鈀(bǎ,英語:Palladium),一種金屬元素,位于元素周期表第五周期第ⅧB族,化學符號為Pd,原子序數為46,原子量為106.42g/摩爾,屬于鉑族金屬,是一種具有光澤的銀白色金屬,立方晶系,相對密度為12.023g/cm3(20℃),熔點1554.8 ℃,沸點2963 ℃。
鈀質地較軟,具有較好的延展性和可塑性。鈀的化學性質較穩定,耐酸腐蝕,可與多種金屬、非金屬物質發生反應。
鈀主要作為催化劑應用于各類化學反應中,可用于制造珠寶飾品、牙科材料、電子器件等。鈀具有優良的加氫催化活性,在新能源領域中有著重要地位。
鈀對皮膚和眼部有刺激作用,接觸后應立即用清水沖洗,并及時就醫。
發現歷史
1803年,英國化學家威廉?海德?沃拉斯頓(William Hyde Wollaston)用王水溶解鉑礦時,發現了鈀。鈀是航天、航空等高科技領域不可缺少的關鍵材料之一。他最開始為紀念小行星“谷神星”將這種金屬命名為:“Ceresium”,并以“PI”為其元素符號。但是,最終他確定 “Palladium”(中文譯為鈀)為新金屬的名字,并“Pd”為元素符號,用于紀念小行星“Pallas Athena”的發現。
1803年4月,部分科學家對新金屬“Palladium”的出現持懷疑態度。基于此,英國化學家契尼維克斯(Richard Chenevix),對新金屬“Palladium”的性能和化學性質進行檢測,最終證明“Palladium”不是由鉑與其他元素形成的合金,確實是一種具有與鉑不同性質的新元素。
理化性質
物理性質
鈀是一種類似鉑的銀白色金屬,質地較軟,具有較好的延展性和可塑性,在鉑族金屬中密度和熔點最低,密度為12.023g·cm?3,熔點為1555 ℃。退火時柔軟且具有延展性,冷加工時可提升強度和硬度。
化學性質
鈀具有0、+1、+2、+3、+4價態,其中+2與+4價最常見。鈀化學性質較穩定,耐酸腐蝕,可緩慢溶于熱發煙硝酸、熱濃硫酸以及常溫狀態下的王水。常溫下鈀不與氧發生反應,但加熱至800℃時,鈀會與氧氣反應生成氧化鈀。鈀還可有效地催化各類加氫反應、歧化反應、氧化反應、異構反應等。
與金屬反應
鈀可與金屬在高溫下熔融。
與非金屬反應
鈀可在碳粉存在條件下與二氧化硅反應。常溫下鈀不與氧發生反應,但加熱條件下金額與純氧反應生成黑色的氧化鈀。鈀與氟氣(F?)在可控條件下進行反應,可以生成三氟化鈀,還可與氯等鹵族元素反應,生成氯化鈀、溴化鈀等。
與酸反應
與堿反應
鈀可與氫氧化鈉或氫氧化鉀熔液發生反應,但不與氫氧化鈉水溶液發生反應。
與鹽反應
鈀可與硫酸氫鹽反應生成硫酸鈀,還可在鹽酸、硫酸同時存在的條件下與氯酸鹽反應生成氯鈀酸,還可與氯化銅等鹽類發生反應生成氯化鈀。
與有機物反應
化合物
氧化鈀
純鈀粉與純氧在750~800℃下反應生成純的黑色氧化鈀。氧化鈀可用作催化劑催化反應的進行。
二氯化鈀
鈀可與熱鹽酸直接反應生成二氯化鈀。PdCl2的硝酸溶液可與冰醋反應,生成乙酸鈀,還可與配體反應,生成具有平面正方形結構的配位化合物。二氯化鈀可以用來制造各種鈀催化劑。
硝酸鈀
鈀的絡合物
鈀可與配體反應形成多種零價鈀的絡合物。
生成的鈀配位化合物具有較強的反應活性,是催化偶聯反應的催化劑之一。
應用領域
催化領域
納米級鈀材料具有優異的催化活性,可有機小分子電氧化和無機化合物小分子電還原反應的進行。鈀可與銅聯合使用,制成具有較高催化活性的納米顆粒。鈀還可作為外消旋化催化劑應用于動態動力學拆分中,具有催化效率高、選擇性強、易制備和能夠循環利用等優點。鈀還具有較高的氫氣活化性能,可作為炔烴半加氫反應中的催化劑使用。石油精煉時,用鈀作催化劑可以提高汽油中的辛烷值并分離出芳香族碳氫化合物。在化學工業中,鈀也有重要應用:生產硝酸時用鉑銠合金作催化劑,為了回收鉑銠,會在催化劑外面放置鈀金合金的罩子以吸收鉑銠;此外,在用蒽醌法生產過氧化氫和植物油的硬化過程中,鈀也是關鍵催化劑。
電子器件
電子電器工業中使用鈀制成觸頭,用于電話替續器的制造。純鈀制成的鋤頭能有效降低噪音,延長電話替續器的壽命。此外,電子電器工業中還將含有60%鈀的鈀銀合金制成精密電阻、60%鈀的鈀銅合金制成大容量繼電器的觸頭、鈀釕合金制成厚膜線路上的電容和電阻及振動式電壓調壓器中的觸頭。
醫療領域
鈀具有良好的耐腐蝕性,同時與人體皮膚和體液具有良好的相容性,不易產生毒性和過敏的癥狀,因此常用Pd950合金等作為牙科材料用于制造齒冠、牙橋和其他牙科假體。此外,由于鈀的同位素具有放射性,可激活人體基因,進而誘導癌細胞凋亡,常用于治療癌癥腫瘤。
鈀還可與聯合,作為X線鉬鈀對人體乳腺進行攝影,進而用于判斷人體乳腺纖維腺瘤癌變情況。
珠寶飾品
鈀可制成合金,應用于珠寶領域。高成色的鈀合金飾品包括Pd990、Pd950、Pd850三種,其中Pd950使用數量最多。生活中,鈀合金如銅鈀合金、銀鈀合金可用于制作戒指、耳環、胸花飾品、鏈扣等。
新能源領域
鈀可制成鈀基非晶合金粉末,利用其自身優良的加氫催化活性、耐腐蝕性、高強度的特性,作為燃料電池的陽極催化劑使用。此外由于鈀可以高效的吸收氫氣,形成氫化鈀PdHx(x<1),且在x接近1之前不會失去延展性,因此常用于制造氫儲存設備。
其他應用
鈀還可用于制造專業的橫向長笛。同時,鈀也是一種貴金屬投資商品,在經濟金融領域有著重要地位。鈀的重要用途之一是凈化汽車尾氣。汽車的排氣管路中有一個三元催化器(裝載了鈀、銠、鉑三種金屬),可以促進尾氣中的一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化合物與氧氣反應,轉化為水、氮氣和二氧化碳等較清潔物質。 該特性使鈀在環境保護中具有顯著優勢和發展前景。
礦產資源提煉
選擇性沉淀
基于分組溶解和沉淀的方法使鈀從鉑族金屬共生的鉑礦中分離。可通過加入硝酸、氯等氧化劑,將二價鈀氧化為四價鈀,再加入(NH4)2PdCl6生成鈀的沉淀從而將鈀分離。反應方程式如下:
還可采用氨配合法分離鈀。通過加入NH3·H2O使其他雜質生成氫氧化物沉淀,通過過濾除去。再向溶液中加入HCl酸化,生成淡黃色的Pd(NH3)2Cl2沉淀,烘干并在氫氣氣氛中500~600℃下煅燒獲得Pd。反應方程式如下:
溶劑萃取分離
基于貴金屬不同配位化合物與萃取劑交互反應的差異,選擇胺、硫醚、亞砜等有機溶劑作為萃取劑達到將鈀分離的目的。
吸附沉淀
可采用活性炭、離子交換樹脂(具有活性基團的均聚物)等選擇性交換吸附鈀元素。
濕法冶煉
可以把銅、鎳的生產過程中生成的副產物作為原料,用濕法冶煉制得。濕法即把已提取鎳、銅后的殘留組分作為原料,加入王水進行抽提,過濾,向濾液中加入氨和鹽酸進行反應,生成氯鈀酸銨沉淀。經精煉,過濾,把氯鈀酸銨用氫氣還原,制得約99.95%鈀成品。
分布情況
鈀的宇宙豐度為0.675,太陽系豐度為1.39。地球上,鈀在地球各圈層中含量較少,其中在地核中含量最多,為5.5*10-6;下地幔次之,為0.12*10-6;上地幔含量為0.09*10-6;地殼中含量極微,為0.01*10-6;平均含量為1.8*10-6。鉑族元素在自然界中主要以自然金屬和金屬互化物、硫化物等礦物形式存在,如硫鈀鉑礦((PtPd)S)、砷鈀礦(Pd5As2)等。
供應全球鈀的礦石主要來源于美國“Stillwater Complex”火成巖礦層、俄羅斯“Noril’sk-Talnakh”火成巖礦層、南非“Bushveld Complex”火成巖礦層和津巴布韋“Great Dyke”火成巖礦層。2006年探明的鈀資源儲量約為8700噸,主要集中在南非地區。
物質結構
鈀的電子組態為[Kr] 4d105s0,恩里科·費米表面形狀復雜,由兩個電子面與兩個帶d帶空穴面組成,存在空穴費米面,平均空穴數為0.375,費米能量為1.123*10-18J。
鈀的晶體結構為密堆型立方晶系[Cu(Al)型],配位數為12。20℃下,鈀的晶格常數為0.38902nm,原子間距為0.27508nm。
同位素
自然界中存在的鈀具有七種不同的同位素,其中六種是穩定存在的,106Pd豐度最高。人造鈀的同位素中質量數為125~128和91的同位素最穩定,107Pd半衰期最長,為650萬年。當同位素的原子質量小于自然界中最穩定存在的同位素(106Pd)時,最主要的衰變模式為電子捕獲,主要的衰變產物為(Rh);當同位素的原子質量大于106Pd時,其主要的衰變模式為β衰變,主要的衰變產物為銀(Ag)。103Pd半衰期為17天,100Pd半衰期為3.63天,101Pd半衰期為8.47小時、109Pd半衰期為13.7小時、112Pd半衰期為21小時,此外其他鈀的同位素半衰期均小于30分鐘。
安全事宜
代謝
生命體內一般不含鈀,進入生命體的鈀不參與體內的任何生化代謝。經口攝入的鈀及其鹽類,幾乎全部通過糞便排出體外;吸入的鈀及其鹽類絕大多數滯留于肺部;注射可溶性鈀鹽后,鈀鹽經由血液迅速轉移到其他器官,經肝腎等器官后,主要通過尿液排出體外。
毒性
鈀及其鹽類的急性毒性比鉑及其鹽類高。實驗證明家兔靜脈快速注入0.6mg/ kg 鈀鹽可迅速致死,主要原因為內臟壞死,腹腔臟器粘連。少量的鈀鹽攝入不會立即致死,但會導致生長遲緩,個別生物體內長出惡性腫瘤。鈀對人的皮膚和眼部有刺激作用,接觸可能引起接觸性皮炎、紅斑和水腫。
急救措施
眼睛接觸應立即用清水沖洗眼睛,在前往醫院的過程中,用生理鹽水連續沖洗。攝入鈀后,不要使用催吐劑,若誤食者能夠吞咽,可漱口,并以5毫升/公斤的水量進行稀釋。
參考資料 >
Palladium | Pd | CID 23938 - PubChem.PubChem.2023-06-16
金屬鈀的獨特性能.郴州市市場監督管理局.2023-06-29
Palladium | Pd | CID 23938 - PubChem.pubchem.2023-05-17
鈀.中國大百科全書.2025-06-03