Palladium


Palladium
Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Palladium, Pd, 46
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 10, 5, d
Aussehen silbrig, weiß, metallisch
CAS-Nummer 7440-05-3
Massenanteil an der Erdhülle 0,011 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 106,42 u
Atomradius (berechnet) 140 (169) pm
Kovalenter Radius 139 pm
Van-der-Waals-Radius 163 pm
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d10 5s0
1. Ionisierungsenergie 804,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1870 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 3177 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 11,99 g/cm3 (20 °C)[3]
Mohshärte 4,75
Magnetismus paramagnetisch (χm = 8,0 · 10−4)[4]
Schmelzpunkt 1828,05 K (1554,9 °C)
Siedepunkt 3236 K (2963[5] °C)
Molares Volumen 8,56 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 380 kJ/mol
Schmelzwärme 16,7 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 3070 m/s
Elektrische Leitfähigkeit 9,26 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 72 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände 0, +2, +4
Oxide (Basizität) PdO (leicht basisch)
Normalpotential 0,915 V
(Pd2+ + 2 e → Pd)
Elektronegativität 2,20 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE (MeV) ZP
102Pd

1,02 %

Stabil
103Pd

{syn.}

16,991 d ε 0,543 103Rh
104Pd

11,14 %

Stabil
105Pd

22,33 %

Stabil
106Pd

27,33 %

Stabil
107Pd

{syn.}

6,5 · 106 a β 0,033 107Ag
108Pd

26,46 %

Stabil
109Pd

{syn.}

13,7012 h β 1,116 109Ag
110Pd

11,72 %

Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
E fL bei
B = 4,7 T
in MHz
105Pd 5/2 1,23 · 107 0,000253 4,58
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [6]

Pulver

02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228-315-319-335
EUH: keine EUH-Sätze
P: 210-​261-​305+351+338 [6]
Gefahrstoffkennzeichnung [7]

Pulver

Leichtentzündlich Reizend
Leicht-
entzündlich
Reizend
(F) (Xi)
R- und S-Sätze R: 11-36/37/38
S: 7/9-16-26-36
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Palladium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pd und der Ordnungszahl 46. Das seltene silberweiße Übergangsmetall zählt zu den Platinmetallen, im Periodensystem steht es in der 5. Periode und der 10. Gruppe (früher Teil der 8. Nebengruppe) oder Nickelgruppe. Es ähnelt im chemischen Verhalten sehr dem Platin.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Palladium wurde 1803 von William Hyde Wollaston entdeckt. Er benannte es 1804 nach dem zwei Jahre vorher entdeckten Asteroiden Pallas. Wollaston fand das Element 46 in südamerikanischem Platinerz aufgrund zu geringer Ausbeuten an Platin aus in Königswasser aufgelösten Proben.[8][9]

2010 geriet es ins Blickfeld der Weltöffentlichkeit: Drei Forscher erhielten den Chemie-Nobelpreis für ein Verfahren, das mit Hilfe von Palladium als Katalysator effiziente Wege ermöglicht, Kohlenstoffatome zu komplexen Molekülen zu verbinden.

Vorkommen

Palladiumfördermengen 2005

Metallisches Palladium und palladiumhaltige Legierungen in Fluss-Seifen befinden sich im Ural, Australien, Äthiopien und in Nord- und Südamerika. Sie sind aber seit Jahrzehnten weitestgehend ausgebeutet.

Heute wird es meist aus Nickel- und Kupfererzen gewonnen. Ungefähr 40 % stammen aus russischer Förderung.

Mit der Altwagenentsorgung wird der Anteil des recycelten Palladiums aus den Abgaskatalysatoren ansteigen. Über die Möglichkeit der Gewinnung von Palladium aus abgebrannten Brennelementen, siehe Edelmetallsynthese. Durch Di-n-hexylsulfid kann Palladium selektiv von anderen Metallen aus salzsauren Lösungen abgetrennt werden.

→ Platinmetalle/Tabellen und Grafiken

Eigenschaften

Palladium, 99,99 % rein

Physikalische Eigenschaften

Palladium ist ein Metall und das zweite Element der Nickelgruppe. Es hat von den Elementen dieser Gruppe den niedrigsten Schmelzpunkt und ist auch am reaktionsfreudigsten. Bei Raumtemperatur reagiert es jedoch nicht mit Sauerstoff. Es behält an der Luft seinen metallischen Glanz und läuft nicht an. Bei Erhitzung auf etwa 400 °C läuft es aufgrund der Bildung einer Oxidschicht aus Palladium(II)-oxid stahlblau an. Bei etwa 800 °C zersetzt sich das Oxid wieder wobei die Oberfläche wieder blank wird. Im geglühten Zustand ist es weich und duktil, bei Kaltverformung steigt die Festigkeit und Härte aber schnell an (Kaltverfestigung). Es ist dann deutlich härter als Platin. Bei Temperaturen über 500 °C reagiert Palladium empfindlich auf Schwefel und Schwefelverbindungen (z. B. Gips). Es bildet sich Palladium(II)-sulfid, welches zur Versprödung von Palladium und Palladiumlegierungen führt.[10]

Chemische Eigenschaften

Palladium ist ein Edelmetall, auch wenn es deutlich reaktiver ist als das verwandte Element Platin: Es löst sich in Salpetersäure, wobei Palladium(II)-nitrat Pd(NO3)2 gebildet wird. Es löst sich ebenfalls in Königswasser und in heißer konzentrierter Schwefelsäure. In Salzsäure löst es sich bei Luftzutritt langsam auf unter Bildung von PdCl42−. Der Edelmetallcharakter von Palladium ist dem des benachbarten Silbers vergleichbar: In Salzsäure verhält es sich aufgrund der Bildung von leichtlöslichen Palladiumchloridverbindungen unedel. In feuchter Atmosphäre bei Anwesenheit von Schwefel wird die Oberfläche von Palladium getrübt.

Palladium besitzt die höchste Absorptionsfähigkeit aller Elemente für Wasserstoff. Diese grundlegende Entdeckung geht auf Thomas Graham im Jahre 1869 zurück. Bei Raumtemperatur kann es das 900-fache, Palladiummohr das 1200-fache und kolloidale Palladiumlösungen das 3000-fache des eigenen Volumens binden. Man kann die Wasserstoffaufnahme als Lösen von Wasserstoff im Metallgitter und als Bildung eines Palladiumhydrids mit der ungefähren Zusammensetzung Pd2H beschreiben[11]. Bei 30 °C und Normaldruck entspricht das maximale Wasserstoff-Palladium-Verhältnis der Formel PdH0,608.

Gewöhnlich nimmt es die Oxidationsstufen +2 und +4 an. Bei Verbindungen der scheinbaren Oxidationsstufe +3 handelt es sich um Pd(II)/Pd(IV)-Mischverbindungen. In neueren Untersuchungen konnte auch sechswertiges Palladium dargestellt werden. Es sind aber auch die Oxidationsstufen 0 [Pd(PR3)4], +1 oder +5 möglich.

Sicherheitshinweise

In kompakter Form nicht brennbar, jedoch als Pulver oder Staub leicht entzündlich.

Verwendung

Feinverteilt ist Palladium ein exzellenter Katalysator zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen, insbesondere Hydrierungen und Dehydrierungen (Addition und Eliminierung von Wasserstoff), sowie zum Cracken von Kohlenwasserstoffen.[12]

Weitere Anwendungen:

  • Abgaskatalysatoren für Ottomotoren. (Palladium verdrängt das teurere Platin.)[13][14]
  • Schmuckwaren (vor allem in Ostasien)
  • Damen-/Herrenuhren
  • Weißgold (Palladium "entfärbt" Gold)
  • Platintiegel (80 % Pt, 20 % Pd)
  • Feinstfolien. Analog zum Blattgold kann Palladium zu 0,01 µm dünnen Folien ausgewalzt werden.
  • Durch heißes Palladiumblech diffundiert Wasserstoff praktisch ohne Widerstand, wodurch man es zum Reinigen von Wasserstoff verwenden kann. In heißem Palladium besitzt Wasserstoff ein hohes Diffusionsvermögen.[15]
  • Kontaktwerkstoffe für Relais in Kommunikationsanlagen
  • Zahnersatz[16]
  • Medizinische Instrumente
  • Elektrodenwerkstoffe für Brennstoffzellen und Zündkerzen (Luftfahrt)
  • Pd/Ni-Legierungen als Ersatz für Gold in der Elektroindustrie (z.B. bei der galvanischen Beschichtung von Kontakten)
  • Nanotechnologie (dient als Katalysator, um z. B. molekulare Verbindungen herzustellen)[15]
  • Anlagemünzen, z.B. Palladium Maple Leaf
  • Federn für Füllfederhalter
  • p-Kontakt für galliumnitridbasierte Halbleiterbauelemente
  • zum Legieren des Werkstoffes Titan, als Grade 7 und Grade 11 Legierung[17]
  • in GASFET Sensoren als Gate
  • In der Leiterplattenbeschichtung: Der Kunststoff, teils auch nur Bohrungen (Bekeimung), wird mit Palladium beschichtet, um darauf eine Kupfer- oder Messingschicht aufzubringen.

Verbindungen

→ Kategorie:Palladiumverbindung

Siehe auch

  • Platinmetalle/Tabellen und Grafiken (z.B. Palladiumpreis und Palladiumfördermengen)

Weblinks

 Commons: Palladium – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Palladium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Palladium) entnommen.
  3. N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1469.
  4. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  5. David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90th Edition. CRC Press. Boca Raton, Florida, 2009; Section 4, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-79.
  6. a b Datenblatt Palladium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 16. April 2011.
  7. Eintrag zu Palladium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
  8. William Hyde Wollaston: On a New Metal, Found in Crude Platina. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1804, 94, S. 419–430; doi:10.1098/rstl.1804.0019 (Volltext).
  9. William Hyde Wollaston: On the Discovery of Palladium; With Observations on Other Substances Found with Platina. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1805, 95, S. 316–330; doi:10.1098/rstl.1805.0024 (Volltext).
  10. Günther Rau, Reinhold Ströbel: Die Metalle: Werkstoffkunde mit ihren chemischen und physikalischen Grundlagen, ISBN 978-3-929360-44-8, S. 66.
  11. J. G. Aston, Paul Mitacek, Jr.: Structure of hydrides of palladium, in: Nature (London, United Kingdom) (1962), 195, S. 70–71.
  12. Jie Jack Li, Gordon W. Gribble; Palladium in Heterocyclic Chemistry: A Guide for the Synthetic Chemist; ISBN 978-0-08-045117-6.
  13. Ruhr-Uni Bochum: Palladium-Katalysator
  14. FAZ: „Palladium winkt eine Renaissance“ Palladium als Katalysator
  15. a b Katalysatoren zur Wasserreinigung(PDF)
  16. Palladium als Zahnfüllungsmaterial
  17. http://www.metaltec.de/html/ti_grades/grade_7.html

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