обществом и по началу изготовлялась из золота. Лишь в 1846 году известный английский металлург Джонсон извлек из бразильского палладистого золота чистый палладий, предназначавшийся исключительно для изготовления этой медали. В числе удостоенных медали имени Волластона был Чарльз Дарвин, а в 1943 году медаль была присуждена советскому ученому академику Александру Евгеньевичу Ферсману за его выдающиеся минералогические и геохимические исследования. Сейчас эта медаль хранится в Государственном Историческом музее.
Однако это не единственная палладиевая медаль. Вторую, присуждаемую за выдающиеся работы в области электрохимии и теории коррозионных процессов, учредило Американское электрохимическое общество. В 1957 году этой наградой были отмечены труды крупнейшего советского электрохимика академика А. И. Фрумкина.
В заслуги Уильяма Волластона входит не только открытие палладия (1803) и родия (1804), получение первой чистой платины (1803), но и независимое от И. Риттера открытие ультрафиолетового излучения. Кроме того, Волластон сконструировал рефрактометр (1802) и гониометр (1809).
Палладиевая промышленность в России появилась сравнительно поздно. Лишь в 1922 году Государственный аффинажный завод выпустил первую партию русского аффинированного палладия. Этим было положено начало промышленному получению палладия в нашей стране.
Известно, что палладий способен усилить антикоррозионные свойства даже такого стойкого к агрессивным средам металла, как титан. Добавка палладия всего в 1 % повышает устойчивость титана к серной и соляной кислотам. Так за год пребывания в соляной кислоте пластинка из нового сплава теряет всего 0,1 миллиметра своей толщины, в то время как чистый титан за тот же срок утончается на 19 миллиметров. Раствор хлорида кальция вовсе не действует на сплав, титан же ежегодно теряет до двух миллиметров в агрессивной среде. В чем же секрет такого сплава? Дело в том, что кислота взаимодействует в первую очередь с палладием и тут же поверхность второго компонента сплава покрывается тончайшей окисной пленкой - деталь как бы надевает на себя защитную рубашку. Это явление было названо учеными самопассивацией (самозащитой) металлов.
История
Честь открытия палладия принадлежит англичанину Уильяму Хайду Волластону, выделившему новый металл из сырой платины южноамериканских рудников в 1803 году. Кто же этот человек, чьим именем названа медаль из чистого палладия, ежегодно присуждаемая Лондонским геологическим обществом?
В конце восемнадцатого века Уильям Волластон был одним из многих никому не известных лондонских врачей, практиковавших в бедных рабочих районах. Работа, не приносившая дохода, не могла устроить умного и предприимчивого молодого человека. В те времена врачу приходилось иметь навыки не только медика, но и владеть аптекарским делом, что в свою очередь предполагало отличное знание химии. У.Х. Волластон оказался отменным химиком - изучая платину, он изобрел новый способ изготовления платиновой посуды и наладил ее производство. Стоит упомянуть, что в те годы платиновая посуда для химических лабораторий была необходимостью, ведь ажиотаж вокруг научных открытий был таким же, как во времена алхимиков вокруг философского камня. Неслучайно на рубеже XVIII и XIX вв. открыто около 20 новых химических элементов!
Неудивительно, что новое предприятие англичанина стало приносить ему немалый доход, достаточный чтобы оставить бесперспективную медицинскую практику. Продукция, производимая Волластоном, пользовалась спросом далеко за пределами туманного Альбиона, позволяя англичанину не беспокоясь о денежном вопросе, заниматься новыми химическими изысканиями. Совершенствуя технику аффинажа и очистки платины от примесей, химик пришел к мысли о возможности существования платиноподобных металлов.
Платина, с которой приходилось работать Волластону, являлась побочным продуктом, получаемым при промывке золотоносных песков в далекой Колумбийской республике. Помимо золота она содержала примеси ртути, от которых необходимо было избавиться. Сырую платину он растворял в царской водке, после осаждал из раствора только платину - особо чистым нашатырем NH4Cl. Тогда-то Волластон отметил, что осаждаемый раствор имеет розовый оттенок, которого не могут дать такие примеси, как золото и ртуть. Добавив к окрашенному раствору цинк, химик получил осадок черного цвета, который он высушил, а затем растворил в царской водке. Оказалось, что растворяется лишь часть черного порошка. Разведя концентрат водой, Волластон добавил цианид калия, в результате чего образовался обильный осадок оранжевого цвета, который при нагревании приобретал серый цвет. Серый осадок сплавлялся в металл, который по удельному весу был меньше ртути. Растворив полученный металл в азотной кислоте, Волластон получил растворимую часть, которая и была палладием и нерастворимую, из которой он выделил другой платиноид - родий.
Свое название родий получил от греческого слова «розовый», ведь соли родия придают раствору розовый цвет. Что касается палладия, то его Волластон назвал в честь одного астрономического открытия, произошедшего ранее. Незадолго до открытия палладия и родия (в 1802 г.) немецкий астроном Ольберс обнаружил в солнечной системе малую планету и в честь древнегреческой богини мудрости Афины Паллады так и назвал ее Палладой.
Что же Волластон предпринял после открытия нового элемента? Он не стал сразу же заявлять об этом, а распространил анонимную рекламу о продаже нового металла палладия в магазине торговца минералами Форстера. Сообщение о новом благородном металле - «новом серебре» заинтересовало многих, в том числе и химика Ричарда Ченевикса. Имея типичный вспыльчивый и неудержимый ирландский характер, Ченевикс желал разоблачить «мошенническую проделку» и, пренебрегая высокой ценой, купил слиток палладия и стал его анализировать.
Вскоре ирландец выдвинул предположение о том, что металл вовсе не новый элемент, а изготовлен из платины путем ее сплавления ртутью по методу русского ученого А. А. Мусина-Пушкина. Это мнение Ченевикс поспешил высказать - сначала в докладе, прочитанном перед членами Лондонского Королевского общества, а затем и в широкой печати. В ответ на это анонимный автор рекламы объявил, что он готов выплатить 20 фунтов стерлингов тому, кто сумеет искусственно приготовить новый металл, по предполагаемому Ченевиксом методу. Однако другие химики, да и сам Ченевикс, при всем своем старании никак не могли найти в палладии ни ртути, ни платины...
Лишь спустя некоторое время Волластон заявил официально, что это он автор открытия палладия и описал способ его получения из сырой платины. Одновременно он сообщил об открытии и свойствах еще одного платинового металла - родия. Кроме того, он рассказал, что был тем анонимным продавцом нового металла, который назначил премию за его искусственное приготовление.
Вот таким интересным и неординарным человеком был Уильям Хайд Волластон - малоизвестный лондонский врач и всемирно известный химик - первооткрыватель палладия и родия.
Нахождение в природе
Палладий является одним из самых редких металлов, его средняя концентрация в земной коре 1∙10-6 % по массе, однако это в два раза больше, чем содержащегося в земной коре золота (5∙10-7 %). Уильяму Волластону приходилось извлекать палладий из зерен колумбийской самородной платины - единственного известного в те времена минерала, содержащего палладий. В наше время геохимики могут назвать около 30 минералов, в которые входит этот благородный металл.
Как и платина, сорок шестой элемент встречается в самородном виде (в отличие от остальных платиноидов), при этом он может содержать примеси других металлов: платины, золота, серебра и иридия. По внешнему виду его довольно трудно отличить от самородной платины, но он значительно легче и мягче ее. Довольно часто палладий сам является примесью в самородном золоте или платине. Так в рудах Норильска обнаружена палладистая платина, содержащая 40 % палладия, а в Бразилии (штат Минас Жераис) найдена очень редкая и малоизученная разновидность самородного золота - палладистое золото или порпецит. По внешнему виду этот минерал весьма трудно отличить от чистого золота, потому что он содержит всего 10 % палладия.
Около трети минералов, содержащих палладий, мало изучены, некоторые из них не имеют даже названия, это связано с тем, что минералы всех платиновых металлов образуют в рудах микровключения и труднодоступны для исследования. Один из таких минералов - аллопалладий. Этот серебристо-белый с металлическим блеском минерал очень редок. Полностью все составляющие этого минерала не выявлены до сих пор, однако спектральный анализ показал содержание в нем ртути, платины, рутения и меди. Самые известные палладиевые минералы - это палладит PdO, станнопалладит Pd3Sn2, стибиопалладит Pd3Sb (содержит примеси PtAs2), брэггит (Pd, Pt, Ni) S (16-20 % палладия), потарит PdHg. Последний из названных минералов был найден еще в 1925 году в алмазных россыпях Британской Гвинеи. Его состав был установлен обычным химическим анализом: 34,8 % Pd и 65,2 % Hg.
Самые крупные россыпные месторождения платиновых металлов (в том числе и палладия) расположены в России - на Урале. Среди других богатых палладием стран выделяются США (Аляска), Колумбия и Австралия.
Однако главным поставщиком сорок шестого элемента стали месторождения сульфидных руд никеля и меди, в которых палладий является побочным продуктом переработки. Ведь содержание его в таких рудах втрое больше, чем самой платины, не говоря уже об остальных ее спутниках. Крупные залежи таких руд расположены в Африке (Трансвааль) и Канаде. В нашей стране богатейшие месторождения медноникелевых руд расположены в Заполярье (Норильск, Талнах).
Палладий содержится не только в недрах нашей планеты, о чем свидетельствует химический анализ космических «гостей». Так, в железных метеоритах на тонну вещества приходится до 7,7 грамма палладия, а в каменных - до 3,5 грамма. А на Солнце его открыли одновременно с гелием еще в 1868 г.
Неудивителен тот факт, что, обладая богатейшими запасами руд платиновых металлов, Россия - один из крупнейших в мире производителей и экспортеров палладия, а также платины, никеля и меди. Лидерство в этой сфере среди российских компаний принадлежит ГМК «Норильский никель». Предприятия, принадлежащие компании, ведут добычу ценных металлов на Таймырском и Кольском полуостровах. Ведется разработка месторождений Красноярского края. Считается, что месторождение Таймырского полуострова одно из самых богатых в мире по содержанию палладия в сульфидных рудах. По этой причине компания «Норильский никель» - обладатель крупнейших запасов палладия в мире.
Применение
Еще одним очень ценным свойством палладия является его относительно низкая цена. Так в конце шестидесятых годов прошлого века он стоил примерно в пять раз меньше, чем платина. Со временем цена на сорок шестой элемент возросла, однако возросли цены и на другие благородные металлы. Именно это качество палладия делает его самым перспективным из всех платиновых металлов, расширяя сферы его использования.
Палладий, как и прочие платиновые металлы - прекрасный катализатор. В его присутствии начинаются и идут при низких температурах многие практически важные реакции, например, процессы гидрогенизации жиров и крекинга нефти. Процессы гидрирования многих органических продуктов палладий ускоряет гораздо лучше, чем такой испытанный катализатор, как никель. Сорок шестой элемент в качестве катализатора используют в производстве ацетилена, многих фармацевтических препаратов, серной, азотной, уксусной кислот, удобрений, взрывчатых веществ, аммиака, хлора, каустической соды и других продуктов органического синтеза.
В аппаратуре химических производств катализатор из палладия чаще всего используют в виде «черни» (в тонкодисперсном состоянии палладий, как и все платиновые металлы, приобретает черный цвет) или в виде окисла PdO (в аппаратах гидрирования). С семидесятых годов XX века палладий активно стала использовать автомобильная промышленность в катализаторах дожигания выхлопных газов (нейтрализаторы). Между прочим, нейтрализаторы необходимы не только для очистки выхлопных газов автомобилей, но и для очистки любых газовых выбросов, например на ТЭЦ. Промышленные установки подобного назначения применяются в США, некоторых странах ЕС и Японии.
Благодаря тому, что водород активно диффундирует через палладий, последний применяют для глубокой очистки водорода. Под небольшим давлением газ пропускают через закрытые с одной стороны палладиевые трубки, нагретые до 600° C. Водород быстро проходит через палладий, а примеси (пары воды, углеводороды, кислород, азот) задерживаются в трубках. Для удешевления процесса используют не чистый палладий, а сплавы его с другими металлами (серебро, иттрий).
Палладий и сплавы на его основе широко используются в электронике - для покрытий, устойчивых к действию сульфидов. Определенное количество этого металла идет на производство реохордов прецизионных сопротивлений высокой точности (аэрокосмическая и военная техника), в том числе в виде сплава с вольфрамом (например, ПдВ-20М). В чистом виде палладий входит в состав керамических конденсаторов, с высокими показателями температурной стабильности ёмкости, которые нашли применение в производстве пейджеров, мобильных телефонов, компьютеров, широкоэкранных телевизоров и прочих электронных приборов. Хлорид палладия PdCl2 применяется в качестве активирующего вещества при гальванической металлизации диэлектриков - в частности, осаждении меди на поверхность слоистых пластиков при производстве печатных плат в электронике.
Необходим сорок шестой элемент и в ювелирном деле, как в качестве компонента сплавов, так и сам по себе. Например, хорошо известное понятие «белое золото», обозначает сплав золота, палладия и некоторых других элементов. Например, «белое золото» 583-й пробы содержит 13 % палладия, а белый драгоценный металл 750-й пробы имеет следующий состав: Au – 75 %, Ag – 4 %, Pd – 21 % (для этой пробы состав может изменяться). «Чистые» палладиевые ювелирные украшения имеют в своем составе примесь рутения в 5 %.
Палладий используется для изготовления специальной химической посуды (например, для производства плавиковой кислоты) - перегонные кубы, сосуды, детали насосов, реторты. Часть металла расходуется на изготовление стойких к коррозии деталей высокоточных измерительных приборов.
В стекольной промышленности сплавы палладия применяют в тиглях для варки стекла, в фильерах для получения искусственного шелка и вискозной нити.
Палладий и его сплавы используются и в медицине - изготовление медицинского инструментария, деталей кардиостимуляторов, зубных протезов. В некоторых странах незначительное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цисплатине.
Производство
Нам известно, что Уильям Хайд Волластон выделил палладий при изучении новейших методов аффинажа платины. Растворяя сырую платину в царской водке и осаждая из раствора нашатырем только чистый благородный металл, химик отметил необычный розовый цвет раствора. Окраску подобного рода нельзя было объяснить присутствием в сырой платине известных примесей, из этого Волластон сделал заключение о наличии неких платиновых металлов в образцах исследуемой им руды.
Подействовав на полученный раствор необычного цвета цинком, английский химик получил осадок черного цвета, который он высушил и попытался повторно растворить в царской водке. Однако не весь порошок удалось растворить. Разведя этот раствор водой и добавив цианид калия (дабы избежать осаждения незначительных количеств платины, оставшейся в растворе), Уильям Волластон получил оранжевый осадок, который при нагревании приобрел серый цвет, а при сплавлении превратился в капельку металла, который ученый попытался растворить в азотной кислоте. Растворимая часть и являлась палладием.
Таким сложным и малопонятным языком сам ученый описывал открытие нового металла. Современные методы получения чистого палладия из природного сырья, основанные на разделении химических соединений платиновых металлов, очень сложны и длительны. Большинство фирм и корпораций, занимающихся аффинажем не расположены делиться своими производственными секретами. Можно лишь сказать, что получение палладия является одной из стадий переработки сырой платины и получения платиновых металлов. Получение металла производится по следующей схеме: из фильтрата, оставшегося после осаждения (NH4)2, в результате аффинажа получают труднорастворимое комплексное соединение дихлордиаммин палладия Cl2, его очищают от примесей других металлов перекристаллизацией из раствора NH4Cl. Прокаливая это соединение в восстановительной атмосфере водорода, получают палладий в виде губки:
Cl2 + H2 → Pd + 2NH3 + 2HCl
Губчатый палладий сплавляют в вакуумной электрической печи высокой частоты. Восстанавливая растворы солей палладия, получают мелкокристаллический палладий - палладиевую чернь. Электроосаждение палладия проводят из нитритных и фосфатных кислых электролитов, в частности с использованием Na2.
Применяют и другие способы аффинажа, в частности, основанные на использовании ионитов.
Известно, что в середине восьмидесятых годов прошлого века ежегодная добыча и производство палладия в западных и развивающихся странах составляла порядка 25-30 тонн. Из вторичного сырья палладия получали не более десяти процентов. В то же самое время на долю СССР приходилось до двух третей от общего мирового производства драгоценного металла. В наше время (по данным 2007 года) производство палладия составило 267 тонн, из них на долю России пришлось 141 тонна, ЮАР - 86 тонн, США и Канада - 31 тонна, прочие страны - 9 тонн. Из этой статистики видно, что производство, как и добыча сорок шестого элемента, возрастает, а роль лидера по-прежнему остается за нашей страной.
Изделия из палладия в основном производят штамповкой и холодной прокаткой. Из данного металла довольно легко можно получить цельнотянутые трубы нужной длины и диаметра. Кроме того, палладий выпускается в слитках 3000-3500 граммов, а также в виде лент, полос, фольги, проволоки и других полуфабрикатов.
На рынке торговли металлами наблюдается стремительный рост спроса на палладий. Возможно, в скором времени существующего предложения на рынке уже будет не хватать для удовлетворения растущего спроса на металл, в результате чего стоимость на палладий поднимется еще выше. Таким образом, палладий становится лучшим объектом для инвестиций среди драгоценных металлов.
Физические свойства
Палладий - благородный платиновый металл серебристо-белого цвета c гранецентрированной кубической решеткой типа медной (а = 0,38902 нм, z = 4). Входя в первую триаду платиноидов палладий, все же по внешнему виду более похож на серебро, чем на платину. В тоже время все три металла внешне весьма схожи, чего не скажешь об их плотности. В этом аспекте палладий (плотность 12,02 г/см3) гораздо ближе к серебру (10,49 г/см3), чем к платине (21,5 г\см3).
Кроме того, что сорок шестой элемент самый легкий из платиновых металлов, он еще и самый легкоплавкий из них - температура плавления Pd 1 552 °С, в то время, как температура плавления платины (Pt) равна 1 769 °С, температура плавления родия (Rh) 1 960 °С, температура плавления рутения (Ru) 2 250 °С, для иридия (Ir) температура плавления составляет 2 410 °С, а температура плавления осмия (Os) превышает 3 000 °С. Такая же ситуация и с температурой кипения платиновых металлов - самая низкая у палладия (3 980 °С), для родия и платины около 4 500 °С, у рутения около 4 900°С, а у иридия (5 300 °С) и осмия (5 500 °С) самые высокие температуры кипения из всех платиноидов.
Другие температурные характеристики сорок шестого элемента: теплоемкость (при температуре 0 °С) 0,058 кал/(г∙°С) или 0,243 кДж/(кг∙К); теплопроводность 0,17 кал/(см∙сек∙°С) или 71 Вт/(м∙К). Линейный коэффициент теплового расширения при 0 °С равен 11,67∙10-6.
Схожесть внешнего вида палладия с серебром и платиной, его способность хорошо полироваться, устойчивость к коррозии и, как следствие, отсутствие потускнения - все эти качества сделали сорок шестой элемент одним из ювелирных металлов. В палладиевой оправе эффектно выделяются драгоценные камни. Большой популярностью пользуются часы в корпусах из белого золота. Казалось бы причем тут палладий? Дело в том, «белое золото» для часовых корпусов - это золото, обесцвеченное добавкой палладия. Хорошо известно свойство палладия «отбеливать» большое количество золота. На другие металлы палладий тоже воздействует благотворно. Так его добавка к титану (менее 1 %) способна превратить этот металл в абсолютно устойчивый к агрессивным средам сплав. Чистый титан способен сопротивляться царской водке и азотной кислоте, но неустойчив к концентрированным соляной и серной кислотам. Легированный же палладием, титан спокойно переносит их воздействие.
Как и платина, палладий пластичный и ковкий металл, который хорошо сваривается, поддается прокатке, протяжке, штамповке и волочению даже при комнатной температуре. Для разогретого палладия эти качества улучшаются, из него удается получать тончайшие листы, проволоку, цельнотянутые трубы нужной длины и диаметра. Твердость по Бринеллю 49 кгс/мм2. Модуль нормальной упругости для сорок шестого элемента составляет 12600 кгс/мм2. Относительное удлинение при разрыве 24-30 %. Предел прочности при растяжении 18,5 кгс/мм2. Примечательно то, что механические характеристики палладия непостоянны, что важно для техники. Так после холодной обработки твердость этого металла возрастает в 2-2,5 раза, но снижается после отжига. Добавки родственных металлов тоже влияют на свойства палладия: добавка 4 % рутения и 1 % родия увеличивает прочность на растяжение вдвое!
Как и все платиновые металлы, палладий парамагнитен, его магнитная восприимчивость χs∙10-6 (при температуре 18 °С) равна 5,4 электромагнитные единицы. Удельное электросопротивление при 0 °С равно 10 Ом∙см∙10-6. Палладий обладает уникальной способностью поглощать водород: в одном объеме палладия при нормальных условиях растворяется более восьмисот объемов водорода. При этом элемент сохраняет металлический вид, но растрескивается и становится хрупким.
Химические свойства
Перед описанием химических свойств палладия необходимо упомянуть о том, что это единственный элемент с предельно заполненной наружной электронной оболочкой: на внешней орбите атома палладия 18 электронов. Какова же важность данного факта? Дело в том, что при таком строении атом просто не может не обладать высочайшей химической стойкостью. Поэтому, на палладий при нормальных условиях не действует даже всесокрушающий фтор. В соединениях палладий бывает двух-, трех- и четырехвалентным, чаще всего двухвалентным. В тоже время, сорок шестой элемент - самый активный из платиновых металлов, близкий по химическим свойствам к платине. На воздухе палладий устойчив до температуры 300-350 °C, после которой начинает окисляться кислородом, образуя на поверхности тусклую пленку оксида палладия PdO:
2Pd + O2 → 2PdO
Что интересно, «перевалив» рубеж в 850 °C оксид палладия PdO разлагается на металл и кислород, и при такой температуре металлический палладий становится устойчивым к окислению вновь.
Палладий не реагирует с водой, разбавленными кислотами, щелочами, гидратом аммиака. Это объясняется положением сорок шестого элемента в ряду стандартных потенциалов, где он находится правее водорода. Зато палладий взаимодействует с концентрированными серной и азотной кислотами, растворяется в царской водке:
Pd + 2H2SO4 → PdSO4 + SO2 + 2H2O
Pd + 4HNO3 → Pd(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O
3Pd + 4HNO3 + 18HCl → 3H2 + 4NO + 8H2O,
а также переходит в раствор при анодном растворении в соляной кислоте. При растворении в царской водке палладий образует гексахлоропалладиевую (IV) кислоту H2, разлагающуюся при кипячении до Н2 и Сl2.
При комнатной температуре палладий реагирует с влажными бромом и хлором:
Pd + Cl2 → PdCl2
Дихлорид палладия PdCl2 - красные кристаллы, легко растворимые в воде и соляной кислоте. Причем в результате последней реакции получается тетрахлоропалладиевая (II) кислота H2.
При температуре 500 °C и выше сорок шестой элемент может взаимодействовать с фтором и другими сильными окислителями, а также с серой, селеном, теллуром, мышьяком и кремнием.
Очень интересно взаимодействие палладия с водородом - металл способен поглощать большое количество этого газа (при комнатной температуре один объем палладия вбирает в себя до 950 объемов водорода) благодаря образованию твердых растворов с увеличением параметра кристаллической решетки. Водород находится в металле в атомарном виде и обладает высокой химической активностью. Поглощение большого объема водорода не проходит бесследно для палладия - металл разбухает, вспучивается, дает трещины. Поглощенный газ легко удаляется из палладия при нагреве до 100 °С в вакууме.
Кроме поглощения водорода палладий обладает свойством транзита данного газа через себя. Так, если в изготовленный из палладия сосуд закачать под давлением водород, а затем нагреть закупоренную емкость, то водород «вытечет» из палладиевого сосуда через стенки, как вода сквозь решето. При 240 °С за одну минуту через каждый квадратный сантиметр палладиевой пластинки толщиной в миллиметр проходит 40 кубических сантиметров водорода, а с повышением температуры проницаемость металла становится еще более значительной.
Как и все платиновые металлы, палладий образует множество комплексных соединений. Комплексы двухвалентного палладия с аминами, оксимами, тиомочевиной и многими другими органическими соединениями имеют плоское квадратное строение и этим отличаются от комплексных соединений других платиноидов. Те почти всегда образуют объемные октаэдрические комплексы. Современной науке известна не одна тысяча комплексных соединений палладия. Некоторые из них приносят практическую пользу - хотя бы в производстве самого палладия.
Палладий - редкий минерал, 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.
Смотрите так же:
СТРУКТУРА
Палладий - переходный металл серебристо-белого цвета с гранецентрированной кубической решёткой типа Cu (a = 0,38902 нм; Z = 4; пространственная группа Fm3m). Элементарная ячейка гранецентрированной кубической решетки представляет собой куб с ребром а. В вершинах куба находятся 8 атомов. Кроме того, в центре каждой из 6 граней находится по одному атому.СВОЙСТВА
Палладий пластичен, микродобавки никеля, кобальта, родия или рутения улучшают механические свойства Pd, повышают твёрдость.
В воде нерастворим; плотность - 12,02 (20 °C, г/см³); в особых условиях образует коллоидный палладий и палладиевую чернь. Из всех металлов платиновой группы палладия является самым легкоплавким.Температура плавления - 1554 °C (в некоторых источниках 1552 °C); температура кипения около 2940 °C. Теплота плавления - 37,8 кал/г; удельная теплоёмкость при 20 °C - 0,0586 кал/(г·град); удельное электросопротивление при 25 °C - 9,96 мкОм/см; теплопроводность - 0,161 кал/(см·сек·град). Парамагнетик, то есть, намагничивается во внешнем магнитном поле в направлении этого поля.
В чистом виде палладий обладает красивым серебристо-белым цветом. Как и у всех благородных металлов, его цвет не меняется со временем.
Палладий в чистом виде довольно мягкий металл. Его твердость составляет 373 МПа по Бринеллю, что примерно соответствует твердости платины (392 МПа) и превосходит твердость золота и серебра (245 МПа). Твердость чистого палладия возрастает при холодной обработке ковкой или прокаткой. При отжиге твердость снова уменьшается. Чистый палладий нельзя использовать в ювелирных украшениях, они будут крайне чувствительными к механическим воздействиям. Однако, добавление к палладию небольшого количества других металлов, особенно никеля или рутения, значительно увеличивает его твердость. К примеру, для производства ювелирных изделий в Европе и Северной Америке используется палладий 950 пробы, т.е. украшение содержит 95% чистого палладия. Остальные 5% обычно составляет рутений или медь. В России для изготовления украшений используются сплавы палладия с серебром и никелем 500 или 850 пробы, сплав с медью 850 пробы. Износоустойчивость ювелирных изделий из палладия примерно равна платиновым и выше, чем у золотых и серебряных изделий.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Геологи подсчитали, что в недрах Земли палладий занимает долю в 6%. То есть, этого благородного металла в недрах вдвое больше, чем золота. 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.
Поставки палладия в мире в 2007 году составили 267 тонн (в том числе Россия - 141 тонна, ЮАР - 86 тонн, США и Канада - 31 тонна, прочие страны - 9 тонн). Потребление палладия в 2007 году составило в автомобильной промышленности 107 тонн, в производстве электроники - 40 тонн, в химической промышленности - 12 тонн.
Главным образом, палладий получают при переработке сульфидных руд никеля, серебра и меди.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
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.)
ПРИМЕНЕНИЕ
Палладий часто применяется как катализатор, в основном, в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти.Хлорид палладия используется как катализатор и для обнаружения микроколичеств угарного газа в воздухе или газовых смесях.
Хлорид палладия применяется в гальванотехнике, как активирующее вещество при гальванической металлизации диэлектриков - в частности, осаждении меди на поверхность слоистых пластиков при производстве печатных плат в электронике.
Палладий и сплавы палладия используется в электронике - для покрытий, устойчивых к действию сульфидов (преимущество перед серебром).
В частности, палладий постоянно расходуется для производства реохордов прецизионных сопротивлений высокой точности (военная и аэрокосмическая техника), в том числе в виде сплава с вольфрамом (например, ПдВ-20М). Применение в данных узлах обусловлено высокой износоустойчивостью палладия, что идеально подходит для его использования в контактных группах. К слову говоря, реохорды из палладиевой проволоки широко применялись и в аппаратуре гражданского назначения, а палладий в чистом виде применялся в контактах шаговых переключателей контрольно-самопишущих машин, в контактах и струнах МКС (многократных координатных соединителях) АТСК (автоматических телефонных станций координатных) производства с 1982 по 1987 года СССР.
Палладий входит также в состав керамических конденсаторов (тип КМ), с высокими показателями температурной стабильности ёмкости в высокочастотной аппаратуре радиовещания, радиосвязи, телевидения.
В сплавах, используемых в ювелирном деле (например, для получения сплава золото-палладий - так называемое «белое золото»). Палладий даже в небольшой концентрации в сплаве (около 1 %) изменяет цвет сплава на основе золота из жёлтого в серебристо-белый. Основные сплавы палладия с серебром, используемые в ювелирном деле, имеют пробы 500 и 850 по серебру (так как наиболее технологичны при механической обработке и декоративны). Из палладия иногда чеканятся памятные монеты ограниченным тиражом.
Из палладия и его сплавов изготавливают медицинские инструменты, детали кардиостимуляторов, зубные протезы;
В некоторых странах незначительное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине.
Палладий (англ. Palladium) — Pd
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.14-20 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AF.10 |
| Dana (7-ое издание) | 1.2.1.4 |
| Dana (8-ое издание) | 1.2.1.4 | Hey’s CIM Ref | 1.66 |