原子序数为46的化学元素

拼音注音ㄅㄚˇ;英語:Palladium),是一種化學元素,其化學符號Pd原子序數为46,原子量106.42 u。鈀是在1803年由威廉·海德·沃拉斯頓所發現的一種罕見而具有光澤的銀白色金屬。鈀的英文名稱是以小行星智神星來命名的。鈀與形成一組鉑族金屬的元素家族(PGMs英语platinum groups)。鉑族金屬化學性質相似,但鈀的熔點最低,也是這些貴金屬密度最低的一種。

鈀   46Pd
氫(非金屬) 氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬) 鈹(鹼土金屬) 硼(類金屬) 碳(非金屬) 氮(非金屬) 氧(非金屬) 氟(鹵素) 氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬) 鎂(鹼土金屬) 鋁(貧金屬) 矽(類金屬) 磷(非金屬) 硫(非金屬) 氯(鹵素) 氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬) 鈣(鹼土金屬) 鈧(過渡金屬) 鈦(過渡金屬) 釩(過渡金屬) 鉻(過渡金屬) 錳(過渡金屬) 鐵(過渡金屬) 鈷(過渡金屬) 鎳(過渡金屬) 銅(過渡金屬) 鋅(過渡金屬) 鎵(貧金屬) 鍺(類金屬) 砷(類金屬) 硒(非金屬) 溴(鹵素) 氪(惰性氣體)
銣(鹼金屬) 鍶(鹼土金屬) 釔(過渡金屬) 鋯(過渡金屬) 鈮(過渡金屬) 鉬(過渡金屬) 鎝(過渡金屬) 釕(過渡金屬) 銠(過渡金屬) 鈀(過渡金屬) 銀(過渡金屬) 鎘(過渡金屬) 銦(貧金屬) 錫(貧金屬) 銻(類金屬) 碲(類金屬) 碘(鹵素) 氙(惰性氣體)
銫(鹼金屬) 鋇(鹼土金屬) 鑭(鑭系元素) 鈰(鑭系元素) 鐠(鑭系元素) 釹(鑭系元素) 鉕(鑭系元素) 釤(鑭系元素) 銪(鑭系元素) 釓(鑭系元素) 鋱(鑭系元素) 鏑(鑭系元素) 鈥(鑭系元素) 鉺(鑭系元素) 銩(鑭系元素) 鐿(鑭系元素) 鎦(鑭系元素) 鉿(過渡金屬) 鉭(過渡金屬) 鎢(過渡金屬) 錸(過渡金屬) 鋨(過渡金屬) 銥(過渡金屬) 鉑(過渡金屬) 金(過渡金屬) 汞(過渡金屬) 鉈(貧金屬) 鉛(貧金屬) 鉍(貧金屬) 釙(貧金屬) 砈(類金屬) 氡(惰性氣體)
鍅(鹼金屬) 鐳(鹼土金屬) 錒(錒系元素) 釷(錒系元素) 鏷(錒系元素) 鈾(錒系元素) 錼(錒系元素) 鈽(錒系元素) 鋂(錒系元素) 鋦(錒系元素) 鉳(錒系元素) 鉲(錒系元素) 鑀(錒系元素) 鐨(錒系元素) 鍆(錒系元素) 鍩(錒系元素) 鐒(錒系元素) 鑪(過渡金屬) 𨧀(過渡金屬) 𨭎(過渡金屬) 𨨏(過渡金屬) 𨭆(過渡金屬) 䥑(預測為過渡金屬) 鐽(預測為過渡金屬) 錀(預測為過渡金屬) 鎶(過渡金屬) 鉨(預測為貧金屬) 鈇(貧金屬) 鏌(預測為貧金屬) 鉝(預測為貧金屬) 鿬(預測為鹵素) 鿫(預測為惰性氣體)




外觀
金屬:銀白色
概況
名稱·符號·序數鈀(Palladium)·Pd·46
元素類別過渡金屬
·週期·10 ·5·d
標準原子質量106.42
电子排布[] 4d10
2, 8, 18, 18
鈀的电子層(2, 8, 18, 18)
歷史
發現威廉·海德·沃拉斯頓(1802年)
分離威廉·海德·沃拉斯頓
物理性質
物態固體
密度(接近室温
12.023 g·cm−3
熔点時液體密度10.38 g·cm−3
熔点1828.05 K,1554.9 °C,2830.82 °F
沸點3236 K,2963 °C,5365 °F
熔化热16.74 kJ·mol−1
汽化热362 kJ·mol−1
比熱容25.98 J·mol−1·K−1
蒸氣壓(>3300)
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1721 1897 2117 2395 2753 3234
原子性質
氧化态0、+1[1]+2、+3[2]+4、+5[3]
(弱碱性氧化物)
电负性2.20(鲍林标度)
电离能第一:804.4 kJ·mol−1

第二:1870 kJ·mol−1

第三:3177 kJ·mol−1
原子半径137 pm
共价半径139±6 pm
范德华半径163 pm
雜項
晶体结构面心立方
磁序順磁性[4]
電阻率(20 °C)105.4 nΩ·m
熱導率71.8 W·m−1·K−1
膨脹係數(25 °C)11.8 µm·m−1·K−1
聲速(細棒)(20 °C)3070 m·s−1
杨氏模量121 GPa
剪切模量44 GPa
体积模量180 GPa
泊松比0.39
莫氏硬度4.75
維氏硬度461 MPa
布氏硬度37.3 MPa
CAS号7440-05-3
最穩定同位素
主条目:鈀的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
100Pd 人造 3.63 d ε - 100Rh
γ 0.084, 0.074,
0.126
-
102Pd 1.02% 穩定,帶56個中子
103Pd 人造 16.991 d ε - 103Rh
104Pd 11.14% 穩定,帶58個中子
105Pd 22.33% 穩定,帶59個中子
106Pd 27.33% 穩定,帶60個中子
107Pd 痕量 6.5×106 y β 0.033 107Ag
108Pd 26.46% 穩定,帶62個中子
110Pd 11.72% 穩定,帶64個中子

鈀金屬,與它的同族元素鉑金屬,在現有的供給量當中,有一半以上被用在觸媒轉換器當中。這些觸媒轉換器能將汽機車排放廢氣中的90%的有害氣體(例如:一氧化碳二氧化氮碳氫化合物),轉換為毒害性較低的物質(例如:二氧化碳氮氣)。鈀也常被使用在電子工業、牙醫學醫學氫氣純化英语hydrogen purification、化學應用、地下水處理英语groundwater remediation以及珠寶業。鈀能催化氫氣及氧氣反應產生水及熱,是燃料電池中關鍵的成分。

及其他鉑族金屬礦床很罕見。鈀含量較高的礦床主要分佈在:南非德蘭士瓦盆地英语Transvaal Basin布希維爾德火成巖複合體英语Bushveld Igneous Complex的白雲帶、美國蒙大拿州的斯蒂爾沃特綜合體英语Stillwater igneous complex、加拿大安大略省索德柏立盆地珊德灣英语Thunder Bay區、俄羅斯的諾里爾斯克綜合體,近期更在菲律賓米沙鄢群島的北部發現。[5] 回收廢棄觸媒轉換器中的鈀也是其中一種來源。由於眾多的應用以及資源的有限性,引起了大量的投資興趣。

性质编辑

屬於週期表中第十族元素,但是他的最外層電子組態遵守洪德定則。位於s殼層中的電子會遷移填入較低能量之d軌域

是一種類似的軟銀白色金屬,是鉑族金屬族當中密度及熔點最低的。退火時柔軟且具有延展性,冷加工時可提升強度和硬度。钯可緩慢溶於热发烟硝酸、熱濃硫酸以及常溫之王水,並在精細研磨後可溶於含氧的鹽酸當中。[6] 鈀在標準溫度下不與反應,因此在空氣中不會失去光澤。加熱至800℃的鈀將產生一層氧化鈀,並且在含的潮濕空氣中會輕微褪色。[7]

在3.2K的低溫中以α粒子轟擊鈀膜將會使之產生缺陷,而表現出超導性。[8]

同位素编辑

自然存在的鈀元素具有七種不同的同位素,其中六種是穩定存在的。最穩定的放射性同位素有:半衰期為650萬年的107鈀(可在自然界中找到)、半衰期為17天的103鈀以及半衰期為3.63天的100鈀。另外有發現18種鈀的放射性同位素,91鈀至123鈀,它們原子重量的分布在90.94948(64) amu(91鈀)至122.93426(64) amu (123鈀)。這18種同位素,除了101鈀 (半衰期為8.47小時)、109鈀 (半衰期為13.7小時) 及 112鈀 (半衰期為21小時)之外,其他的半衰期均小於30分鐘。[9]

若是同位素的原子質量單位小於自然存在中最穩定同位素(106鈀)的原子質量單位,該同位素最主要的衰變模式為電子捕獲,而主要的衰變產物(Rh)。若是同位素的原子質量單位較106鈀大,其主要的衰變模式為β衰變( 貝他衰變),主要的衰變產物為(Ag)。

放射性107銀是107鈀的衰變產物,​​最早於1978年在聖塔克拉拉隕石中發現。發現者認為這種以鐵為核心的小行星之聚結和分化可能發生在核合成事件後之1000萬年。107鈀與銀之關聯性在自太陽系增生中已融化的物體中觀測到,證實早期太陽系中核種的短暫存在。[10]

化合物编辑

钯化合物通常以0价和+2价两种价态存在,其它价态的化合物也是已知的。总体上来说,与其它元素相比,钯化合物的性质和铂更接近。

钯(II)编辑

氯化钯可由钯和氯气直接反应而成,是合成其它钯化合物的起点。氯化钯可以用来制造各种钯催化剂。[11]PdCl2的硝酸溶液会和乙酸反应,生成乙酸钯。PdCl2可和配体反应,产生平面正方形结构的PdCl2L2配合物,如苯甲腈配合物PdX2(PhCN)2[12][13]

PdCl2 + 2 L → PdCl2L2(L = PhCNPPh3NH3等)

二氯双(三苯基膦)钯是有用的催化剂。[14]

钯(0)编辑

钯可以形成多种通式为PdL4、PdL3或PdL2的零价钯化合物。举个例子,还原PdCl2(PPh3)2和PPh3的混合物可以得到四(三苯基膦)钯((Pd(PPh3)4):[15]

2 PdCl2(PPh3)2 + 4 PPh3 + 5 N2H4 → 2 Pd(PPh3)4 + N2 + 4 N2H5+Cl

另一个重要的钯(0)配合物三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd2(dba)3)则可以通过四氯合钯(II)酸钠二亚苄基丙酮存在下被还原而成。[16]

钯(0)和钯(II)化合物都是偶联反应的催化剂。乙酸钯四(三苯基膦)钯三(二亚苄基丙酮)二钯都可用作催化剂或催化剂前体。[17]

其它氧化态编辑

钯(IV)化合物较罕见,其中一个例子是六氯合钯(IV)酸钾 K2[PdCl6]。钯(III)的化合物也是已知的。[18]2002年有人声称合成了钯(VI),[19][20]但随后被反驳。[21][22]

钯也可以形成如Pd4(CO)4(OAc)4Pd(acac)2的混合价态化合物。Pd4(CO)4(OAc)4Pd(acac)2由Pd4(CO)4(OAc)4和Pd(acac)2这两个单元不断交替而成。[23]

钯和电正性更强的元素形成合金时,会得到负电荷。这些化合物被称为钯化物,如钯化镓[24]稀土元素可以形成通式RPd3的钯化物。[25]

应用编辑

 
金属芯催化转化器的横截面
 
苏联25卢布纪念钯币是钯作为货币使用的罕见例子

钯在现代最大的用途是催化转换器[26],也能用作珠宝、牙科材料、[26][27]手表配件、血糖试纸、飞机火花塞、手术器械和电接触点,[28]或者用于制作专业的横向长笛[29];也能用作貴金屬投資商品,如钯金的ISO货币代码是XPD及964,其余有此类代码的金属还有[30]钯能够吸收氢气,因此它也是1989年开始的有争议的冷聚变实验的关键组分。

诺里尔斯克镍公司(Norilsk Nickel)是俄罗斯最大的,同时也是世界最大的有色金属和贵金属生产商之一,其生产的钯占全球产量的66%。

催化编辑

钯均匀负载时,如得到钯碳催化剂,可以用作多功能的催化剂,它可以加速氢化脱氢以及裂化反应。有机化学中大部分碳-碳键的偶合反应都借助于钯化合物催化剂来完成,如赫克反应铃木反应

当钯分散到导电材料上时,可以得到优良的电催化剂,用于催化在碱性介质氧化伯醇。[31]在2010年,钯催化的有机反应获得了诺贝尔化学奖。另外,钯可用于均相催化,和多种配体结合,完成高选择性的化学转换,如钯催化剂用于催化的C−F键的反应。[32]

钯也是林德拉催化剂的重要成分。[33]

 
Kumada交联反应的催化循环,该反应广泛用于精细化学品的合成

钯催化剂主要用于有机化学以及工业应用,它在合成生物学上也是有较好的前景。在2017年,钯纳米颗粒哺乳动物体内被证实了有治疗疾病的催化活性。[34]

电子学编辑

钯在电子学中的第二大应用便是用于电容器中,[35]其中钯以及钯银合金用作电极。[26]钯(或钯镍合金)可以用作消费电子产品中的连接部分、配件组分或焊接材料。[36][37]根据2006年莊信萬豐的报告,电子行业在当年耗用了107万金衡盎司(合33.2吨)的金属钯。[38]

储氢编辑

钯在室温可以很容易地吸收氢气,形成氢化钯PdHx(x<1)。[39]虽然很多过渡金属也有这种性质,但钯可以高效地吸收氢气,并且在x接近1之前不会失去延展性。[40]钯的这一性质被用于高效、相对廉价且安全的氢储存设备的研究中,但钯本身的价格昂贵是必须要考虑的因素。[41]钯中的氢含量影响着磁化率,随着氢含量的增高,磁化率降低,并且在形成PdH0.62时变为零。在任意更高的比例下,固溶体变为具有抗磁性[42]

牙医材料编辑

钯在一些牙科汞齐英语dental amalgam有少量使用(约0.5%),它可用于减少腐蚀并增加最终修复体的金属光泽。[43]

参考文献编辑

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外部連結编辑