發(fā)現(xiàn)過程
1803年,,英國化學家武拉斯頓從鉑礦中又發(fā)現(xiàn)了一個新元素,。他將天然鉑礦溶解在王水中,除去酸后,,滴加氰化汞(Hg(CN)2)溶液,,獲得黃色沉淀。將硫磺,、硼砂和這個沉淀物共同加熱,,得到光亮的金屬顆粒。他稱它為palladium(鈀),,元素符號定為Pd,。這一詞來自當時發(fā)現(xiàn)的小行星Pallas,源自希臘神話中司智慧的女神巴拉斯Pallas,。
武拉斯頓發(fā)現(xiàn)鈀重要的一步是選用氰化汞,。盡管氰化汞溶液中幾乎不含有氰離子(CN-),但是當鈀的離子(Pd2 )與它相遇時,,卻立即生成淡黃色的氰化鈀(Pd(CN)2)沉淀,,而其他鉑系元素是不會形成這種氰化物沉淀的。
物理性質
鈀是銀白色過渡金屬,,較軟,,有良好的延展性和可塑性,能鍛造,、壓延和拉絲,。塊狀金屬鈀能吸收大量氫氣,使體積顯著脹大,變脆乃至破裂成碎片,。
常溫下,,1體積海綿鈀可吸收900體積氫氣,1體積膠體鈀可吸收1200體積氫氣,。加熱到40~50℃,,吸收的氫氣即大部釋出,廣泛地用作氣體反應,,特別是氫化或脫氫催化劑,,還可制作電阻線、鐘表用合金等,。
第五周期Ⅷ族鉑系元素
元素類型:金屬元素
原子序數(shù):46
質子數(shù):46
原子量:106.42
熔點:1554℃
沸點:2970℃
密度:12.02g/cm3(20℃)
莫氏硬度:4.75
聲音在其中的傳播速率:3070m/s
元素含量:在太陽中的含量:0.003ppm,、太平洋表面:0.000000019ppm、地殼中含量:0.0006ppm
化學性質
主要化合物二氯化鈀(PdCl2),、四氯鈀酸鈉(Na2PdCl4)和二氯四氨合鈀,。化學性質不活潑,,常溫下在空氣和潮濕環(huán)境中穩(wěn)定,,加熱至800℃,鈀表面形成一氧化鈀薄膜,。鈀能耐氫氟酸,、磷酸、高氯酸,、鹽酸和硫酸蒸氣的侵蝕,,但易溶于王水和熱的硫酸及濃硝酸。熔融的氫氧化鈉,、碳酸鈉,、過氧化鈉對鈀有腐蝕作用。鈀的氧化態(tài)為 2,、 3,、 4。鈀容易形成配位化合物,,如K2[PdCl4],、K4[Pd(CN)4]等。
晶體結構:晶胞為面心立方晶胞,,每個晶胞含有4個金屬原子。
晶胞參數(shù):a = 389.07 pm,,b = 389.07 pm,,c = 389.07 pm,α = 90°,β = 90°,,γ = 90°
電子層排布: 2-8-18-18
電離能 (kJ /mol):
M - M 805
M - M2 1875
M2 - M3 3177
M3 - M4 4700
M4 - M5 6300
M5 - M6 8700
M6 - M7 10700
M7 - M8 12700
M8 - M9 15000
M9 - M10 17200
生產(chǎn)方法
工業(yè)生產(chǎn)可從礦石用干法制造,;亦可以銅、鎳的硫化礦制取銅,、鎳的生產(chǎn)過程中生成的副產(chǎn)物作為原料,,用濕法冶煉制得。濕法把已提取鎳,、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(jīng)精煉,,過濾,,把氯鈀酸銨用氫氣還原,制得約99.95%鈀成品,。
主要來源
可由鉑金屬的自然合金分出,。鈀在地球上的儲量稀少,采掘冶煉較為困難,,屬稀貴金屬系列金,、銀、鉑,、鈀,、釕、銥的范疇,。鈀在地殼中的含量為0.0006ppm,,常與其他鉑系元素一起分散在沖積礦床和砂積礦床的多種礦物(如原鉑礦、硫化鎳銅礦,、鎳黃鐵礦等)中,。獨立礦物有六方鈀礦、鈀鉑礦引,、一鉛四鈀礦,、銻鈀礦、鉍鉛鈀礦,、錫鈀礦等,,還以游離狀態(tài)形成自然鈀。
鈀的熔點是鉑族金屬中最低的,。
主要用途
鈀是航天,、航空,、航海、兵器和核能等高科技領域以及汽車制造業(yè)不可缺少的關鍵材料,,也是國際貴金屬投資市場上的不容忽略的投資品種,。
氯化鈀還用于電鍍;氯化鈀及其有關的氯化物用于循環(huán)精煉并作為熱分解法制造純海綿鈀的來源,。一氧化鈀(PdO)和氫氧化鈀[Pd(OH)2]可作鈀催化劑的來源,。四硝基鈀酸鈉[Na2Pd(NO3)4]和其他絡鹽用作電鍍液的主要成分。
鈀在化學中主要做催化劑,;鈀與釕,、銥、銀,、金,、銅等熔成合金,可提高鈀的電阻率,、硬度和強度,,用于制造精密電阻、珠寶飾物等,。而最常見和最有市場價值鈀金首飾的合金是鈀金,。
主要用于制催化劑,還用于制造牙科材料,、手表和外科器具等,。
相關產(chǎn)物
鈀金
鉑族的一員,元素符號Pd,,外觀與鉑相似,,呈銀白色金屬光澤,色澤鮮明,。比重12,,輕于鉑,延展性強,。熔點為1554℃,,硬度4-4.5,比鉑稍硬,?;瘜W性質較穩(wěn)定,不溶于有機酸,、冷硫酸或鹽酸,,但溶于硝酸和王水。常態(tài)下不易氧化和失去光澤,。鈀是鉑系金屬之一,。鉑系金屬包括釕,、銠,、鈀,、鉑等。他們多數(shù)都比黃金貴,,是金屬中典型的“貴族之家,。
鈀具有極佳的物理與化學性能,耐高溫,、耐腐蝕,、耐磨損和具有極強的伸展性,在純度,、稀有度及耐久度上,,都可與鉑、金互相替代,。鈀是世界上最稀有的貴金屬之一,,地殼中的含量約為一億分之一,比黃金要稀少很多,。世界上只有俄羅斯和南非等少數(shù)國家出產(chǎn),,每年總產(chǎn)量不到黃金的5‰,比鉑還稀有,。鈀異常堅韌,,鈀制成的首飾不僅具有鉑金般自然天成的迷人光彩,而且經(jīng)得住歲月的磨礪,,歷久如新,。鈀幾乎沒有雜質,純度極高,,閃耀著潔白的光芒,。鈀的純度還十分適合肌膚,不會造成皮膚過敏,。
鈀膜
通常由鈀合金軋制而成,,可制成膜片(稱鈀膜)和膜管(稱鈀管)。膜厚通常為50~100微米,。主要用于氫氣的純化,其原理是溶解——擴散模式,,擴散的驅動力為膜兩側的氫分壓差,。在300-500℃下,,將原料氫加壓通入膜的一側時,氫分子首先在膜表面化學吸附并解離成氫原子,,后者溶解于鈀合金中形成氫化物,,體積很小的氫原子位于鈀合金晶格的間隙,,可以自由移動。在濃度梯度的驅動下,氫原子擴散到膜的另一側并析出,,重新結合成氫分子后脫附,。除氫氣及其同位素之外,,其他任何氣體均不能透過鈀膜,故可利用鈀膜獲得超高純氫。氫透過鈀膜的速率與溫度,、膜厚及膜兩側的氫分壓差△P有關,。升高溫度,,增大△P及減小膜厚,,都會使透氫率增加,。但溫度過高,,會增加能耗并降低膜的物理強度,。因此,溫度通??刂圃?00℃左右,。某些雜質可導致膜中毒,降低膜的透氫性能,,甚至使膜遭到破壞。能引起鈀中毒的物質有:汞,、砷化物,、鹵化物,、油蒸氣,、含硫和含氨物質以及粉塵等。鈀合金可制成管狀(鈀管)或膜片(鈀膜)。
鈀合金管
俗稱鈀管,,用于氫氣的純化,。純鈀的機械性能差,、易氫脆,故鈀管的材料一般是鈀與1B與VIII族元素形成的合金,。最常用的鈀管材料中,,銀約占25%,其他成分(如金等)的含量<5%,。
鈀合金
鈀與其他元素組成的合金,,主要有:
(1)鈀金合金Pd-Au合金,含20%以上金Au的合金不溶于硝酸,,由于這類合金的熔點高和耐蝕性高,,故用來制造化工器皿,;含20%Pd-30%Au的合金用于制造人造纖維拉模。
(2)鈀銀合金Pd-Ag合金,,含50%以下銀Ag的合金的耐蝕性接近于鈀,,添加金和鉑能提高合金的性能,,含50%Ag和10%Pt或Au的Pd-Ag合金可用來制造光學儀器耐蝕零件和表殼
(3)鈀銥合金Pd-Ir合金,銥Ir能顯著提高Pd的耐蝕性,Pd-Ir合金用作電接觸點,。
膠體鈀
最早的膠體鈀是Shipley發(fā)明,,由氯化鈀和氯化亞錫反應制備得到。膠體鈀顆粒的直徑在1-100nm之間,,鈀顆粒的尺寸越小,,催化活性越高,,穩(wěn)定性越好,。膠體鈀活化液最大的特點是將敏化、活化集中在一種溶液的浸漬處理過程中同時完成,。當鈀鉆孔,、清洗后的覆銅箔浸入其中后,膠體態(tài)金屬鈀顆粒吸附在孔壁絕緣材料和銅箔表面形成催化層,。在活化后的銅箔表面上,,由于不存在可被置換取代的鈀離子,因而不會產(chǎn)生疏松的銅置換層,。
膠體鈀活化液是以原子鈀為膠核的膠體溶液,。膠體鈀由PdCl2和還原劑反應制備得到。還原劑有次磷酸鈉,、甲醛,、抗壞血酸、二甲胺硼烷,、亞磷酸鈉,、硼氫化鈉、水合肼和亞錫化合物,,其中SnCl2最常用,。
Pd/Sn膠體催化劑是工業(yè)應用最廣泛的膠體鈀,它由PdCl2和SnCl2在酸性溶液中反應制備而成,,膠核是鈀,,外層是水化的二價和四價的錫離子,,過量的Sn2 對該催化液的穩(wěn)定起關鍵作用。在現(xiàn)代膠體把催化劑中還含有大量的酸或鹽,。