از کاربردهای فلز گرانبهای پالادیوم چه می دانید؟

پالادیوم (Palladium) یک عنصر شیمیایی با نماد Pd و عدد اتمی ۴۶ است. پالادیوم یک فلز نقره ای-سفید نادر و براق است که در سال ۱۸۰۳ توسط شیمیدان انگلیسی ویلیام هاید ولاستون کشف شد.

پالادیوم ، پلاتین ، رودیوم ، روتنیوم ، ایریدیوم و اسمیوم گروهی از عناصر را تشکیل می دهند که به آنها فلزات گروه پلاتین (PGMs) گفته می شود. این عناصر دارای ویژگیهای شیمیایی مشابهی هستند  اما پالادیوم کمترین نقطه ذوب و کمترین میزان تراکم را در بین آنها دارد. در ادامه  مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

امروزه بیش از نیمی از پالادیوم و پلاتین تولیدی در مبدل های کاتالیزوری مورد استفاده قرار می گیرند و تقریباً ۹۰٪ از گازهای مضر در اگزوز خودرو (هیدروکربن ها ، مونوکسید کربن و دی اکسید نیتروژن) را به مواد کمتر مضر (نیتروژن ، دی اکسید کربن) تبدیل می کنند.

این فلز همچنین در لوازم الکترونیکی ، دندانپزشکی ، پزشکی ، تصفیه هیدروژن ، کاربردهای شیمیایی ، تصفیه آب های زیرزمینی و جواهرات استفاده می شود. Pd جزء اصلی سلولهای سوختی است که در آنها هیدروژن با اکسیژن برای تولید برق ، گرما و آب واکنش می دهد.

تاریخچه کشف فلز پالادیوم

پالادیوم در سال ۱۸۰۲ توسط شیمیدان ویلیام هاید ولستون کشف شد که در آن زمان مشغول آزمایش پالایش پلاتین بود. وی به طور اتفاقی با حل کردن پلاتین در مخلوط اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک  این فلز را کشف کرد و پس مانده را بررسی کرد. او تصمیم گرفت به جای انتشار کشف جدید خود آن را عنوان نقره جدید در بازار بفروشد.

پس از علنی شدن کشف این فلز ، پالادیوم به عنوان درمانی برای سل محبوبیت یافت. با این حال به دلیل عوارض جانبی نامطلوب مصرف آن متوقف شد و  تا سال ۱۹۹۰ دوباره محبوبیت پیدا نکرد ولی این بار وارد صنعت اتومبیل سازی جهت استفاده در مبدل های کاتالیزوری شد.

ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی فلز پالادیوم

پالادیم یک فلز قیمتی به رنگ سفید-خاکستری و بسیار انعطاف پذیر است که به راحتی می شود با آن کار کرد. این فلز اکنون جز چهار فلز گرانبهای جهان است.  Pd در دماهای معمولی تحت تاثیر اتمسفر تیره نمی شود.  بنابراین این فلز و آلیاژهای آن به عنوان جایگزینی برای پلاتین در جواهرات و در ارتباطات الکتریکی و برای اهداف تزئینی استفاده می شوند.

مقادیر نسبتاً کمی از پالادیوم که با طلا آلیاژ می شود باعث بهترین بازدهی طلای سفید خواهد شد. از پوششهای پالادیوم الکترودپوزیت شده یا آبکاری شده شیمیایی در قطعات مدار چاپی و در خازن های سرامیکی چند لایه استفاده می شود.

Pd یکی از فراوانترین فلزات گروه پلاتین است که در پوسته زمین با فراوانی ۰.۰۱۵ قسمت در میلیون یافت می شود. این فلز با پلاتین بومی آلیاژ تشکیل می دهد. این ماده به طور کلی به عنوان یک محصول جانبی در پالایش سنگ معدن مس و نیکل تولید می شود. روسیه ، آفریقای جنوبی ، کانادا و ایالات متحده آمریکا تولید کنندگان برجسته پالادیوم جهان در اوایل قرن ۲۱ بودند.

بهتر است بدانید:

این فلز کاتالیزوری عالی برای واکنشهای شیمیایی شامل هیدروژن و اکسیژن از جمله هیدروژنه شدن ترکیبات آلی اشباع نشده است. در شرایط مناسب Pd بیش از ۹۰۰ برابر حجم خود هیدروژن جذب می کند. طی این روند پالادیم منبسط ، سخت تر ، قوی تر و انعطاف پذیر تر می شود. جذب  هیدروژن همچنین باعث کاهش هدایت الکتریکی و حساسیت مغناطیسی فلز خواهد شد.

پالادیوم نسبت به سایر فلزات گروه پلاتین واکنش پذیرتر است. به عنوان مثال ، با اسیدهای بیشتری نسبت به سایر فلزات پلاتین مورد حمله قرار می گیرد. در فرم اسفنجی حتی در اسید هیدروکلریک با حضور کلر یا اکسیژن حل می شود. این فلز به سرعت توسط اکسیدهای قلیایی ذوب شده و توسط  پراکسیدها و همچنین توسط فلوئور و کلر در حدود ۵۰۰ درجه سانتی گراد (۹۳۲ درجه فارنهایت) مورد حمله قرار می گیرد.

کاربردهای فلز پالادیوم

مبدل های کاتالیزوری

بیشترین کاربرد پالادیم در صنعت خودرو و بطور خاص مبدل های کاتالیزوری است. پالادیوم به عنوان یک کاتالیزور عالی عمل می کند و به تبدیل برخی از آلاینده های ناشی از احتراق داخلی موتورها به اجزای کمتر مضر کمک می کند. این ترکیبات برای انسان و محیط زیست بسیار مضر هستند و در سال های اخیر تحت نظارت شدید قرار گرفته اند. برای سالها پلاتین فلز انتخابی جهت تولید کاتالیزوز بود اما با افزایش قیمت ها پالادیوم به عنوان جایگزین مناس بتر مورد استفاده قرار گرفت.

سرمایه گذاری فلزات گرانبها

به عنوان یک فلز گرانبها با بالاترین ارزش فعلی ، جای تعجب ندارد که پالادیوم اکنون به عنوان یک دارایی جهت سرمایه گذاری بسیار با ارزش است. سکه های پالادیومی از سال ۱۹۶۶ تولید شده است  و امروز شمش ها و سکه های ساخته شده از این فلز بسیار با ارزش هستند.

جواهرات – طلای سفید

اگرچه طلای زرد جواهرات سنتی موجود در جهان است اما طلای سفید نیز یک انتخاب محبوب است و پالادیوم یکی از فلزاتی است که در آلیاژهای طلای سفید استفاده می شود. این فلز همچنین به دلیل نرمی در جواهرات به صورت خالص تر استفاده می شود.

الکترونیک

در صنعت الکترونیک این فلز برای ارتباطات الکتریکی  در خازن های سرامیکی و مواد لحیم کاری استفاده می شود.

دندانپزشکی

در آمالگام های دندانی مقادیر کمی از Pd برای مقابله با خوردگی و افزایش درخشندگی استفاده می شود. در این آمالگام ها به طور معمول کمتر از ۰.۵٪ پالادیوم وجود دارد و جیوه ، نقره ، قلع و مس بقیه را تشکیل می دهند.

فلوت های حرفه ای

فلوت های حرفه ای و درجه یک  مورد استفاده در کنسرت ها اغلب از فلزات گرانبها ساخته می شوند. اگرچه نقره استرلینگ یک ماده رایج برای این منظور است  اما گاهی اوقات از پالادیوم برای تولید لوله های داخل این فلوت ها استفاده می شود.

 چاپ عکس

مانند نمک نقره ، نمک های Pd اغلب به عنوان ماده حساس به نور در چاپ مورد استفاده قرار می گیرد. نمک های این فلز  کیفیت منحصر به فردی ارائه می دهند و در اواخر قرن نوزدهم مورد استفاده گسترده قرار گرفتند و امروزه در سبک های هنری مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

تصفیه و ذخیره سازی هیدروژن

توانایی پالادیوم در جذب هیدروژن باعث شده که از آن برای تخلیص و ذخیره سازی ایمن عناصر هیدروژنی بسیار فرار استفاده شود که این مسئله برای سلولهای سوختی مفید است.

هیدروژن یک منبع سوخت بسیار کارآمد است و یافتن راه هایی برای ذخیره ایمن مقادیر زیاد آن می تواند به فن آوری های انرژی در آینده کمک کند. به طور خاص ، مشخص شده است که نانوذرات پالادیوم در جذب هیدروژن کارایی بیشتری دارند و تحقیقات در مورد چگونگی استفاده از این روش ها ادامه دارد.

سمیت فلز پالادیوم برای انسان

پالادیوم  فلزی با سمیت پایین است با اینحال تحقیقات اخیر در مورد مکانیسم سمیت این فلز حاکی از سمیت بالای این فلز است اگر در یک بازه زمانی طولانی تر و در سطح سلولی در کبد و کلیه اندازه گیری شود.

به نظر می رسد میتوکندری ها نقش مهمی در تعیین سمیت Pd دارند زیرا این فلز باعث از بین رفتن غشای میتوکندری و کاهش سطح گلوتاتیون سلولی (GSH) می شود. تا قبل از این تحقیق تصور بر این بود که پالادیوم در هنگام مصرف به مقدار خیلی کم از بدن انسان جذب می شود.

دوزهای بالای پالادیوم می تواند سمی باشد و آزمایشات روی جوندگان نشان می دهد که ممکن است منجر به سرطان شود اگرچه تاکنون هیچ مدرک مشخصی مبنی بر اینکه این عنصر به انسان آسیب برساند، وجود ندارد.