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鈀   46Pd
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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
電子排布[

] 4d10
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(接近室溫
12.023 g·cm−3
熔點時液體密度10.38 g·cm−3
熔點1828.05 K,1554.9 °C,2830.82 °F
沸點3236 K,2963 °C,5365 °F
熔化熱16.74 kJ·mol−1
汽化熱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
氧化態0, +1, +2, +4, +6
(兩性)
電負性2.20(鮑林標度)
電離能第一:804.4 kJ·mol−1

第二:1870 kJ·mol−1

第三:3177 kJ·mol−1
原子半徑137 pm
共價半徑139±6 pm
范德華半徑163 pm
雜項
晶體結構面心立方
磁序順磁性[1]
電阻率(20 °C)105.4 nΩ·m
熱導率71.8 W·m−1·K−1
膨脹系數(25 °C)11.8 µm·m−1·K−1
聲速(細棒)(20 °C)3070 m·s−1
楊氏模量121 GPa
剪切模量44 GPa
體積模量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號7440-05-3
最穩定同位素
主條目:鈀的同位素
同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
100Pd syn 3.63 d ε - 100Rh
γ 0.084, 0.074,
0.126
-
102Pd 1.02% 穩定,帶56個中子
103Pd syn 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 trace 6.5×106 y β 0.033 107Ag
108Pd 26.46% 穩定,帶62個中子
110Pd 11.72% >6×1017 y ββ 1.9997 110Cd

(注音:ㄅㄚˇ,拼音:bǎ,英文:Palladium)是一種化學元素化學符號為Pd,原子序為46。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英語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語hydrogen purification、化學應用、地下水處理英語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語Transvaal Basin布希維爾德火成巖複合體英語Bushveld Igneous Complex的白雲帶、美國蒙大拿州的斯蒂爾沃特綜合體英語Stillwater igneous complex、加拿大安大略省索德柏立盆地珊德灣英語Thunder Bay區、俄羅斯的諾里爾斯英語Norilsk綜合體,近期更在菲律賓米沙鄢群島的北部發現。[2] 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。

性質

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。鉑可緩慢溶於濃硝酸、熱濃硫酸以及常溫之王水,並在精細研磨後可溶於鹽酸當中。[3] 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。[4]

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。[5]

同位素

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,它們原子重量的分佈在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。[6]

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。[7]

化合物

鈀化合物通常以0價和+2價兩種價態存在,其它價態的化合物也是已知的。總體上來說,與其它元素相比,鈀化合物的性質和鉑更接近。

應用

金屬芯催化轉化器的橫截面。
金屬芯催化轉化器的橫截面。
蘇聯25盧布紀念鈀幣是鈀作為貨幣使用的罕見例子。
蘇聯25盧布紀念鈀幣是鈀作為貨幣使用的罕見例子。

鈀在現代最大的用途是催化轉換器[8],也能用作珠寶、牙科材料、[8][9]手錶配件、血糖試紙、飛機火花塞、手術器械和電接觸點,[10]或者用於製作專業的橫向長笛。[11];也能用作商品(貴金屬),如鈀金的ISO貨幣代碼是XPD及964,其餘有此類代碼的金屬還有[12]鈀能夠吸收氫氣,因此它也是1989年開始的有爭議的冷聚變實驗的關鍵組分。

諾里爾斯克鎳公司(Norilsk Nickel)是俄羅斯最大的,同時也是世界最大的有色金屬和貴金屬生產商之一,其生產的鈀佔全球產量的66%。

催化

鈀均勻負載時,如得到鈀碳催化劑,可以用作多功能的催化劑,它可以加速氫化脫氫以及裂化反應。有機化學中大部分碳-碳鍵的偶合反應都藉助於鈀化合物催化劑來完成,如赫克反應鈴木反應

當鈀分散到導電材料上時,可以得到優良的電催化劑,用於催化在鹼性介質氧化伯醇。[13]在2010年,鈀催化的有機反應獲得了諾貝爾化學獎。另外,鈀可用於均相催化,和多種配體結合,完成高選擇性的化學轉換,如鈀催化劑用於催化的C−F鍵的反應。[14]

鈀也是林德拉催化劑的重要成分。[15]

Kumada交聯反應的催化循環,該反應廣泛用於精細化學品的合成。
Kumada交聯反應的催化循環,該反應廣泛用於精細化學品的合成。

鈀催化劑主要用於有機化學以及工業應用,它在合成生物學上也是有較好的前景。在2017年,鈀納米顆粒哺乳動物體內被證實了有治療疾病的催化活性。[16]

電子學

鈀在電子學中的第二大應用便是用於電容器中,[17]其中鈀以及鈀銀合金用作電極。[8]鈀(或鈀鎳合金)可以用作消費電子產品中的連接部分、配件組分或焊接材料。[18][19]根據2006年莊信萬豐的報告,電子行業在當年耗用了107萬金衡盎司(合33.2噸)的金屬鈀。[20]

儲氫

鈀在室溫可以很容易地吸收氫氣,形成氫化鈀PdHx(x<1)。[21]雖然很多過渡金屬也有這種性質,但鈀可以高效地吸收氫氣,並且在x接近1之前不會失去延展性。[22]鈀的這一性質被用於高效、相對廉價且安全的氫儲存設備的研究中,但鈀本身的價格昂貴是必須要考慮的因素。[23]鈀中的氫含量影響着磁化率,隨着氫含量的增高,磁化率降低,並且在形成PdH0.62時變為零。在任意更高的比例下,固溶體變為具有抗磁性[24]

牙醫材料

鈀在一些牙科汞齊英語dental amalgam有少量使用(約0.5%),它可用於減少腐蝕並增加最終修復體的金屬光澤。[25]

注釋

參考文獻

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互聯網檔案館存檔,存檔日期2011-03-03., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ NASA, together with USGS, (United States Geological Survey), released a 3-year study report detailing the 8,450 square kilometer palladium deposits lying below the seas of Visayan, Sibuyan, and Tablas Strait. Source: https://breakingphnews.blogspot.com/2016/05/biggest-palladium-deposits-found-in.html 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館
  3. ^ Hammond, C. R. The Elements. Handbook of Chemistry and Physics 81st. CRC press. 2004. ISBN 978-0-8493-0485-9. 
  4. ^ Craig, Bruce D.; Anderson, David S. Atmospheric Environment. Handbook of corrosion data. ASM International. 1995: 126. ISBN 978-0-87170-518-1. 
  5. ^ B. Strizker, Phys. Rev. Lett., 42, 1769 (1979).
  6. ^ Atomic Weights and Isotopic Compositions for Palladium (NIST). 2009-08-23 [12 November 2009]. 
  7. ^ Chen, J. H.; Wasserburg, G. J. The isotopic composition of Ag in meteorites and the presence of 107Pd in protoplanets. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1990, 54 (6): 1729–1743. Bibcode:1990GeCoA..54.1729C. doi:10.1016/0016-7037(90)90404-9. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Palladium. United Nations Conference on Trade and Development. [2007-02-05]. (原始內容存檔於2006-12-06). 
  9. ^ Rushforth, Roy. Palladium in Restorative Dentistry: Superior Physical Properties make Palladium an Ideal Dental Metal. Platinum Metals Review. 2004, 48 (1). 
  10. ^ Hesse, Rayner W. palladium. Jewelry-making through history: an encyclopedia. Greenwood Publishing Group. 2007: 146. ISBN 978-0-313-33507-5. 
  11. ^ Toff, Nancy. The flute book: a complete guide for students and performers. Oxford University Press. 1996: 20. ISBN 978-0-19-510502-5. 
  12. ^ Weithers, Timothy Martin. Precious Metals. Foreign exchange: a practical guide to the FX markets. 2006: 34. ISBN 978-0-471-73203-7. 
  13. ^ Tsuji, Jiro. Palladium reagents and catalysts: new perspectives for the 21st century. John Wiley and Sons. 2004: 90. ISBN 0-470-85032-9. 
  14. ^ Drahl, Carmen. Palladium's Hidden Talent. Chemical & Engineering News. 2008, 86 (35): 53–56. doi:10.1021/cen-v086n035.p053. 
  15. ^ Brown, William Henry; Foote, Christopher S; Iverson, Brent L. Catalytic reduction. Organic chemistry. Cengage Learning. 2009: 270. ISBN 978-0-495-38857-9. 
  16. ^ Miller MA, Askevold B, Hannes M, Kohler RH, Pirovich D, Weissleder R. Nano-palladium is a cellular catalyst for in vivo chemistry. Nature Communications. 2017, 8: 15906. Bibcode:2017NatCo...815906M. PMC 5510178. PMID 28699627. doi:10.1038/ncomms15906. 
  17. ^ Zogbi, Dennis. Shifting Supply and Demand for Palladium in MLCCs. TTI, Inc. 2003-02-03. 
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  19. ^ Harper, Charles A. Passive electronic component handbook. McGraw-Hill Professional. 1997: 580–. ISBN 978-0-07-026698-8. 
  20. ^ Jollie, David. Platinum 2007 (PDF). Johnson Matthey. 2007. (原始內容 (PDF)存檔於2008-02-16). 
  21. ^ Manchester, F. D.; San-Martin, A.; Pitre, J. M. The H-Pd (hydrogen-palladium) System. Journal of Phase Equilibria. 1994, 15: 62. doi:10.1007/BF02667685. 
  22. ^ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4. 
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  24. ^ Mott, N. F. and Jones, H. (1958) The Theory of Properties of metals and alloys. Oxford University Press. ISBN 0-486-60456-X. p. 200
  25. ^ Colon, Pierre; Pradelle-Plasse, Nelly; Galland, Jacques. Evaluation of the long-term corrosion behavior of dental amalgams: influence of palladium addition and particle morphology. Dental Materials. 2003, 19 (3): 232–9. PMID 12628436. doi:10.1016/S0109-5641(02)00035-0. 

外部連結

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