Палладий (химический элемент)

Палладий относится к редким элементам; содержание в земной коре составляет 1·10^–6 % по массе. В природе встречается в сульфидных медно-никелевых рудах в виде собственных минералов [известно около 30, важнейшие – фрудит PdBi₂ , стибиопалладинит Pd₃ Sb, звягинцевит Pd₃ Pb, брэггит (Pd, Pt, Ni)S] и как изоморфная примесь в минералах никеля и/или меди. В России подобные руды встречаются в Норильском промышленном районе, причём содержание Pd в них в 4–5 раз превышает содержание Pt; в мире – в ЮАР, Зимбабве, Канаде, США, Австралии. Палладий входит также в состав шлиховой платины (Восточная Сибирь). См. также Платиновые руды.

Элемент открыт в 1803 г. У. Х. Волластоном при исследовании самородной платины и назван в честь открытия астероида Паллады.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома палладия 4d¹⁰ ; степени окисления от +1 до +6 (наиболее устойчива +2); электроотрицательность по Полингу 2,2; атомный радиус 140 пм; ионный радиус для Pd(II) 78 пм и 100 пм (координационное число 4 и 6), для Pd(III) 90 пм (координационное число 6). При нормальных условиях палладий – серебристо-белый металл; кристаллическая решётка гранецентрированная кубическая; t_пл 1554 °С (самая низкая по сравнению с другими платиновыми металлами), t_кип 2940 °С, плотность 12 020 кг/м³ , теплопроводность 75,3 Вт/(м·К), коэффициент термического расширения 1,17·10^–5 К^–1 (при температуре 0–100 °С), удельное электрическое сопротивление 10,8·10^–8 Ом·м; парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость 6,7·10^–8 м³ /кг.

Палладий – пластичный металл, легко поддаётся ковке, штамповке, прокатке, протяжке, хорошо полируется и сваривается. Из него удаётся получать тончайшие листы и тонкую проволоку. Палладий упрочняется при холодном деформировании, но становится мягче после отжига. Для отожжённого палладия модуль упругости 117 ГПа, относительное удлинение 25–40 %; твёрдость по Виккерсу 37–39.

Палладий обладает наиболее высокой химической активностью по сравнению с другими металлами платиновой группы: растворяется при нагревании в концентрированной азотной кислоте и концентрированной серной кислоте, в царской водке. Окисляется на воздухе с образованием тусклой плёнки PdO. Может быть переведён в раствор действием хлора на суспензию металлического порошка в разбавленной соляной кислоте либо путём анодного растворения постоянным током в соляной кислоте. С кислородом палладий образует оксид PdO (порошок чёрного цвета, устойчив до температуры 800–850 °С, выше которой разлагается до металла) и диоксид PdO₂ (порошок тёмно-красного цвета, сильный окислитель). Палладий обладает способностью обратимо поглощать водород: при комнатной температуре один объём Pd поглощает свыше 800 объёмов H₂ .

Палладий непосредственно реагирует при температуре красного каления с фтором, хлором, бромом и иодом с образованием соединений состава PdX₂ (Х – галоген, кроме фтора); при взаимодействии с фтором образуется трифторид PdF₃ . Галогениды палладия – коричневые (PdI₂ – чёрный) кристаллические порошки. Наиболее изучен дихлорид PdCl₂ . Его получают обычно растворением Pd в царской водке с последующим многократным упариванием образующегося раствора тетрахлоропалладиевой кислоты H₂ [PdCl₄ ], которая существует только в растворе. PdCl₂ – неорганический полимер, образованный мостиковыми атомами хлора. Раствор PdCl₂ в спирте является очень чувствительным реактивом на СО, т. к. образует с ним карбонилхлорид состава PdCOCl₂ . Будучи халькофильным элементом, Pd образует многочисленные соединения с серой, селеном и теллуром (например, с серой – моносульфид PdS и дисульфид PdS₂ – практически нерастворимые в воде порошки коричнево-чёрного цвета, а также PdSe, PdSe₂ , PdTe₂ ).

Палладий образует многочисленные комплексные соединения, а также палладийорганические соединения. Наиболее изученными и распространёнными являются комплексные хлориды состава M₂ [PdCl₄ ] (${\displaystyle M-Na}$, ${\displaystyle K}$, ${\displaystyle NH_{4}^{+}}$, ${\displaystyle Rb}$, ${\displaystyle Cs}$), комплексные катионы, например [Pd(NH₃ )₄ ]²⁺ , органические катионы. В водных растворах комплексы палладия гидролизуются. При нитровании хлоридных комплексов образуются нитрокомплексы состава [Pd(NO₂ )₄ ]^2– . Сульфаты PdSO₄ и PdSO₄ · 2H₂ O – типичные координационные соединения, отличающиеся способами координации группы SO₄ к центральному атому. При использовании в качестве лигандов фосфинов, арсинов, изонитрилов и других стабилизируется состояние Pd(0) и Pd(I), для которых также описаны многочисленные комплексные соединения.

Получают палладий в процессе аффинажа платиновых концентратов, заключительной стадией которого выступает термическое разложение транс-изомера [Pd(NH₃ )₂ Cl₂ ]. В свою очередь, платиновые концентраты получают из шламов электролиза никеля и меди. Годовое производство палладия в 2019 г. составило 210 т.

Главным производителем палладия в мире является Россия, определяющая также конъюнктуру рынка этого металла. Основные области применения палладия – катализ (палладиевые катализаторы применяются в химической и нефтехимической промышленности, в автомобильном транспорте для очистки выхлопных газов), электроника, электротехника, а также медицина (в частности, широко используются стоматологические палладийсодержащие сплавы). Перспективная область применения палладия – ювелирная промышленность.