46, Palladium (Pd)

Planetoid Pallas

Das Element Palladium:

         
  Co Ni Cu  
  Rh Pd Ag  
  Ir Pt Au  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Palladium (Nukleosynthese): Die Palladium-Isotope 105, 106, 108 und 110 werden sowohl durch r-Prozesse nach Supernova-Explosionen, als auch durch s-Prozesse in Roten Riesen gebildet. Das Isotop Pd-104 kann hingegen nur durch s-Prozess aus Rh-103 gebildet werden; r-Prozesse führen bei dieser Massenzahl immer zu Ru-104, welches allerdings mit sehr hoher Halbwertszeit (30 Trd. Jahre) auch zu Pd-104 zerfällt. Pd-110 zerfällt durch doppelten Beta-Zerfall mit sehr hoher Halbwertszeit zu Cd-110.

Entsprechend der einzigen Bildungsmöglichkeit durch γ-Prozess ist das Isotop Pd-102 selten, und deshalb auch nur zu 1,02% im natürlichen Isotopengemisch enthalten. Es gehört zu den Nukliden, bei welchen ein Zerfall durch doppelten Elektroneneinfang vermutet werden. Bisher (2012) konnte dies jedoch experimentell noch nicht bestätigt werden.

Die Palladium-Synthese:
102Pd-Synthese:
(γ-Prozess:)

102Ru + 1,17 MeV → 102Pd + 2β-

104Pd-Synthese:
(nur s-Prozess:)

103Rh + n → 104Pd + β- + 9,44 MeV

105Pd-Synthese:
(s-,r-Prozesse:)

104Pd + n → 105Pd + 7,09 MeV

56Fe + 49n → 105Pd + 20β- + 423 MeV

106Pd-Synthese:
(s-,r-Prozesse:)

105Pd + n → 106Pd + 9,56 MeV

56Fe + 50n → 106Pd + 20β- + 433 MeV

108Pd-Synthese:
(s-,r-Prozesse:)

106Pd + 2n → 108Pd + 15,77 MeV

56Fe + 52n → 108Pd + 20β- + 449 MeV

110Pd-Synthese:
(s-,r-Prozesse:)

108Pd + 2n → 110Pd + 14,97 MeV

56Fe + 54n → 110Pd + 20β- + 464 MeV



Durch das Isotop Pd-110, welches mit 11,72% im natürlichen Isotopengemisch des Palladiums vorkommt, hat dieses eine sehr schwache Radioaktivität: 1 kg Palladium weist einen Wert von 5,8•10-5 Becquerel auf. Seine Strahlung ist damit über 500 Millionen mal schwächer als die natürlich zusammengesetzten Kaliums, und als absolut ungefährlich zu betrachten.
Vorkommen von Palladium: Palladium ist im Universum mit durchschnittlich 2 μg/kg in der Materie enthalten (Rang 60). Damit ist es häufiger als Gold, Ruthenium und Rhodium, jedoch deutlich seltener als Platin, Osmium und Iridium. Am Gesamtaufbau der Erde ist Palladium mit 0,89 mg/kg durchschnittlich beteiligt (Rang 40). Wie alle anderen Platingruppenelemente, so ist auch Palladium demgegenüber in der Erdkruste abgereichert. Hier findet sich das Edelmetall zu 15 μg/kg, womit es zum häufigsten Platingruppenelement wird.

Palladium kommt gediegen in Fluss-Seifen vor, daneben auch als Beimengung natürlich vorkommenden Platins, mit dem es chemisch eng verwandt ist. Palladium kommt aber auch zusammen mit seinem leichteren Homologen Nickel vor, und zwar in dem seltenen sulfidischen Mineral Vysotskit (Pd|Ni)S. Es existieren auch sulfidische Mischminerale, wo ein Teil der Atome nicht nur durch Nickel, sondern auch durch Platin ersetzt sind (Cooperit, Braggit, beide (Pt|Pd|Ni)S ).

Palladium-Vorkommen

Gediegen Platin[1]

Cooperit, (Pt|Pd|Ni)S[2]
Palladium-Gewinnung: Die Darstellung von Palladium erfolgt durch einen aufwändigen Trennungsgang von den übrigen Platingruppen-Elementen aus gediegen vorkommenden Platin oder Palladium, bzw. heute aus Anodenschlämmen. Dieser Trennungsgang ist beim Ruthenium detaillierter beschrieben.

Das beim Trennungsgang gewonnene Pd(NH3)2Cl2 wird entweder mit Hydraziniumchlorid zu pulverförmigen oder durch Glühen zu schwammartigem, reaktiven Palladium reduziert.


Formeln zur Palladiumgewinnung:

1. Reduktion von Diamminpalladiumchlorid mit Hydraziniumchlorid:
Pd(NH3)2Cl2 + 2N2H5Cl → Pd↓ + 4NH4Cl + N2

2. Thermische Zerstzung von Diamminpalladiumchlorid:
Pd(NH3)2Cl2 → Pd + 2NH3↑ + Cl2



Chemie von Palladium: Palladium hat eine anomale Elektronenkonfiguration: Die beiden s-Elektronen werden bei ihm in das d-Orbital eingebaut, wodurch dieses volständig besetzt wird und dadurch einen besonders stabilen Zustand einnimmt. Das Edelmetall steht in seinen Eigenschaften zwischen Nickel und Platin, ist aber insgesamt dem Platin ähnlicher. In binären Verbindungen sind die Oxidationsstufen +2 und +4 die vorherrschenden, in Komplexen sind alle Oxidationsstufen zwischen 0 und +5 bekannt. Dabei sind die Oxidationsstufen +2 und +4 am wichtigsten. Bezeichnend sind die hohe Affinität zum Schwefel (wie beim benachbarten Silber) und sein unedler Charakter gegenüber der nichtoxidierend wirkenden Salzsäure. Damit ist es das relativ unedelste der Platingruppenelemente.

Verhalten an der Luft. Gegenüber schwefelfreier Luft ist Palladium in der Kälte beständig. Beim Erhitzen auf oberhalb 400°C überzieht sich Palladium mit einer dünnen Oxidschicht aus PdO, wodurch es eine stahlblaue Erscheinung bekommt. Diese Oxidschicht zersetzt sich oberhalb 875°C wieder in die Elemente.

2Pd + O2 → 2PdO + 170,8 kJ


Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen: Gegenüber Wasser ist Palladium sowohl in der Kälte als auch in der Hitze beständig. Von Salzsäure, Salpetersäure, konzentrierter Schwefelsäure und Königswasser wird Palladium unter Bildung von Pd(II)-Salzen rasch aufgelöst. Während wässrige Alkalien Palladium nicht angreifen, löst sich das Metall jedoch rasch in Alkalischmelzen auch ohne Zusatz oxidierend wirkender Salze auf.

Reaktionen mit Halogenen: Fluor reagiert beim Erhitzen mit Palladium zu Pd(IV)fluorid, mit Chlor, Brom und Iod werden nur Dihalogenide PdX2 gebildet. Alle Palladium-Halogenide bilden mit weiteren Halogenid-Ionen Komplexe der Formel PdX42-. Während die binären Halogenide des vierwertigen Palladiums nur vom Fluor bekannt sind, sind jedoch Hexahalogenidokomplexe der Form PdX62- von allen Halogeniden (Chlor, Brom, Iod) bekannt.

Reaktionen mit Schwefel. Palladium wird oberhalb von 500°C von Schwefel heftig angegriffen. Es setzt sich dann auch in kompakter Form vollständig zu Palladiumsulfid um. Die Affinität zum Schwefel ist so hoch, dass er auch schwefelhaltigen Verbindungen beim Erhitzen mit Palladium entzogen wird. An feuchter, schwefelwasserstoffhaltiger Luft trübt sich Palladium oberflächlich ein. Ebenfalls hoch ist das Bestreben zur Komplexbildung mit Schwefel bzw. Sulfid-Ionen. Daher ist Palladiumsulfid in weiterem Schwefel gut löslich.

Reaktion mit Wasserstoff. Palladium ist in der Lage, in kompakter Form bei Normaldruck und Raumtemperatur das 900fache seines Volumens an Wasserstoff aufzunehmen. In feinverteilter oder kolloidaler Form kann das Metall sogar das 3000fache (lt. Wikipedia) an Wasserstoff in das Metallgitter einbauen. Somit kann Würfel Palladium mit einer Kantenlänge von 1cm 0,9 Liter Wasserstoff absorbieren. Beim Erhitzen wird der Wasserstoff wieder abgegeben. Da Wasserstoff durch erhitztes Palladium auch hindurchdiffundieren kann, kann man das Gas durch "Filtern" mit einer Pd-Folie reinigen.

Komplexchemie. Von Palladium sind, wie von allen Elementen der Gruppe viele Komplexe mit organischen und anorganischen Ionen oder Molekülen bekannt. Wie beim homologen Nickel sind jedoch nur sehr wenige Komplexe mit Pd(III) bekannt. Mit Fluor wird PdF6- gebildet, hier liegt das Palladium in der Oxidationsstufe +5 vor.

Palladiumverbindungen

Palladium(II)chlorid, PdCl2[1]

Palladium(II)oxid, PdO[2]

Palladium(II)acetat, Pd(CH3COO)2[3]

Tetrachloridopalladat(II)-Komplex, PdCl42-

Palladium(II)nitrat, Pd(NO3)2

Nonasulfidopalladat(II)-Komplex, PdS92-
Verwendung von Palladium und seinen Verbindungen : Palladium und Palladiumlegierungen
  • Abgaskatalysatoren. Wie Platin und Rhodium katalysiert auch Palladium die Spaltung von Stickoxiden zu Stickstoff und Sauerstoff. Daher wird auch Palladium als Abgaskatalysator in Fahrzeugen eingesetzt.

  • Wasserstoffreinigung. Dank seines hohen Lösevermögens für Wasserstoff kann man heiße Palladiumbleche als Reinigungsfilter für das Gas verwenden, dass dieses dann ohne nennenswerten Widerstand durchströmen kann.

  • Weißgold ist eine rhodonierte Legierung aus Gold und Palladium. Sie wird in der Schmuckindustrie gerne mit Brillanten verwendet, da Weißgold diesen Edelsteinen durch den hellen Glanz eine besondere Geltung verschafft.

  • Wertanlage und Münze. Der Preis für das Edelmetall bewegte sich zwischen 2000 und 2012 zwischen 200 und 1050 USD. Da die Nachfrage nach dem Metall mittlerweile das Angebot übertrifft, ist Palladium eine inteessante Wertanlage geworden. Es werden auch Münzen aus dem Metall geprägt.

  • Spitzen von Füllfederhaltern werden ebenfalls aus Palladiumlegierungen, vor allem mit Iridium, Osmium oder Platin gefertigt.
Palladiumverbindungen
  • Palladium(II)oxid wird zur Herstellung feinstverteilten Palladiums zwecks Katalyse chemischer Reaktionen herangezogen, dass sich daraus durch Reduktion mit Wasserstoff schon bei Zimmertemperatur unter erhöhtem Druck erhalten lässt.

Verwendung von Palladium, seine Legierungen und Verbindungen

Canadian Palladium Maple Leaf[4]

KFZ-Katalysator[5]

Rhodonierter Weißgoldring.[6]
Biologische Bedeutung von Palladium: Palladium ist ähnlich dem Nickel ein bekannter Auslöser für Allergien.

Kanzerogene oder mutagene Eigenschaften sind bisher nicht sicher nachgewiesen worden; das Potenzial des Palladiums hierzu wird zurzeit kontrovers diskutiert.
Quellen: [1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: W. Oelen. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Materialscientist. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Walkerma. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[4] Das Bild ist gemeinfrei, da es ein gültiges Zahlungsmittel zeigt.

[5] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Stahlkocher. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[6] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Schtone. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.