Pallad (Pd) ‒ właściwości, działanie i występowanie palladu

Ceny palladu (Pd) na światowych rynkach nie przestają rosnąć, a w ciągu roku 2019 uległy wręcz podwojeniu. Czy jednak sam fakt, że jest to metal stosunkowo rzadki, uzasadnia ten ciągły wzrost popytu? Co takiego sprawia, że sztabka palladu warta jest więcej niż sztabka złota? Paradoksalnie, najprostsza odpowiedź brzmi: ekologia!



Bryłka palladium. Źródło: shutterstockBryłka palladium. Źródło: shutterstock
  1. Historia palladu
  2. Właściwości palladu – jakie związki tworzy?
  3. Występowanie i wydobycie palladu
  4. Zastosowania palladu
  5. Wpływ palladu na zdrowie
  6. Pallad a środowisko naturalne
Pallad (Pd) to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 46, umiejscowiony na Tablicy Mendelejewa między rodem (Rh) a srebrem (Ag) – owa lokalizacja zdradza jego przynależność do metali z grupy platynowców, znanych ze swojego paradoksalnego działania. Z jednej strony są one niezwykle odporne na działanie większości substancji; z drugiej, działają jak katalizatory wielu ważnych reakcji!

Historia palladu

Na początku XVII w. górnicy w Brazylii wydobywali już tzw. bezwartościowe złoto („ouro podre”), które w rzeczywistości było rodzimym stopem złota i palladu. Obserwacja ta nie została jednak wykorzystana przez naukowców. Po raz pierwszy na świecie pallad wyizolowany został bowiem z surowej platyny w 1803 r. przez angielskiego chemika i fizyka, Willliama Hyde’a Wollastona. Inspiracją do nazwy był nowo odkryty w tamtych czasach asteroid Pallas, który z kolei ochrzczony został na cześć starogreckiej bogini mądrości Pallas Ateny, czyli Panny. Wollaston ku swemu zdumieniu zaobserwował, że roztapiając platynę w roztworze kwasu azotowego i solnego otrzymywał zawsze pewien osad, który okazał się właśnie być zanieczyszczeniem z palladu. Co ciekawe, zamiast ogłosić swoje odkrycie światu Wollaston zaczął sprzedawać otrzymany w procesie metal jako „nowe srebro”. Dopiero, gdy irlandzki uczony Richard Chenevix zidentyfikował jego skład jako stop palladu i rtęci, Wollaston upublicznił swoje wcześniejsze dokonania i sformułował wyczerpującą charakterystykę palladu.
Tabela przedstawiająca właściwości palladu; opracowanie własne

Właściwości palladu – jakie związki tworzy?

Jak większość platynowców, pallad jest szaro-białym metalem o krystalicznej strukturze, ale wyróżnia się wśród nich najwyższą miękkością, najmniejszą gęstością oraz najniższą temperaturą topnienia (1554.9oC). Punkt wrzenia osiąga w temperaturze 2963 stopni C. Nie ciemnieje w kontakcie z powietrzem i jest wyjątkowo odporny na korozję.

Pallad jest też najbardziej reaktywny spośród pokrewnych sobie metali, łatwo ulegając działaniu kwasów podgrzanych do wysokiej temperatury. Rozpuszcza się tym sposobem w kwasie azotowym, dając azotan palladu, zaś w połączeniu ze skoncentrowanym kwasem siarkowym siarczan palladu. W obecności tlenu lub chloru rozpuszcza się nawet w kwasie solnym, a ponadto łatwo poddaje się działaniu stopionych tlenków zasadowych, zaś w temperaturze 500 stopni C również chlorowi i fluorowi. Przy podgrzewaniu łączy się także z niemetalicznymi pierwiastkami, np. fosforem, arsenem, siarką, krzemem i selenem.

Powierzchnia palladu jest doskonałym katalizatorem dla reakcji zachodzących z udziałem tlenu i wodoru, np. uwodornienia nienasyconych związków organicznych. Przy sprzyjających warunkach temperatury 80 stopni C i ciśnienia 1 atmosfery pallad jest w stanie zaabsorbować ilość wodoru równą 900-krotności swojej objętości! Tym samym robi się twardszy, mocniejszy i mniej ciągliwy. W efekcie tego procesu powstają metaliczne wodorki, z których bardzo łatwo jest potem uwolnić wodór. Mechanizm ten wykorzystywany jest przemysłowo do oczyszczania wodoru w rurach wyrobionych z palladium.

W naturze spotykamy sześć stabilnych izotopów palladu, które tworzą zwykle jedną strukturę. Jej największą część stanowią pallad-106, pallad-108 oraz pallad-105.
Kopalnia palladium. Źródło: shutterstock

Występowanie i wydobycie palladu

Spośród platynowców pallad jest jednym z najczęściej występujących w skorupie ziemskiej (0.015 ppm), ale mimo to jest znacznie rzadszy niż srebro czy złoto. Dość rzadko spotykany jest w postaci rodzimej - czyli tworząc złoża o jednolitej budowie, w odróżnieniu od typowych dla większości metali. W towarzystwie niewielkich ilości platyny i irydu występuje w Brazylii, Kolumbii, Południowej Afryce oraz górach Ural. Ponadto bywa częścią rud złota, srebra, niklu i miedzi, a głównym sposobem jego pozyskania jest właśnie rafinacja niklu, cynku oraz miedzi. To kolejne wąskie gardło, sprawiające, że podaż palladu nie rośnie współmiernie z popytem. Największymi producentami palladu na świecie są obecnie Rosja, Południowa Afryka, Kanada oraz Stany Zjednoczone.

Zastosowania palladu

Pallad i jego stopy bywają wykorzystywany jako zamiennik dla platyny, zarówno przy produkcji biżuterii, jak i kontaktów elektrycznych. W połączeniu ze złotem daje wysokiej jakości „białe złoto”, także wykorzystywane w jubilerstwie, jak również do produkcji łożysk do zegarków, sprężyn oraz luster w przyrządach naukowych. Ponadto jest częstym elementem stopów stosowanych w stomatologii.

Bezkonkurencyjnie największym i najważniejszym współczesnym zastosowaniem palladu, które tłumaczy intrygujący wzrost jego wartości, jest jednak produkcja reaktorów katalitycznych w przemyśle samochodowym. Wspomniane reaktory są częścią układu wydechowego wszystkich produkowanych obecnie aut benzynowych i hybrydowych. Służą one ograniczaniu emisji, gdyż zmieniają toksyczne gazy takie jak tlenek węgla czy dwutlenek azotu w mniej szkodliwe związki, takie jak azot, dwutlenek węgla i para wodna. W porównaniu z platyną pallad w katalizatorach jest skuteczniejszy w usuwaniu niespalonych oraz częściowo spalonych węglowodorów z paliwa.

Pallad jest krytycznym i niezastąpiony jak dotąd komponentem owych reaktorów, na które zapotrzebowanie wciąż rośnie wskutek zaostrzenia polityki proekologicznej wielu państwa na świecie, w tym Chin. Coraz więcej konsumentów też świadomie przesiada się z aut napędzanych olejem napędowym na benzynowe i hybrydowe. Przy dość ograniczonej podaży cena palladu musi więc rosnąć!

Poza tym powłoki z palladu stosowane są w komponentach obwodów drukowanych w elektronice, a sam pallad wykorzystywany jest także do produkcji wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych potrzebnych do wyrobu laptopów i telefonów komórkowych. 

Ciekawostka: Nawet 80% globalnej produkcji palladu wykorzystywane jest do produkcji katalizatorów.

Wpływ palladu na zdrowie

Według współczesnych naukowców pallad nie odgrywa w naszym ekosystemie żadnej roli biologicznej. Jest uważany za nietoksyczny lub bardzo nisko toksyczny i nawet po spożyciu nie ulega właściwie absorbcji w układzie pokarmowym. Owszem w bezpośrednim kontakcie ze skórą lub oczami może wywołać podrażnienia. Płynny pallad można nawet wywoływać poparzenia! Generalnie, w przypadku omyłkowego połknięcia zawierających go substancji nie poleca się wywoływania wymiotów – lepiej jest podać wodę lub mleko do picia. W przypadku kontaktu ze skórą lub oczami zalecane jest intensywne wypłukanie czystą wodą.

Co ciekawe, związki palladu, na które większość z nas nie ma praktycznie szans się natknąć, uważane są za bardzo toksyczne, a wręcz rakotwórcze. Dla przykładu chlorek palladu po połknięciu, inhalacji lub absorbcji przez skórę u zwierząt laboratoryjnych wywołuje uszkodzenia szpiku kostnego, wątroby i nerek.

Ciekawostka: W latach 70-tych ubiegłego stulecia chlorek palladu testowany był w dość dużych dawkach jako lekarstwo na gruźlicę, ale, na szczęście, nie okazał się skuteczny, więc badań zaprzestano. W innych studiach sugerowany był również jako środek bakteriobójczy, nawet lek na otyłość!
Sztabki czystego palladium. Źródło: shutterstock

Pallad a środowisko naturalne

Pallad w niewielkich ilościach występuje w określonych rodzajach gleb, a nawet liściach niektórych drzew. Większość roślin w tych minimalnych, naturalnych dawkach toleruje go bez większych problemów, choć eichornia gruboogonkowa (inaczej hiacynt wodny) umiera nawet przy niskim stężeniu soli palladu. W eksperymentach wykazano jednak, że przy dawkach powyżej 3 ppm pallad jest w stanie zahamować wzrost większości gatunków. Stąd też jego wolne przedostawanie się do środowiska naturalnego nie jest wskazane.

Tymczasem zwiększone przemysłowe wykorzystanie palladu w przemyśle samochodowym – choć paradoksalnie uzasadnione dbałością o jakość powietrza zagrożonego spalinami - doprowadziło w ostatnich latach do wyraźnego wzrostu stężenia związków palladu w glebie, osadach, roślinach i wodnych ekosystemach. Naukowcy badają obecnie wpływ, jaki owo zanieczyszczenie może wywierać na środowisko naturalne, w jakim żyjemy,  ale większość pytań pozostaje wciąż bez odpowiedzi.

Tym niemniej, analizowane są już sposoby, jak ograniczyć przedostawanie się palladu z procesów przemysłowych do otoczenia. Niestety, wykorzystanie nie tylko palladu, ale także platyny i rodu na szerszą skalę wydaje się stwarzać potencjalne zagrożenie zarówno dla flory, jak i fauny, więc pozostaje mieć nadzieję, że problem zostanie rozwiązany, zanim będzie za późno!
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

  1. Britannica; “Palladium”; data dostępu: 2021-05-14
  2. Royal Society of Chemistry; “Palladium”; data dostępu: 2021-05-14
  3. BBC News; “More precious than gold: Why the metal palladium is soaring”; data dostępu: 2021-05-14
  4. Joel Bauman; “A Brief history of palladium”; data dostępu: 2021-05-14
  5. Janet Kielhorn i in.; “Palladium – A review of exposure and effects to human health Author links open overlay panel”; data dostępu: 2021-05-14
  6. Cesar Palmero; “An improved insight into the behaviour of palladium in the environment”; data dostępu: 2021-05-14
Ocena (5.0) Oceń:
Pasaż zakupowy