元素46

**鈀**（拼音：bǎ，注音：ㄅㄚˇ；英語：**Palladium**），是一種化學元素，其化學符號為 **Pd**，原子序數為 46，原子量為 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。鈀與鉑、銠、釕、銥、鋨形成一組鉑族金屬的元素家族（PGMs）。鉑族金屬化學性質相似，但鈀的熔點最低，也是這些貴金屬中密度最低的一種。

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、水）。鈀也常被使用在電子工業、牙醫學、醫學、氫氣純化、化學應用、地下水處理以及珠寶業。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。

鈀及其他鉑族金屬的礦床很罕見。鈀含量較高的礦床主要分佈在：南非德蘭士瓦盆地的布希維爾德火成巖複合體的白雲帶、美國蒙大拿州的斯蒂爾沃特綜合體、加拿大安大略省的索德柏立盆地及珊德灣區、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。
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

鈀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。

鈀是一種類似鉑的軟銀白色金屬，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。鈀可緩慢溶於熱發煙硝酸、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。 
鈀在標準溫度下不與氧反應，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，並且在含硫的潮濕空氣中會輕微褪色。

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。

## 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。

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，而主要的衰變產物為銠（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），主要的衰變產物為銀（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。

## 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。

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### 鈀 (II)

氯化鈀可由鈀和氯氣直接反應而成，是合成其它鈀化合物的起點。氯化鈀可以用來製造各種鈀催化劑。PdCl2 的硝酸溶液會和乙酸反應，生成乙酸鈀。PdCl2 可和配體反應，產生平面正方形結構的 PdCl2L2 配合物，如苯甲腈配合物 PdX2(PhCN)2。

　
: PdCl2 + 2 L → PdCl2L2（L = PhCN、PPh3、NH3 等）

二氯雙 (三苯基膦) 鈀是有用的催化劑。

### 鈀 (0)

鈀可以形成多種通式為 PdL4、PdL3 或 PdL2 的零價鈀化合物。舉個例子，還原 PdCl2(PPh3)2 和 PPh3 的混合物可以得到四 (三苯基膦) 鈀（(Pd (PPh3)4）：

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

另一個重要的鈀 (0) 配合物三 (二亞苄基丙酮) 二鈀（Pd2(dba)3）則可以通過四氯合鈀 (II) 酸鈉在二亞苄基丙酮存在下被還原而成。

鈀 (0) 和鈀 (II) 化合物都是偶聯反應的催化劑。乙酸鈀、四 (三苯基膦) 鈀和三 (二亞苄基丙酮) 二鈀都可用作催化劑或催化劑前體。

### 其它氧化態

鈀 (IV) 化合物較罕見，其中一個例子是六氯合鈀 (IV) 酸鉀 K2[PdCl6]。鈀 (III) 的化合物也是已知的。2002 年有人聲稱合成了鈀 (VI)，但隨後被反駁。

鈀也可以形成如 Pd4(CO)4(OAc)4Pd(acac)2 的混合價態化合物。Pd4(CO)4(OAc)4Pd(acac)2 由 Pd4(CO)4(OAc)4 和 Pd (acac)2 這兩個單元不斷交替而成。

鈀和電正性更強的元素形成合金時，會得到負電荷。這些化合物被稱為鈀化物，如鈀化鎵。稀土元素可以形成通式 RPd3 的鈀化物。

## 應用

鈀在現代最大的用途是催化轉換器，也能用作珠寶、牙科材料、手錶配件、血糖試紙、飛機火花塞、手術器械和電接觸點，或者用於製作專業的橫向長笛。；也能用作貴金屬投資商品，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金、銀和鉑。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，其生產的鈀占全球產量的 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，如赫克反應和鈴木反應。

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。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。

鈀也是林德拉催化劑的重要成分。

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，鈀奈米顆粒在哺乳動物體內被證實了有治療疾病的催化活性。

### 電子學

鈀在電子學中的第二大應用便是用於電容器中，其中鈀以及鈀銀合金用作電極。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。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。

### 儲氫

鈀在室溫可以很容易地吸收氫氣，形成氫化鈀 PdHx（x＜1）。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。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。鈀中的氫含量影響著磁化率，隨著氫含量的增高，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。

### 牙醫材料

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

## 參考文獻

## 外部連結

* 元素鈀在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
* EnvironmentalChemistry.com —— 鈀（英文）
* 元素鈀在 _The Periodic Table of Videos_（諾丁漢大學）的介紹（英文）
* 元素鈀在 Peter van der Krogt elements site 的介紹（英文）
* WebElements.com – 鈀（英文）