Температура плавления и другие характеристики палладия

Запись обновлена: Май 25, 2020

Палладий – химический элемент пятого периода периодической таблицы Д.И. Менделеева, относящийся к благородным металлам платиновой группы. Отношение металла к платиноидам объясняет большую схожесть с платиной по отношению к участию в определенных химических реакциях. Палладий был открыт англичанином Вильямом Волластоном, которому удалось также открыть родий и впервые в мире в чистом виде выделить платину. Химические свойства, температура плавления и ковкость палладия позволяют активно использовать этот элемент в современных отраслях экономики: химической промышленности, автомобилестроении, а также производстве драгоценных украшений.

Общая характеристика

Открытый в начале 19 века Волластоном химический элемент был назван в честь астероида Паллада, который ученые обнаружили по времени чуть ранее. Как в науке обозначается палладий? Металл имеет атомный номер 46 и обозначается как Pd. В первые годы из-за похожести драгметалла с другим «драгоценным собратом» его часто называли «новым серебром».

Pd является пластичным переходным металлом, для которого характерен серебристо-белый цвет. По внешнему виду он действительно похож на серебро, а вот по химическим свойствам все-таки ближе к платине. Палладий находится в таблице Менделеева раньше серебра, так легче этого металла. Pd легче всех остальных металлов из «благородной» четверки: именно поэтому даже массивные кольца из палладия будут легче, чем золотые или платиновые аналоги.

Палладий – химический элемент, которого в земной коре очень мало, поэтому он относится к числу самых редких металлов. Специалисты по геохимии имеют сведения примерно о 30 минералах, в составе которых можно найти Pd. Многие из этих минералов мало изучены, а некоторые даже не имеют названий. Металл иногда встречается в виде самородков, но очень редко: все остальные платиноиды в такой форме в природе не существуют. Чаще всего Pd является примесью золота или платины, а также компонентом сульфидных никелевых и медных руд.

Свойства палладия уникальны, именно благодаря им он широко используется в промышленности. В автомобилестроении его используют как элемент нейтрализаторов, в химической отрасли – как катализатор при производстве различных химических соединений, в электронике – как компонент конденсаторов, контактов и реле, в ювелирном производстве – как материал для украшений и сырье для получения сплавов платины и белого золота.

Особо значимыми соединениями металла являются его оксиды, нитрат, фторид, а также хлористый палладий.

Физические свойства металла

Природный палладий представлен шестью стабильными изотопами, наиболее часто из которых встречаются 106 Pd, 108 Pd, 105 Pd. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку и отличается высокой пластичностью. Пластичность и ковкость элемента позволяют применять по отношению к материалу различные способы обработки: он отлично поддается прокатке, протяжке, штамповке и сварке при комнатной температуре. При увеличении температурного режима эти свойства палладия улучшаются, поэтому из него можно сделать тонкие фольгированные листы и цельнотянутые трубки самых разных размеров.

Pd, Ag и Pt действительно схожи по внешнему виду, но вот по свойствам сильно различаются. Плотность палладия составляет 12,02 г/см3, по этому признаку он близок к серебру, имеющему плотность 10,49 г/см3, а не к платине с показателем в 21,5 г/см3. Сам элемент еще и легче всех остальных платиноидов, он характеризуется самыми низкими температурами плавления и кипения среди своих соседей-платиноидов. Pd плавится при температуре в 1 552 °С, а кипит – при отметке в 3980 °С.

Pd как благородный металл характеризуется инертностью, устойчив к коррозии и потускнению поверхности. Украшения из него славятся тем, что не темнеют, так как оксид палладия на поверхности колец и серег не образуется. Драгметалл используют как компонент сплавов других компонентов: его добавляют в лигатуру золотого сплава для придания желтому металлу красивого светлого оттенка, а также сплавляют с титаном для придания последнему высокой устойчивости к воздействию агрессивных сред. Сплав палладия с аурумом известен всем любителям ювелирных украшений как «белое золото». Украшения из него, как и из самого палладия, отлично смотрятся в сочетании с драгоценными камнями.

Среди свойств палладия специалисты отдельно отмечают его механически характеристики. Эти параметры непостоянны, что ценится в технике. После холодной обработки показатель твердости Pd увеличивается почти в 2,5 раза, а после отжига – снижается. Сплавление металла с небольшим количеством рутения и родия позволяет получить материал, прочность на растяжение которого будет в два раза превышать показатель чистого элемента.

Химические свойства элемента

Pd как химический элемент интересен тем, что представляет собой металл, электронная конфигурация которого является предельно заполненной: эта характеристика палладия означает, что металл имеет высокую химическую стойкость. Он не реагирует с водой, гидратом аммиака, щелочами и кислотами, если последние являются разбавленными. При обычных температурных условиях Pd на воздухе ведет себя устойчиво, окисление кислородом начинается при уровне температуры в 300 °C, при этом в ходе реакции получается оксид палладия (II). При дальнейшем нагревании свыше 850 °C образовавшийся ранее оксид снова распадается на металл и кислород, а сам палладий становится вновь устойчивым к процессу окисления.

На Pd могут воздействовать только концентрированные кислоты: его можно растворить в серной или азотной кислоте. Так же, как и золото, элемент растворится и в «царской водке».

Электронная формула внешней оболочки атома палладия имеет вид 4d10, на внешней орбите элемента располагается 18 электронов – она полностью заполнена. Именно эта особенность объясняет «нежелание» элемента вступать в реакции при нормальных условиях даже с фтором. Одновременно Pd считают самым активным из всех платиноидов. В соединениях чаще всего он двухвалентен, но может образовывать и трех- и четырех валентные соединения.

При комнатной температуре может идти реакция металла с влажным хлором, образуя хлористый палладий. При аналогичных условиях идет реакция с влажным бромом. С серой, мышьяком, кремнием, а также сильными окислителями, к числу которых относится и фтор, реакция возможно только при нагревании свыше 500 °C. Pd активно поглощает водород, который после этого находится в металле в виде атомов. Особенность реакции такова, что при комнатной температуре 1 объем металла поглощает более 900 объемов водорода – именно это свойство позволило использовать палладий при изготовлении автомобильных нейтрализаторов. На сегодняшний день 70% от годовой добычи элемента расходуется автомобильной промышленностью.

Валентность элемента в соединениях может быть разной, поэтому можно получить двух- и трехвалентные оксиды палладия, одно-, двух- и четырехвалентные его сульфиды, а также другие соли и соединения, относящиеся к комплексным.

Важнейшие соединения металла

Соединения Pd широко применяются в промышленной химии, в том числе для получения других веществ, содержащих металл. Одновалентным соединением металла является сульфид палладия Pd2S, который внешне представляет собой серо-зеленое аморфное вещество. Этот сульфид драгметалла почти не растворяется в воде и кислотах, на него мало действует и всем известная «царская водка».

Среди двухвалентных соединений Pd необходимо выделить оксид палладия с формулой PdO – более устойчивый по сравнению с оксидом PdO2. Вещество внешне выглядит как порошок черного цвета, почти не разлагающийся ни в воде, ни в кислотах. При нагревании свыше 850 °C оксид распадается на металл и кислород, обладает окислительными свойствами. Для получения соединения используется либо сам металл, который нагревают в кислороде, либо нитрат палладия, из которого оксид образуется при прокаливании. Другим способом выделения оксида металла является разложение его гидроксида при высоких температурах. Оксид вступает в реакцию с окислами щелочных металлов, но для этого процесса необходимо создание инертной атмосферы.

Драгметалл образует двухвалентный сульфид PdS, имеющий вид твердого металлоподобного вещества коричневого цвета. Соединение мало растворимо в воде, хлороводороде, сульфиде аммония, но растворяется в азотной кислоте и «царской водке». Получить соединение можно в результате термического разложения одновалентного сульфида металла, а также используя хлорид палладия или другую его двухвалентную соль, через которые необходимо пропустить сероводород.

Среди двухвалентных солей, которые можно получить из хлористого палладия, следует выделить соединения металла с бромом, йодом и фтором. Бромид Pd представляет собой вещество красно-коричневого цвета, мало растворимое в воде. Процесс получения представляет собой воздействие бромида калия на PdCl2 или бромной воды на сам элемент в металлическом виде. Йодид Pd имеет вид темно-красного порошка, который при нагревании свыше 350 °C разлагается на составляющие его элементы. Процесс получения аналогичен соли драгметалла с бромом: на хлорид Pd воздействуют йодистым калием.

Фторид палладия PdF2 имеет вид коричневых кристаллов, не растворяется в воде, но делает это в плавиковой кислоте с образованием тетрафторпалладиевой кислоты. Получить соединение можно либо в ходе прямого взаимодействия двух элементов при нагревании, либо нагреванием трехвалентного фторида с Pd. Фтор и палладий не будут реагировать друг с другом при комнатной температуре.

Палладий образует двухвалентный гидроксид: коричнево-красноватый порошок, растворимый в кислотах. Соединение получают в ходе гидролиза горячей водой, где сырьем выступает нитрат палладия, а также реакцией солей Pd на действие щелочей. Вещество обладает слабыми окислительными свойствами, при нагревании обезвоживается до оксида элемента.

Сам хлорид палладия PdCl2 представляет собой темно-красный порошок, хорошо растворяемый в соляной кислоте и органических растворителях. Вещество синтезируется непосредственно из металла и хлора. Благодаря своим свойствам эта нашла широкое применение в промышленных способах получениях других соединений драгметалла, вещество также активно используется в качестве катализатора процессов органического синтеза. Хлорид палладия относится к числу веществ-канцерогенов.

Сам нитрат палладия имеет формулу Pd(NO3)2 и выглядит как кристаллы желто-коричневого цвета. Соединение можно получить в ходе растворения металла или его оксида в азотной кислоте. Кристаллы вещества подвергаются полному гидролизу в воде, но устойчивы в подкисленной среде. Нитрат разлагается при нагревании на оксиды палладия, азота и кислород, реагирует с соляной кислотой и щелочами, при взаимодействии с растворами аммиака образует комплексное соединение.

В большинстве своих соединений палладий двухвалентен, но образует и вещества, где его валентность равна III. Фторид палладия PdF3 имеет вид черных кристаллов ромбической формы, который разлагаются при нагревании выше 220 °C и растворяются в плавиковой кислоте. Соединение характеризуется окислительными свойствами и восстанавливается водородом при повышенной температуре. Вещество можно получить воздействием фтора на металлический Pd.

К четырехвалентным соединениям драгметалла относятся фторид, оксид, сульфид и гидроксид, где элемент проявляет валентность, равную IV. Гидроксид палладия представляет собой красноватый осадок, образующийся в результате реакции К2[PdCl6] щелочью. Соединение относится к окислителям и восстанавливается до металлического палладия водородом при условии нагревания.

Сульфид драгметалла PdS2 получают сплавление хлорида элемента с серой, при взаимодействии с сульфидами щелочных металлов образует двойные сульфиды. При нагревании вещество разлагается на двухвалентный сульфид Pd и серу.

Оксид палладия PdO2 имеет вид черных кристаллов, не растворяется в воде, образует гидраты состава PdO2•2H2O. При нагревании соединение разлагается на двухвалентный оксид и кислород. Четырехвалентный фторид драгметалла имеет химическую формулу Pd[PdF6]. Вещество реагирует с водой, растворяется в плавиковой кислоте.