Paladio

Compartir Imprimir Citar

El paladio es un elemento químico con el símbolo Pd y número atómico 46. Es un metal blanco plateado raro y brillante descubierto en 1803 por el químico inglés William Hyde Wollaston. Lo nombró por el asteroide Palas, que a su vez recibió su nombre del epíteto de la diosa griega Atenea, adquirido por ella cuando mató a Palas. El paladio, el platino, el rodio, el rutenio, el iridio y el osmio forman un grupo de elementos denominados metales del grupo del platino (PGM). Tienen propiedades químicas similares, pero el paladio tiene el punto de fusión más bajo y es el menos denso de ellos.

Más de la mitad del suministro de paladio y su congénere platino se utiliza en convertidores catalíticos, que convierten hasta el 90% de los gases nocivos del escape de los automóviles (hidrocarburos, monóxido de carbono y dióxido de nitrógeno) en sustancias inocuas (nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua). El paladio también se usa en electrónica, odontología, medicina, purificación de hidrógeno, aplicaciones químicas, tratamiento de aguas subterráneas y joyería. El paladio es un componente clave de las pilas de combustible, en las que el hidrógeno y el oxígeno reaccionan para producir electricidad, calor y agua.

Los depósitos de mineral de paladio y otros PGM son raros. Los depósitos más extensos se han encontrado en el cinturón de norita del Complejo Ígneo Bushveld que cubre la cuenca de Transvaal en Sudáfrica, el Complejo Stillwater en Montana, Estados Unidos; la Cuenca Sudbury y el Distrito Thunder Bay de Ontario, Canadá, y el Complejo Norilsk en Rusia. El reciclaje también es una fuente, principalmente de convertidores catalíticos desechados. Las numerosas aplicaciones y las fuentes de suministro limitadas dan como resultado un interés de inversión considerable.

Características

El paladio pertenece al grupo 10 en la tabla periódica, pero la configuración en los electrones más externos está de acuerdo con la regla de Hund. Los electrones que, según la regla de Madelung, se esperaría que ocuparan los 5 s en lugar de llenar los orbitales 4 d, ya que es energéticamente más favorable tener una capa 4d completamente llena en lugar de la configuración 5s 4d.

ZElementoNo. de electrones/cáscara
28níquel2, 8, 16, 2 (o 2, 8, 17, 1)
46paladio2, 8, 18, 18, 0
78platino2, 8, 18, 32, 17, 1
110darmestadio2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (previsto)

Esta configuración 5s, única en el período 5, hace que el paladio sea el elemento más pesado que tiene solo una capa de electrones incompleta, con todas las capas por encima vacías.

El paladio tiene la apariencia de un metal blanco plateado suave que se parece al platino. Es el menos denso y tiene el punto de fusión más bajo de los metales del grupo del platino. Es blando y dúctil cuando se recoce y su resistencia y dureza aumentan considerablemente cuando se trabaja en frío. El paladio se disuelve lentamente en ácido nítrico concentrado, en ácido sulfúrico concentrado caliente y, cuando está finamente molido, en ácido clorhídrico. Se disuelve fácilmente a temperatura ambiente en agua regia.

El paladio no reacciona con el oxígeno a temperatura estándar (y por lo tanto no se deslustra en el aire). El paladio calentado a 800 °C producirá una capa de óxido de paladio (II) (PdO). Puede desarrollar lentamente una ligera coloración marrón con el tiempo, probablemente debido a la formación de una capa superficial de su monóxido.

Las películas de paladio con defectos producidos por el bombardeo de partículas alfa a baja temperatura presentan una superconductividad con Tc = 3,2 K.

Isótopos

El paladio natural se compone de siete isótopos, seis de los cuales son estables. Los radioisótopos más estables son Pd con una vida media de 6,5 millones de años (que se encuentran en la naturaleza), Pd con 17 días y Pd con 3,63 días. Se han caracterizado otros dieciocho radioisótopos con pesos atómicos que oscilan entre 90,94948(64) u (Pd) y 122,93426(64) u (Pd). Estos tienen vidas medias de menos de treinta minutos, excepto Pd (vida media: 8,47 horas), Pd (vida media: 13,7 horas) y Pd (vida media: 21 horas).

Para los isótopos con valores unitarios de masa atómica menores que los del isótopo estable más abundante, Pd, el modo de desintegración principal es la captura de electrones y el producto de desintegración principal es el rodio. El principal modo de desintegración de los isótopos de Pd con una masa atómica superior a 106 es la desintegración beta, siendo el producto principal de esta desintegración la plata.

Ag radiogénico es un producto de descomposición de Pd y se descubrió por primera vez en 1978 en el meteorito de Santa Clara de 1976. Los descubridores sugieren que la coalescencia y diferenciación de pequeños planetas con núcleo de hierro puede haber ocurrido 10 millones de años después de un evento nucleosintético. Las correlaciones de Pd frente a Ag observadas en cuerpos que se han derretido desde la acumulación del Sistema Solar deben reflejar la presencia de nucleidos de vida corta en el Sistema Solar primitivo. Pd también se produce como producto de fisión en la fisión espontánea o inducida detu _ Como no es muy móvil en el medio ambiente y tiene una energía de descomposición relativamente baja,Por lo general, se considera que Pd se encuentra entre los productos de fisión de larga duración menos preocupantes.

Compuestos

Los compuestos de paladio existen principalmente en el estado de oxidación 0 y +2. También se reconocen otros estados menos comunes. Generalmente los compuestos de paladio son más parecidos a los del platino que a los de cualquier otro elemento.

Paladio (II)

El cloruro de paladio (II) es el principal material de partida para otros compuestos de paladio. Surge por la reacción del paladio con el cloro. Se utiliza para preparar catalizadores heterogéneos de paladio como paladio sobre sulfato de bario, paladio sobre carbono y cloruro de paladio sobre carbono. Las soluciones de PdCl 2 en ácido nítrico reaccionan con ácido acético para dar acetato de paladio (II), también un reactivo versátil. PdCl 2 reacciona con ligandos (L) para dar complejos planares cuadrados del tipo PdCl 2 L 2. Un ejemplo de tales complejos es el derivado de benzonitrilo PdX 2 (PhCN) 2.PdCl 2 + 2 L → PdCl 2 L 2 (L = PhCN, PPh 3, NH 3, etc.)

El dicloruro de bis(trifenilfosfina)paladio(II) complejo es un catalizador útil.

Paladio(0)

El paladio forma una gama de complejos de valencia cero con la fórmula PdL 4, PdL 3 y PdL 2. Por ejemplo, la reducción de una mezcla de PdCl 2 (PPh 3) 2 y PPh 3 da tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0):2 PdCl 2 (PPh 3) 2 + 4 PPh 3 + 5 N 2 H 4 → 2 Pd(PPh 3) 4 + N 2 + 4 N 2 H 5 Cl

Otro complejo importante de paladio(0), tris(dibencilidenacetona)dipaladio(0) (Pd 2 (dba) 3), se prepara reduciendo tetracloropaladato de sodio en presencia de dibencilidenacetona.

El paladio(0), así como el paladio(II), son catalizadores en reacciones de acoplamiento, como ha sido reconocido por el Premio Nobel de Química 2010 a Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki. Tales reacciones se practican ampliamente para la síntesis de productos químicos finos. Las reacciones de acoplamiento prominentes incluyen el acoplamiento de Heck, Suzuki, Sonogashira, las reacciones de Stille y el acoplamiento de Kumada. El acetato de paladio(II), tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0) (Pd(PPh 3) 4, y tris(dibencilidenacetona)dipaladio(0) (Pd 2 (dba) 3) sirven como catalizadores o precatalizadores.

Otros estados de oxidación

Aunque los compuestos de Pd(IV) son comparativamente raros, un ejemplo es el hexacloropaladato(IV) de sodio, Na 2 [PdCl 6 ]. También se conocen algunos compuestos de paladio (III). El paladio (VI) se afirmó en 2002, pero posteriormente se refutó.

Existen complejos de paladio de valencia mixta, por ejemplo, Pd 4 (CO) 4 (OAc) 4 Pd(acac) 2 forma una estructura de cadena infinita de Pd, con unidades de Pd 4 (CO) 4 (OAc) 4 y Pd(acac) 2 interconectadas alternativamente.

Cuando se alea con un elemento más electropositivo, el paladio puede adquirir una carga negativa. Dichos compuestos se conocen como palladidas, como galio palladida. Existen palladidas con la estequiometría RPd 3 donde R es escandio, itrio o cualquiera de los lantánidos.

Ocurrencia

Dado que la producción minera total de paladio alcanzó los 208 000 kilogramos en 2016, Rusia fue el principal productor con 82 000 kilogramos, seguida de Sudáfrica, Canadá y EE. producción.

El paladio se puede encontrar como un metal libre aleado con oro y otros metales del grupo del platino en depósitos de placer de los Montes Urales, Australia, Etiopía, América del Norte y del Sur. Para la producción de paladio, estos depósitos juegan solo un papel menor. Las fuentes comerciales más importantes son los depósitos de níquel y cobre que se encuentran en la cuenca de Sudbury, Ontario, y los depósitos de Norilsk-Talnakh en Siberia. El otro gran depósito es el depósito de metales del grupo del platino Merensky Reef dentro del Bushveld Igneous Complex South Africa. El complejo ígneo Stillwater de Montana y el cuerpo de mineral de la zona Roby del complejo ígneo Lac des Îles de Ontario son las otras dos fuentes de paladio en Canadá y Estados Unidos. El paladio se encuentra en los minerales raros cooperita y polarita.Se conocen muchos más minerales de Pd, pero todos ellos son muy raros.

El paladio también se produce en reactores de fisión nuclear y se puede extraer del combustible nuclear gastado (ver síntesis de metales preciosos), aunque esta fuente de paladio no se utiliza. Ninguna de las instalaciones de reprocesamiento nuclear existentes está equipada para extraer paladio de los desechos radiactivos de alto nivel. Una complicación para la recuperación de paladio en el combustible gastado es la presencia dePd un producto de fisión de vida larga ligeramente radiactivo. Dependiendo del uso final, la radiactividad aportada por elEl paladio podría inutilizar el paladio recuperado sin un costoso paso de separación de isótopos.

Aplicaciones

El mayor uso de paladio en la actualidad es en convertidores catalíticos. El paladio también se usa en joyería, odontología, fabricación de relojes, tiras reactivas de azúcar en la sangre, bujías de aviones, instrumentos quirúrgicos y contactos eléctricos. El paladio también se utiliza para fabricar flautas transversales profesionales (de concierto o clásicas). Como materia prima, los lingotes de paladio tienen códigos de moneda ISO de XPD y 964. El paladio es uno de los cuatro metales que tienen tales códigos, los otros son el oro, la plata y el platino. Debido a que adsorbe hidrógeno, el paladio fue un componente clave de los controvertidos experimentos de fusión en frío de finales de la década de 1980.

Catálisis

Cuando está finamente dividido, como ocurre con el paladio sobre carbono, el paladio forma un catalizador versátil; acelera procesos catalíticos heterogéneos como la hidrogenación, la deshidrogenación y el craqueo del petróleo. El paladio también es esencial para el catalizador de Lindlar, también llamado paladio de Lindlar. Los catalizadores de compuestos de paladio facilitan una gran cantidad de reacciones de enlace carbono-carbono en química orgánica. Por ejemplo:

(Ver compuestos de paladio y reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio).

Cuando se dispersa sobre materiales conductores, el paladio es un excelente electrocatalizador para la oxidación de alcoholes primarios en medios alcalinos. El paladio también es un metal versátil para catálisis homogénea, utilizado en combinación con una amplia variedad de ligandos para transformaciones químicas altamente selectivas.

En 2010, el Premio Nobel de Química fue otorgado "por acoplamientos cruzados catalizados por paladio en síntesis orgánica" a Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki. Un estudio de 2008 mostró que el paladio es un catalizador eficaz para los enlaces carbono-flúor.

La catálisis de paladio se emplea principalmente en química orgánica y aplicaciones industriales, aunque su uso está creciendo como herramienta para la biología sintética; en 2017, se demostró la actividad catalítica in vivo efectiva de las nanopartículas de paladio en mamíferos para tratar enfermedades.

Electrónica

La principal aplicación del paladio en la electrónica es en condensadores cerámicos multicapa en los que se utiliza paladio (y aleación de paladio y plata) como electrodos. El paladio (a veces aleado con níquel) se usa o se puede usar para el revestimiento de componentes y conectores en productos electrónicos de consumo y en materiales de soldadura. El sector electrónico consumió 1,07 millones de onzas troy (33 toneladas) de paladio en 2006, según un informe de Johnson Matthey.

Tecnología

El hidrógeno se difunde fácilmente a través del paladio calentado y los reactores de membrana con membranas de paladio se utilizan en la producción de hidrógeno de alta pureza. El paladio se utiliza en electrodos de paladio-hidrógeno en estudios electroquímicos. El cloruro de paladio (II) cataliza fácilmente el gas monóxido de carbono a dióxido de carbono y es útil en los detectores de monóxido de carbono.

Almacenamiento de hidrógeno

El paladio adsorbe fácilmente hidrógeno a temperatura ambiente, formando hidruro de paladio PdH x con x menor que 1. Si bien esta propiedad es común a muchos metales de transición, el paladio tiene una capacidad de absorción excepcionalmente alta y no pierde su ductilidad hasta que x se aproxima a 1. Esta propiedad tiene Se ha investigado en el diseño de un medio de almacenamiento de combustible de hidrógeno eficiente, económico y seguro, aunque el paladio en sí mismo es actualmente prohibitivamente caro para este propósito. El contenido de hidrógeno en el paladio se puede relacionar con la susceptibilidad magnética, que disminuye con el aumento de hidrógeno y se vuelve cero para PdH 0,62. En cualquier relación más alta, la solución sólida se vuelve diamagnética.

El paladio también se utiliza para la purificación de hidrógeno a través de membranas de purificación de hidrógeno.

Odontología

El paladio se usa en pequeñas cantidades (alrededor del 0,5 %) en algunas aleaciones de amalgama dental para disminuir la corrosión y aumentar el brillo metálico de la restauración final.

Joyas

El paladio se ha utilizado como metal precioso en joyería desde 1939 como una alternativa al platino en las aleaciones llamadas "oro blanco", donde el color blanco natural del paladio no requiere baño de rodio. El paladio es mucho menos denso que el platino. Al igual que el oro, el paladio se puede batir en hojas tan delgadas como 100 nm (1 ⁄ 250 000 pulgadas). A diferencia del platino, el paladio puede decolorarse a temperaturas superiores a 400 °C (752 °F) debido a la oxidación, lo que lo hace más frágil y, por lo tanto, menos adecuado para su uso en joyería; para evitar esto, el paladio destinado a la joyería se calienta en condiciones controladas.

Antes de 2004, el uso principal del paladio en joyería era la fabricación de oro blanco. El paladio es uno de los tres metales de aleación más populares en el oro blanco (también se puede usar níquel y plata). El paladio-oro es más caro que el níquel-oro, pero rara vez causa reacciones alérgicas (aunque pueden ocurrir ciertas alergias cruzadas con el níquel).

Cuando el platino se convirtió en un recurso estratégico durante la Segunda Guerra Mundial, muchas bandas de joyería se fabricaron con paladio. El paladio se usaba poco en joyería debido a la dificultad técnica de su fundición. Con el problema de la fundición resuelto, aumentó el uso de paladio en joyería, originalmente porque el precio del platino aumentó mientras que el precio del paladio disminuyó. A principios de 2004, cuando los precios del oro y el platino aumentaron abruptamente, China comenzó a fabricar grandes cantidades de joyas de paladio, con un consumo de 37 toneladas en 2005. Los cambios posteriores en el precio relativo del platino redujeron la demanda de paladio a 17,4 toneladas en 2009. La demanda de paladio como catalizador ha aumentado el precio del paladio a un 50% más que el del platino en enero de 2019.

En enero de 2010, las oficinas de ensayo en el Reino Unido introdujeron los sellos para el paladio, y el sello se volvió obligatorio para todas las joyas que anuncian paladio puro o aleado. Los artículos se pueden marcar como 500, 950 o 999 partes de paladio por mil de la aleación.

Las puntas de las plumas estilográficas hechas de oro a veces se recubren con paladio cuando se desea una apariencia plateada (en lugar de dorada). Sheaffer ha utilizado el baño de paladio durante décadas, ya sea para acentuar plumines dorados o para cubrir el oro por completo.

El paladio también es utilizado por la marca de lujo Hermes como uno de los metales que revisten los herrajes de sus bolsos, siendo el más famoso el codiciado Birkin.

Fotografía

En el proceso de impresión de platinotipos, los fotógrafos realizan impresiones en blanco y negro de bellas artes utilizando sales de platino o paladio. A menudo utilizado con platino, el paladio proporciona una alternativa a la plata.

Efectos sobre la salud

Toxicidad

El paladio es un metal con baja toxicidad medida convencionalmente (por ejemplo, LD 50). Investigaciones recientes sobre el mecanismo de la toxicidad del paladio sugieren una alta toxicidad si se mide en un período de tiempo más prolongado ya nivel celular en el hígado y el riñón.Las mitocondrias parecen tener un papel clave en la toxicidad del paladio a través del colapso potencial de la membrana mitocondrial y el agotamiento del nivel de glutatión celular (GSH). Hasta ese trabajo reciente, se pensaba que el cuerpo humano absorbía mal el paladio cuando se ingería. Los niveles bajos de sales de paladio matan plantas como el jacinto de agua, pero la mayoría de las otras plantas lo toleran, aunque las pruebas muestran que, a niveles superiores al 0,0003%, el crecimiento se ve afectado. Altas dosis de paladio pueden ser venenosas; las pruebas en roedores sugieren que puede ser cancerígeno, aunque hasta la investigación reciente citada anteriormente, ninguna evidencia clara indicó que el elemento dañe a los humanos.

Precauciones

Al igual que otros metales del grupo del platino, el Pd a granel es bastante inerte. Aunque se ha informado dermatitis de contacto, los datos sobre los efectos son limitados. Se ha demostrado que las personas alérgicas al paladio también reaccionan al níquel, por lo que es recomendable evitar el uso de aleaciones dentales que contengan paladio en aquellas personas alérgicas.

Se emite algo de paladio con los gases de escape de los automóviles con convertidores catalíticos. Dichos automóviles liberan entre 4 y 108 ng/km de partículas de paladio, mientras que la absorción total de los alimentos se estima en menos de 2 µg por persona al día. La segunda fuente posible de paladio es la restauración dental, de la que se estima que la absorción de paladio es inferior a 15 µg por persona al día. Las personas que trabajan con paladio o sus compuestos pueden tener una absorción considerablemente mayor. Para los compuestos solubles como el cloruro de paladio, el 99 % se elimina del cuerpo en 3 días.

La dosis letal media (DL 50) de compuestos de paladio solubles en ratones es de 200 mg/kg para administración oral y de 5 mg/kg para administración intravenosa.

Historia

William Hyde Wollaston anotó el descubrimiento de un nuevo metal noble en julio de 1802 en su libro de laboratorio y lo llamó paladio en agosto del mismo año. Wollaston purificó una cantidad del material y lo ofreció, sin nombrar al descubridor, en una pequeña tienda en Soho en abril de 1803. Tras duras críticas de Richard Chenevix, quien afirmaba que el paladio era una aleación de platino y mercurio, Wollaston ofreció una recompensa de forma anónima. de £20 por 20 granos de aleación de paladio sintético. Chenevix recibió la Medalla Copley en 1803 después de publicar sus experimentos con paladio. Wollaston publicó el descubrimiento del rodio en 1804 y menciona algunos de sus trabajos sobre el paladio. Reveló que fue el descubridor del paladio en una publicación en 1805.

Fue nombrado por Wollaston en 1802 en honor al asteroide 2 Pallas, que había sido descubierto dos meses antes. Wollaston encontró paladio en mineral de platino crudo de América del Sur disolviendo el mineral en agua regia, neutralizando la solución con hidróxido de sodio y precipitando el platino como cloroplatinato de amonio con cloruro de amonio. Agregó cianuro de mercurio para formar el compuesto cianuro de paladio (II), que se calentó para extraer paladio metálico.

El cloruro de paladio se prescribió en un momento como tratamiento de la tuberculosis a razón de 0,065 g por día (aproximadamente un miligramo por kilogramo de peso corporal). Este tratamiento tuvo muchos efectos secundarios negativos y luego fue reemplazado por medicamentos más efectivos.

La mayor parte del paladio se utiliza para convertidores catalíticos en la industria del automóvil. Los convertidores catalíticos son el objetivo de los ladrones porque contienen paladio y otros metales raros. En el período previo al año 2000, el suministro ruso de paladio al mercado mundial se retrasó e interrumpió repetidamente; por razones políticas, la cuota de exportación no se concedió a tiempo. El pánico subsiguiente en el mercado llevó el precio a un máximo histórico de $1340 por onza troy ($43/g) en enero de 2001. Por esa época, Ford Motor Company, temiendo que la producción de automóviles se viera interrumpida por una escasez de paladio, almacenó el metal. Cuando los precios cayeron a principios de 2001, Ford perdió casi mil millones de dólares.

La demanda mundial de paladio aumentó de 100 toneladas en 1990 a casi 300 toneladas en 2000. La producción mundial de paladio de las minas fue de 222 toneladas en 2006 según el Servicio Geológico de los Estados Unidos. Muchos estaban preocupados por un suministro constante de paladio tras la anexión de Crimea por parte de Rusia, en parte porque las sanciones podrían obstaculizar las exportaciones de paladio ruso; cualquier restricción a las exportaciones de paladio ruso podría haber exacerbado lo que ya se esperaba que fuera un gran déficit de paladio en 2014. Esas preocupaciones llevaron los precios del paladio a su nivel más alto desde 2001. En septiembre de 2014 se dispararon por encima de los 900 dólares la onza. En 2016, sin embargo, el paladio costó alrededor de $ 614 por onza, ya que Rusia logró mantener suministros estables.En enero de 2019, los futuros de paladio superaron los 1.344 dólares la onza por primera vez registrada, principalmente debido a la fuerte demanda de la industria automotriz. El paladio alcanzó los $2024,64 por onza troy ($65,094/g) el 6 de enero de 2020, superando los $2000 por onza troy por primera vez. El precio superó los 3.000 dólares la onza troy en mayo de 2021 y marzo de 2022.

Paladio como inversión

Las ventas mundiales de paladio fueron de 8,84 millones de onzas (250,6 toneladas) en 2017, de las cuales el 86 % se utilizó en la fabricación de convertidores catalíticos para automóviles, seguido de usos industriales, de joyería y de inversión. Más del 75 % del platino mundial y el 40 % del paladio se extraen en Sudáfrica. La compañía minera de Rusia, Norilsk Nickel, produce otro 44% de paladio, y las minas con sede en EE. UU. y Canadá producen la mayor parte del resto.

El precio del paladio alcanzó un máximo histórico de $2981,40 por onza el 3 de mayo de 2021, impulsado principalmente por la especulación de la demanda de convertidores catalíticos de la industria automotriz. El paladio se negocia en el mercado al contado con el código "XPD". Cuando se liquida en USD, el código es "XPDUSD". Un superávit posterior del metal fue causado por el gobierno ruso vendiendo reservas de la era soviética, a un ritmo de alrededor de 1,6 a 2 millones de onzas (45,4 a 56,7 t) al año. La cantidad y el estado de esta reserva son secreto de Estado.

Durante la guerra ruso-ucraniana en marzo de 2022, los precios del paladio aumentaron un 13 % desde el primero de marzo. Rusia es el principal proveedor de Europa y el país suministra el 37% de la producción mundial.

Productores de paladio

Productos negociados en bolsa

WisdomTree Physical Palladium (LSE: PHPD) está respaldado por lingotes de paladio asignados y fue el primer ETF de paladio del mundo. Cotiza en la Bolsa de Valores de Londres como PHPD, Xetra Trading System, Euronext y Milan. ETFS Physical Palladium Shares (NYSE: PALL) es un ETF que cotiza en la Bolsa de Valores de Nueva York.

Lingotes de monedas y barras

Una forma tradicional de invertir en paladio es comprar lingotes y monedas de lingotes de paladio. Las monedas de paladio disponibles incluyen la hoja de arce de paladio canadiense, el panda chino y el águila de paladio estadounidense. La liquidez de la inversión directa en lingotes de paladio es más pobre que la del oro y la plata porque hay poca circulación de monedas de paladio.