Palladium

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Palladium (Begriffsklärung) aufgeführt.
Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Palladium, Pd, 46
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 10, 5, d
Aussehen silbrig, weiß, metallisch
CAS-Nummer 7440-05-3
Massenanteil an der Erdhülle 0,011 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 106,42(1)[3] u
Atomradius (berechnet) 140 (169) pm
Kovalenter Radius 139 pm
Van-der-Waals-Radius 163 pm
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d10 5s0
1. Ionisierungsenergie 804,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1870 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 3177 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 11,99 g/cm3 (20 °C)[4]
Mohshärte 4,75
Magnetismus paramagnetisch (\chi_{m} = 8,0 · 10−4)[5]
Schmelzpunkt 1828,05 K (1554,9 °C)
Siedepunkt 3233 K[6] (2960 °C)
Molares Volumen 8,56 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 380 kJ/mol[6]
Schmelzwärme 16,7 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 3070 m/s
Elektrische Leitfähigkeit 9,26 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 72 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände 0, +2, +4
Oxide (Basizität) PdO (leicht basisch)
Normalpotential 0,915 V
(Pd2+ + 2 e → Pd)
Elektronegativität 2,20 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
102Pd

1,02 %

Stabil
103Pd

{syn.}

16,991 d ε 0,543 103Rh
104Pd

11,14 %

Stabil
105Pd

22,33 %

Stabil
106Pd

27,33 %

Stabil
107Pd

{syn.}

6,5 · 106 a β 0,033 107Ag
108Pd

26,46 %

Stabil
109Pd

{syn.}

13,7012 h β 1,116 109Ag
110Pd

11,72 %

Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
Er(1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
105Pd 5/2 1,23 · 107 0,000253 4,58
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [7]

Pulver

02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228​‐​315​‐​319​‐​335
P: 210​‐​261​‐​305+351+338 [7]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [8][9]

Pulver

Leichtentzündlich Reizend
Leicht-
entzündlich
Reizend
(F) (Xi)
R- und S-Sätze R: 11​‐​36/37/38
S: 7/9​‐​16​‐​26​‐​36
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Palladium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pd und der Ordnungszahl 46. Das seltene silberweiße Übergangsmetall zählt zu den Platinmetallen, im Periodensystem steht es in der 5. Periode und der 10. Gruppe (früher Teil der 8. Nebengruppe) oder Nickelgruppe. Es ähnelt im chemischen Verhalten sehr dem Platin.

Geschichte[Bearbeiten]

Palladium wurde 1803 von William Hyde Wollaston entdeckt. Er benannte es 1804 nach dem zwei Jahre vorher entdeckten Asteroiden Pallas. Wollaston fand das Element 46 in südamerikanischem Platinerz aufgrund zu geringer Ausbeuten an Platin aus in Königswasser aufgelösten Proben.[10][11]

2010 geriet es ins Blickfeld der Weltöffentlichkeit: Drei Forscher erhielten den Nobelpreis für Chemie für ein Verfahren, das mit Hilfe von Palladium als Katalysator effiziente Wege ermöglicht, Kohlenstoffatome zu komplexen Molekülen zu verbinden.

Vorkommen[Bearbeiten]

Palladiumfördermengen 2005

Metallisches Palladium und palladiumhaltige Legierungen finden sich hauptsächlich in Flusssedimenten als geologische Seifen im Ural, Australien, Äthiopien und in Nord- und Südamerika. Sie sind aber seit Jahrzehnten weitestgehend ausgebeutet.

Heute wird es meist aus Nickel- und Kupfererzen gewonnen. Im Jahr 2011 stammten etwa 41 Prozent (85.000 kg) aus russischer Förderung, gefolgt von Südafrika mit etwa 37,5 Prozent (78.000 kg). Mit großem Abstand folgten Kanada mit knapp 9 Prozent (18.000 kg) sowie die USA mit 6 Prozent (12.500 kg). In der "Platinmetallgruppe" (Platin, Palladium, Iridium, Osmium, Rhodium und Ruthenium) verfügt Südafrika mit 63 Millionen Kilogramm von weltweit 66 Millionen Kilogramm Reserven über mehr als 95 Prozent der weltweiten Reserven.

Mit der Altwagenentsorgung wird der Anteil des recycelten Palladiums aus den Abgaskatalysatoren ansteigen. Über die Möglichkeit der Gewinnung von Palladium aus abgebrannten Brennelementen, siehe Edelmetallsynthese. Durch Di-n-hexylsulfid kann Palladium selektiv von anderen Metallen aus salzsauren Lösungen abgetrennt werden.

Platinmetalle/Tabellen und Grafiken

Eigenschaften[Bearbeiten]

Palladium, 99,99 % rein

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Palladium ist ein Metall und das zweite Element der Nickelgruppe. Es hat von den Elementen dieser Gruppe den niedrigsten Schmelzpunkt und ist auch am reaktionsfreudigsten. Bei Raumtemperatur reagiert es jedoch nicht mit Sauerstoff. Es behält an der Luft seinen metallischen Glanz und läuft nicht an. Bei Erhitzung auf etwa 400 °C läuft es aufgrund der Bildung einer Oxidschicht aus Palladium(II)-oxid stahlblau an. Bei etwa 800 °C zersetzt sich das Oxid wieder, wobei die Oberfläche wieder blank wird. Im geglühten Zustand ist es weich und duktil, bei Kaltverformung steigt die Festigkeit und Härte aber schnell an (Kaltverfestigung). Es ist dann deutlich härter als Platin. Bei Temperaturen über 500 °C reagiert Palladium empfindlich auf Schwefel und Schwefelverbindungen (z. B. Gips). Es bildet sich Palladium(II)-sulfid, welches zur Versprödung von Palladium und Palladiumlegierungen führt.[12]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

Palladium ist ein Edelmetall, auch wenn es deutlich reaktiver ist als das verwandte Element Platin: Es löst sich in Salpetersäure, wobei Palladium(II)-nitrat Pd(NO3)2 gebildet wird. Es löst sich ebenfalls in Königswasser und in heißer konzentrierter Schwefelsäure. In Salzsäure löst es sich bei Luftzutritt langsam auf unter Bildung von PdCl42−. Der Edelmetallcharakter von Palladium ist dem des benachbarten Silbers vergleichbar: In Salzsäure verhält es sich aufgrund der Bildung von leichtlöslichen Palladiumchloridverbindungen unedel. In feuchter Atmosphäre bei Anwesenheit von Schwefel wird die Oberfläche von Palladium getrübt.

Palladium besitzt die höchste Absorptionsfähigkeit aller Elemente für Wasserstoff. Diese grundlegende Entdeckung geht auf Thomas Graham im Jahre 1869 zurück. Bei Raumtemperatur kann es das 900-fache, Palladiummohr (feinverteiltes schwarzes Palladiumpulver) das 1200-fache und kolloidale Palladiumlösungen das 3000-fache des eigenen Volumens binden. Man kann die Wasserstoffaufnahme als Lösen von Wasserstoff im Metallgitter und als Bildung eines Palladiumhydrids mit der ungefähren Zusammensetzung Pd2H beschreiben.[13] Bei 30 °C und Normaldruck entspricht das maximale Wasserstoff-Palladium-Verhältnis der Formel PdH0,608.

Gewöhnlich nimmt es die Oxidationsstufen +2 und +4 an. Bei Verbindungen der scheinbaren Oxidationsstufe +3 handelt es sich um Pd(II)/Pd(IV)-Mischverbindungen. In neueren Untersuchungen konnte auch sechswertiges Palladium dargestellt werden. Es sind aber auch die Oxidationsstufen 0 [Pd(PR3)4], +1 oder +5 möglich.

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

In kompakter Form nicht brennbar, jedoch als Pulver oder Staub leicht entzündlich.

Verwendung[Bearbeiten]

Feinverteilt ist Palladium ein exzellenter Katalysator zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen, insbesondere Hydrierungen und Dehydrierungen (Addition und Eliminierung von Wasserstoff) sowie zum Cracken von Kohlenwasserstoffen.[14]

Weitere Anwendungen:

  • Abgaskatalysatoren für Ottomotoren. (Palladium verdrängt das teurere Platin.)[15]
  • Schmuckwaren (vor allem in Ostasien)
  • Armbanduhren
  • Weißgold (Palladium "entfärbt" Gold)
  • Platintiegel (80 % Pt, 20 % Pd)
  • Feinstfolien. Analog zum Blattgold kann Palladium zu 0,01 µm dünnen Folien ausgewalzt werden.
  • Durch heißes Palladiumblech diffundiert Wasserstoff fast ohne Widerstand, wodurch man es zum Reinigen von Wasserstoff oder Abtrennung von Wasserstoff aus Gasgemischen[16] verwenden kann. In heißem Palladium besitzt Wasserstoff ein hohes Diffusionsvermögen.[17]
  • Kontaktwerkstoffe für Relais in Kommunikationsanlagen
  • Zahnersatz[18]
  • Medizinische Instrumente
  • Elektrodenwerkstoffe für Brennstoffzellen und Zündkerzen (Luftfahrt)
  • Speichermedium für Wasserstoff, da es sehr große Mengen Wasserstoff absorbieren kann. Aus diesem Grund wurde es auch als Kathodenmaterial in den notorischen Experimenten von Fleischmann und Pons zur Kalten Fusion (und zahlreichen Nachfolgeexperimenten) verwendet.
  • Pd/Ni-Legierungen als Ersatz für Gold in der Elektroindustrie (z.B. bei der galvanischen Beschichtung von Kontakten)
  • Nanotechnologie (dient als Katalysator, um z. B. molekulare Verbindungen herzustellen)[17]
  • Anlagemünzen, z.B. Palladium Maple Leaf
  • Federn für Füllfederhalter
  • p-Kontakt für galliumnitridbasierte Halbleiterbauelemente
  • zum Legieren des Werkstoffes Titan, als Grade 7- und Grade 11-Legierung[19]
  • in GASFET-Sensoren als Gate
  • In der Leiterplattenbeschichtung: Der Kunststoff, teils auch nur Bohrungen (Bekeimung), wird mit Palladium beschichtet, um darauf eine Kupfer- oder Messingschicht aufzubringen.
  • 2011 wurde ein extrem widerstandsfähiges, amorphes Material – sogenanntes Metallisches Glas – mit dem Hauptbestandteil (etwa 40 %) Palladium hergestellt, das die für diese Materialklasse typische Sprödigkeit nicht aufweist.[20]

Palladiumpreis[Bearbeiten]

Hauptartikel: Palladiumpreis

Die Bezeichnung für Palladium, das an der Börse gehandelt wird, ist XPD. Die Internationale Wertpapierkennnummer ist ISIN XC0009665529.

Verbindungen[Bearbeiten]

Die meisten Palladiumverbindungen weisen eine quadratische Struktur auf. Einer Forschergruppe der Universität Oldenburg ist es gelungen, die Verbindung Palladiumdisulfat, Pd(S2O7), mit einer oktaedrischen Struktur zu synthetisieren. Das Besondere an dieser Verbindung ist die ferromagnetische Eigenschaft bei tiefen Temperaturen, die bei Palladiumverbindungen bisher noch nicht beobachtet wurde.[21]

Kategorie:Palladiumverbindung

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Palladium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Palladium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Palladium) entnommen.
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013
  4. N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1469.
  5. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  6. a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  7. a b Datenblatt Palladium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 16. April 2011 (PDF).
  8. Seit dem 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  9. Eintrag zu Palladium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
  10. William Hyde Wollaston: On a New Metal, Found in Crude Platina. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1804, 94, S. 419–430; doi:10.1098/rstl.1804.0019 (Volltext).
  11. William Hyde Wollaston: On the Discovery of Palladium; With Observations on Other Substances Found with Platina. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1805, 95, S. 316–330; doi:10.1098/rstl.1805.0024 (Volltext).
  12. Günther Rau, Reinhold Ströbel: Die Metalle: Werkstoffkunde mit ihren chemischen und physikalischen Grundlagen, ISBN 978-3-929360-44-8, S. 66.
  13. J. G. Aston, Paul Mitacek, Jr.: Structure of hydrides of palladium, in: Nature (London, United Kingdom) (1962), 195, S. 70–71.
  14. Jie Jack Li, Gordon W. Gribble; Palladium in Heterocyclic Chemistry: A Guide for the Synthetic Chemist; ISBN 978-0-08-045117-6.
  15. Guido Kickelbick: Chemie für Ingenieure. Pearson Deutschland, 2008, ISBN 978-3-8273-7267-3, S. 155 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  16. Volker Höllein: Palladiumbasierte Kompositmembranen zur Ethylbenzol- und Propan-Dehydrierung (PDF; 7,7 Mb). Dissertation an der Universität Erlangen-Nürnberg, 2004.
  17. a b Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ: Chancen und Risiken von nanoskaligen Katalysatoren zur Wasserreinigung (PDF; 102 kB), Januar 2009.
  18. gbu-net.de: Palladium als Zahnfüllungsmaterial
  19. metaltec.de: Titanlegierung Ti Grade 7, abgerufen am 27. Mai 2013.
  20. nextbigfuture.com: Metallic Glass stronger and tougher than steel follow up., 10. Januar 2011.
  21. Jörn Bruns, Matthias Eul, Rainer Pöttgen, Mathias S. Wickleder: Oktaedrische Pd2+-Koordination und ferromagnetische Ordnung in Pd(S2O7). In: Angewandte Chemie 2012, Volume 124, Issue 9, S. 2247–2250, doi:10.1002/ange.201107197.