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金屬元素

鈀,是第五周期Ⅷ族鉑系元素,元素符號Pd,單質為銀白色過渡金屬,質軟,有良好的延展性和可塑性,能鍛造、壓延和拉絲。塊狀金屬鈀能吸收大量氫氣,使體積顯著脹大,變脆乃至破裂成碎片。

鈀在1803年由英國化學家武拉斯頓從鉑礦中發現,是航天、航空等高科技領域以及汽車製造業不可缺少的關鍵材料。

簡介


鈀
鈀為銀白色金屬,熔點1554°C,沸點2970°C,,密度12.02克/厘米;質較軟,有良好的延展性和可塑性;金屬鈀能吸收大量氫氣。鈀比較穩定,能耐酸的侵蝕;高溫時能與氧和酸反應;鈀的化合物易加熱分解或還原成金屬鈀;鈀有形成配位化合物的強烈傾向。

發現


1803年,英國化學家武拉斯頓從鉑礦中又發現了一個新元素。他將天然鉑礦溶解在王水中,除去酸后,滴加氰化汞(Hg(CN)2)溶液,獲得黃色沉澱。將硫磺、硼砂和這個沉澱物共同加熱,得到光亮的金屬顆粒。他稱它為palladium(鈀),元素符號定為Pd。這一詞來自當時發現的小行星Pallas,源自希臘神話中司智慧的女神巴拉斯Pallas。
武拉斯頓發現鈀重要的一步是選用氰化汞。儘管氰化汞溶液中幾乎不含有氰離子(CN-),但是當鈀的離子(Pd+)與它相遇時,卻立即生成淡黃色的氰化鈀(Pd(CN)2)沉澱,而其他鉑系元素是不會形成這種氰化物沉澱的。鈀是稀有金屬,價格連成。

化學性質


鈀
元素名稱:鈀
元素符號:Pd
元素英文名稱:Palladium
元素類型:金屬元素
相對原子質量:106.4
氧化態:Main Pd+2
Other Pd0, Pd+4
原子序數:46
質子數:46
中子數:62
摩爾質量:106
原子半徑:
所屬周期:5
所屬族數:VIII
電子層排布: 2-8-18-18
晶體結構:晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。
晶胞參數:
a = 389.07 pm
b = 389.07 pm
c = 389.07 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
莫氏硬度:4.75
聲音在其中的傳播速率:(m/S):3070 電離能 (kJ /mol)
M - M+ 805
M+ - M2+ 1875
M2+ - M3+ 3177
M3+ - M4+ 4700
M4+ - M5+ 6300
M5+ - M6+ 8700
M6+ - M7+ 10700
M7+ - M8+ 12700
M8+ - M9+ 15000
M9+ - M10+ 17200 常見化合價:+2,+4
顏色和狀態:銀白色,延展性極強

物理性質


鈀是銀白色過渡金屬,較軟,有良好的延展性和可塑性,能鍛造、壓延和拉絲。塊狀金屬鈀能吸收大量氫氣,使體積顯著脹大,變脆乃至破裂成碎片。
常溫下,1體積海綿鈀可吸收900體積氫氣,1體積膠體鈀可吸收1200體積氫氣。加熱到40~50℃,吸收的氫氣即大部釋出,廣泛地用作氣體反應,特別是氫化或脫氫催化劑,還可製作電阻線、鐘錶用合金等。
比熱:244J
密度:12.02g/cm3(20℃)
熔點: 1552C
沸點: 2940C
莫氏硬度:4.75
聲音在其中的傳播速率:3070 m/S
元素含量:在太陽中的含量:0.003ppm、太平洋表面:0.000000019ppm、地殼中含量:0.0006ppm

主要來源


可由鉑金屬的自然合金分出。鈀在地球上的儲量稀少,採掘冶鍊較為困難,屬稀貴金屬系列金、銀、鉑、鈀、釕、銥的範疇。鈀在地殼中的含量為1×10-6% ,常與其他鉑系元素一起分散在沖積礦床和砂積礦床的多種礦物(如原鉑礦、硫化鎳銅礦、鎳黃鐵礦等)中。獨立礦物有六方鈀礦、鈀鉑礦引、一鉛四鈀礦、銻鈀礦、鉍鉛鈀礦、錫鈀礦等,還以遊離狀態形成自然鈀。
鈀的熔點是鉑族金屬中最低的。

主要用途


鈀是航天、航空、航海、兵器和核能等高科技領域以及汽車製造業不可缺少的關鍵材料,也是國際貴金屬投資市場上的不容忽略的投資品種。
氯化鈀還用於電鍍;氯化鈀及其有關的氯化物用於循環精鍊並作為熱分解法製造純海綿鈀的來源。一氧化鈀(PdO)和氫氧化鈀[Pd(OH)2]可作鈀催化劑的來源。四硝基鈀酸鈉[Na2Pd(NO3)4]和其它絡鹽用作電鍍液的主要成分。
鈀在化學中主要做催化劑;鈀與釕、銥、銀、金、銅等熔成合金,可提高鈀的電阻率、硬度和強度,用於製造精密電阻、珠寶飾物等。而最常見和最有市場價值鈀金首飾的合金是鈀金。

鈀金

鈀
鈀在化學中主要做催化劑;鈀與釕、銥、銀、金、銅等熔成合金,可提高鈀的電阻率、硬度和強度,用於製造精密電阻、珠寶飾物等。而最常見和最有市場價值的合金是鈀金.是鉑系金屬之一。鉑系金屬包括釕、銠、鈀、鉑等。他們多數都比黃金貴,是金屬中典型的“貴族之家”。
鈀金,鉑族的一員,元素符號Pd,外觀與鉑金相似,呈銀白色金屬光澤,色澤鮮明。比重12,輕於鉑金,延展性強。熔點為1555℃,硬度4-4.5,比鉑金稍硬。化學性質較穩定,不溶於有機酸、冷硫酸或鹽酸,但溶於硝酸和王水,常態下不易氧化和失去光澤。
鈀金具有極佳的物理與化學性能,耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和具有極強的伸展性,在純度、稀有度及耐久度上,都可與鉑金互相替代,無論單獨製作首飾還是鑲嵌寶石,堪稱最理想的材質。鈀金為什麼是首飾中最有魅力的金屬 -珍貴、純凈、永恆!鈀金是世界上最稀有的貴金屬之一,地殼中的含量約為一億分之一,比黃金要稀少很多。世界上只有俄羅斯和南非等少數國家出產,每年總產量不到黃金的5‰。比鉑金還稀有。鈀金異常堅韌,鈀金製成的首飾不僅具有鉑金般自然天成的迷人光彩,而且經得住歲月的磨礪,歷久如新。鈀金幾乎沒有雜質,純度極高,閃耀著潔白的光芒。鈀金的純度還十分適合肌膚,不會造成皮膚過敏。
鈀金和鉑金、白金、K白金的區別
白色金(White gold):又稱K白金,它是一種合金,是將黃金與其他白色金屬熔合以後製成的。它的代號WG(White Gold),也就是白色金的意思。白色K金首飾常用“18K白金”或“14K白金”等表示。
鉑金(Platnum):符號Pt,銀灰白色,比重21.35,熔點1769℃,摩氏硬度4-4.5度,化學性質穩定,除王水外不受酸鹼腐蝕。純鉑比較柔軟,加入釕、銠、鈀等金屬會增加其硬度。鉑合金:指鉑與其它金屬的合金,如與鈀、銠、釔、釕、鈷、銅等。儘管純鉑硬度比黃金高,但作為鑲嵌之用尚且不足,必需與其它金屬合金,方能用來製作首飾。國際上鉑金首飾的標記是Pt,Plat或 Platinum字樣,並以純度之千分數字代表之,如Pt900表示純度是900‰。常用鉑金首飾標記有Pt1000,Pt950,Pt900, Pt850。鈀金(Palladium):鉑族的一員,銀白色,符號Pd,輕於鉑,延展性強,比鉑稍硬,不溶於有機酸、冷硫酸或鹽酸,但溶於硝酸和王水。常態下不易氧化和失去光澤。首飾界拿來單獨使用,或作為金、銀、鉑合金的組成成分,來增加其硬度。市場上常見金、鈀、的K金和鉑、鈀的合金。
鈀金的選購指南:國際上鈀金首飾品德戳記是“Pd”或“palladium”字樣,並以純度千分數字代表之,如Pd900表示純度是900‰,鈀金飾品的規格標識有Pd1000,pd950,Pd900,Pd850。

鈀膜

鈀膜:鈀合金可製成膜片(稱鈀膜)。鈀膜的厚度通常為0.1mm左右。主要於氫氣與雜質的分離。鈀膜純化氫的原理是,在300—500℃下,把待純化的氫通入鈀膜的一側時,氫被吸附在鈀膜壁上,由於鈀的4d電子層缺少兩個電子,它能與氫生成不穩定的化學鍵(鈀與氫的這種反應是可逆的),在鈀的作用下,氫被電離為質子其半徑為1.5×1015m,而鈀的晶格常數為3.88×10-10m(20℃時),故可通過鈀膜,在鈀的作用下質子又與電子結合併重新形成氫分子,從鈀膜的另一側逸出。在鈀膜表面,未被離解的氣體是不能透過的,故可利用鈀膜獲得高純氫。雖然鈀對氫有獨特的透過性能,但純鈀的機械性能差,高溫時易氧化,再結晶溫度低,易使鈀管變形和脆化,故不能用純鈀作透過膜。在鈀中添加適量的IB族和Ⅷ族元素,製成鈀合金,可改善鈀的機械性能。
目前應用的鈀合金中,銀約佔20—30%,其他成分(如金等)的含量<5%。氫透過鈀合金的速率與溫度、膜的厚度及滲透摸兩側的原料氫和純氫的壓力差(△P)有關。升高溫度,增大△P及減小膜的厚度,會使透氫速率增加。但溫度升高,將使滲透膜的抗拉強度降低。因此,鈀管的使用溫度通常控制在450℃左右。某些雜質可導致鈀中毒,使透氣性能變壞,甚至可使膜遭到破壞。能引起鈀中毒的物質有:汞、砷化物、鹵化物、油蒸氣、含硫和含氨物質以及粉塵等。

鈀合金

以鈀為基加入其他元素組成的合金。鈀合金的主要合金系有:
(1)鈀金合金Pd-Au合金,含20%以上金Au的合金不溶於硝酸,由於這類合金的熔點高和耐蝕性高,故用來製造化工器皿;含20%Pd-30%Au的合金用於製造人造纖維拉模;
(2)鈀銀合金Pd-Ag合金,含50%以下銀Ag的合金的耐蝕性接近於鈀,添加金和鉑能提高合金的性能,含50%Ag和10%Pt或Au的Pd-Ag合金可用來製造光學儀器耐蝕零件和錶殼;
(3)鈀銥合金Pd-Ir合金,銥Ir能顯著提高Pd的耐蝕性,Pd-Ir合金用作電接觸點。

海綿鈀

產品英文名 Palladium,sponge
分子式 Pd
產品用途:電氣儀錶,化學工業及製造精密合金等工業用。
CAS號:7440-05-3
毒性防護:
包裝儲運,產品裝於帶有塑料密封蓋的玻璃(或聚乙烯塑料)瓶中,每瓶凈重100g。將瓶置於木箱內,四周用軟物塞緊,防止運輸過程竄動。應貯存放在乾燥、清潔的庫房內。運輸過程中要防雨淋和防劇烈震動。裝卸時要輕拿輕放,防止包裝瓶破裂。
物化性質:為銀白色金屬(面心立方結晶)。熔點1554℃。沸點2970℃。相對密度12.02(20℃)。溶於王水、熱硝酸、硫酸,微溶於鹽酸,不溶於冷水和熱水。
質量標準:國家標準 GB 1420-78

鈀合金管

鈀
用於氫氣與雜質的分離。鈀管純化氫的原理是,在300—500℃下,把待純化的氫通入鈀管的一側時,氫被吸附在鈀管壁上,由於鈀的4d電子層缺少兩個電子,它能與氫生成不穩定的化學鍵(鈀與氫的這種反應是可逆的),在鈀的作用下,氫被電離為質子其半徑為1.5×1015m,而鈀的晶格常數為3.88×10-10m(20℃時),故可通過鈀管,在鈀的作用下質子又與電子結合併重新形成氫分子,從鈀管的另一側逸出。在鈀管表面,未被離解的氣體是不能透過的,故可利用鈀管獲得高純氫。雖然鈀對氫有獨特的透過性能,但純鈀的機械性能差,高溫時易氧化,再結晶溫度低,易使鈀管變形和脆化,故不能用純鈀作透過膜。在鈀中添加適量的IB族和Ⅷ族元素,製成鈀合金,可改善鈀的機械性能。
目前應用的鈀合金中,銀約佔20—30%,其他成分(如金等)的含量<5%。氫透過鈀合金的速率與溫度、膜的厚度及滲透摸兩側的原料氫和純氫的壓力差(△P)有關。升高溫度,增大△P及減小膜的厚度,會使透氫速率增加。但溫度升高,將使滲透膜的抗拉強度降低。因此,鈀管的使用溫度通常控制在450℃左右。某些雜質可導致鈀中毒,使透氣性能變壞,甚至可使膜遭到破壞。能引起鈀中毒的物質有:汞、砷化物、鹵化物、油蒸氣、含硫和含氨物質以及粉塵等。鈀合金可製成管狀(稱為鈀管)或膜片(稱鈀膜)。

膠體鈀

最早的膠體鈀是Shipley發明,由氯化鈀和氯化亞錫反應製備得到。膠體鈀顆粒的直徑在1-100nm之間,鈀顆粒的尺寸越小,催化活性越高,穩定性越好。膠體鈀活化液最大的特點是將敏化、活化集中在一種溶液的浸漬處理過程中同時完成。當鈀鑽孔、清洗后的覆銅箔浸入其中后,膠體態金屬鈀顆粒吸附在孔壁絕緣材料和銅箔表面形成催化層。在活化后的銅箔表面上,由於不存在可被置換取代的鈀離子,因而不會產生疏鬆的銅置換層。
膠體鈀活化液是以原子鈀為膠核的膠體溶液。膠體鈀由PdCl2和還原劑反應製備得到。還原劑有次磷酸鈉、甲醛、抗壞血酸、二甲胺硼烷、亞磷酸鈉、硼氫化鈉、水合肼和亞錫化合物,其中SnCl2最常用。
Pd/Sn膠體催化劑是工業應用最廣泛的膠體鈀,它由PdCl2和SnCl2在酸性溶液中反應製備而成,膠核是鈀,外層是水化的二價和四價的錫離子,過量的Sn對該催化液的穩定起關鍵作用。在現代膠體把催化劑中還含有大量的酸或鹽。

生產方法


工業生產可從礦石用干法製造;亦可以銅、鎳的硫化礦製取銅、鎳的生產過程中生成的副產物作為原料,用濕法冶鍊製得。濕法把已提取鎳、銅后的殘留組分作為原料,加入王水進行抽提,過濾,向濾液中加入氨和鹽酸進行反應,生成氯鈀酸銨沉澱。經精鍊,過濾,把氯鈀酸銨用氫氣還原,製得約99.95%鈀成品。