Chapitres
Présentation du Palladium
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Pd |
| Numéro atomique | 46 |
| Famille | métaux de transitions |
| Groupe (colonne) | 10 |
| Période (ligne) | 5 |
| Bloc (sous couche électronique) | d |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique (isotope principal) | 106 u |
| Structure électronique | (K)2(L)8(M)18(N)16 |
| Configuration électronique | 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 |
| Propriétés physico-chimique | |
| électronégativité | 2,2 |
| Masse molaire atomique (g/mol) | 106.4 |
Le palladium appartient à la famille chimique des métaux de transition. Comme le platine, il dépend du groupe 10 de la classification périodique des éléments, ce qui en fait un métal avec des propriétés très proches de celles du platine (plus que les autres platinoïdes).
C'est un métal platinoïde léger. Le groupe des platinoïdes représente l'ensemble des métaux qui ont des propriétés remarquables pour des métaux de transition et similaires à celles du platine. Ce groupe englobe le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'iridium et le platine (parfois le rhénium y est également associé)
Ce sont des métaux très peu réactifs, ce qui leur confère une forte résistance à la corrosion et à l'oxydation, même dans des conditions de fortes températures. Le palladium, comme le platine, est toutefois assez réactifs comparé à ses homologues platinoïdes.
Aussi, le palladium dispose d'importantes capacités à catalyser les réactions chimiques (c'est-à-dire accélération de la réaction chimique, ou amélioration de son rendement, afin de la rendre rentable) et tend à remplacer de plus en plus souvent le platine pour des raisons économiques.
Ainsi que les élements du groupe platinoïdes, il présente également d'excellentes propriétés mécaniques et de conduction électrique très intéressantes pour l'industrie.
Plus rare des Platinoides après l'osmium et le platine. Il est parfois considéré comme un métal noble, mais a été découvert bien plus récemment que ce dernier. Il fait partir des métaux stratégiques qui existent en lingot pour les investisseurs financier.
Origine et étymologie du palladium
Le "Palladium" doit son nom à "Pallas", un astéroïde découvert en 1803, quelques mois avant l'élément 46. Cet astéroïde a lui même été baptisé ainsi en référence à la déesse grecque de la sagesse.
Ce nom a été proposé par son découvreur, le chimiste anglais William Wollaston, en hommage à la découverte de l'astéroïde.
La découverte du palladium, un peu d'histoire
Le palladium a été découvert en 1803 par le chimiste britannique William Wollaston lors de l'analyse de platine brut provenant des mines du Brésil.
Il a dissous ce dernier dans de l'eau régale (mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique), a éliminé l'excès d'acide en le neutralisant avec de la soude puis a extrait de cette solution les ions platine en les faisant précipiter avec du chlorure d'ammonium.
Il a ensuite provoqué la précipitation d'une espèce chimique encore inconnue en ajoutant du cyanure mercurique, puis a obtenu, après chauffage de ce précipité, un métal brillant qui s'est avéré être du palladium.
Origine de la présence du palladium sur Terre
Comme l'ensemble des métaux platinoïdes, l'hypothèse la plus probable de leur présence sur la surface de la Terre est un apport extra-terrestre tardif (météorites).
Les principaux isotopes du palladium
Isotopes non radioactifs
Le palladium possède six isotopes naturels allant de l'isotope 102 à l'isotope 110, à l'exception du 107.
Les isotopes 105, 106 et 108 sont les plus abondants, présents quasiment à un quart chacun, respectivement 22,33 %, 27,33 % et 26,46 %. Ensuite, les isotopes 104 et 110 ont une abondance d'environ 11 %.
Enfin, l'isotope 102 est nettement moins abondants, car moins stables, avec une proportion de 1,02 %.
Radioisotopes naturels
Le palladium ne dispose pas de radioisotopes naturels.
Radioisotopes synthétiques
Il existe de nombreux radioisotopes du palladium produits de manière synthétique en laboratoire. Leurs nombres de masse vont de 91 à 101 pour les isotopes plus légers que les naturels et de 107 à 128 pour ceux plus lourds.
La désintégration radioactive des isotopes les plus légers est principalement selon un processus β+ avec des temps de demi-vie allant de quelques millisecondes à quelques jours et ceux des isotopes plus lourds majoritairement selon un processus β+ avec des durées de demi-vie extrêmement courtes pour l'extrême majorité d'entre eux, allant de quelques nanoseconde à quelques heures.
A noter que le palladium 107 est un des produits des réactions de fission nucléaire.
C'est même l'un des métaux de transition le plus présent dans les rejets de cette industrie. Sa désintégration radioactive est très lente (durée de demi-vie 6,5 millions d'année).
Extraction de palladium
Etant donné sa rareté, le palladium ne se retrouve que dans peu de gisements terrestres.
Il est considéré comme le métal libre associé au platine et à d'autres métaux du groupe du platine :
- en Australie,
- au Brésil,
- en Russie,
- en Éthiopie
- en Amérique du Nord et du Sud,
- ainsi que dans les dépôts de nickel et de cuivre (dont il est récupéré commercialement) au Canada et au Sud Afrique.
Le palladium sous forme de corps simple
C'est un métal gris argenté, mou et malléable, d'aspect assez proche du platine.
Tout comme ce dernier, il présente la caractéristique de pouvoir absorber (de manière réversible) un volume de dihydrogène. Sa capacité est même supérieur à celle du platine (équivalent à 900 fois son propre volume contre environ 750 fois pour le platine).
C'est de cette propriété que découle de nombreuses applications industrielles du palladium.
S'il est très stable et donc très peu sensible à l'oxydation à température ambiante, et il ne réagit pas avec l'eau ni avec la plupart des bases et des acides.
Par contre, il s'oxyde à température élevée. Enfin, encore plus que le platine, le palladium à la propriété de réagir avec les dihalogènes.
Les ions du palladium en solution aqueuse
L'ion palladium II de formule Pd2+ : c'est un cation monoatomique présentant un défaut de deux électrons.
Composés à base de palladium
Le palladium présente différents états d'oxydation possibles I, II et IV (défaut de 1, 2 ou 4 électrons). Ainsi, il est capable de former assez facilement des complexes avec des halogènes, ou de participer à la constitution de certaines molécules. Voici quelques exemples :
- L'acétate de palladium II de formule C4H6O4Pd : c'est un composé jaunâtre utilisé comme catalyseur dans différentes synthèses organiques.
- A chaud, il réagit avec le fluor pour donner du PdF3
- De la même manière avec le chlore et le brome pour donner PdCl2, PdBr2.
Utilisations courantes du palladium
Les utilisations du palladium sont extrêmement variées. Ses propriétés chimiques, mécaniques et électriques en font un métal de choix pour l'industrie, la chimie, la bijouterie, la médecine ou encore la musique...
Industrie
Le palladium peut être utilisé, à l'image d'autres métaux platinoïdes et de l'or dans les contacts électriques. Il est également utilisé dans les condensateurs, composants électroniques utilisés pour de nombreuses applications comme dans les téléphones portables, les téléviseurs...
Grâce à ses propriétés de catalyseurs de réaction chimiques, il peut être utilisé pour les pots catalytiques (accélérateurs de décomposition des gaz nocifs dans les voitures). Il tend a y remplacé le platine, bien plus onéreux.
Chimie
Nous l'avons vu, le palladium peu capter un énorme volume d'hydrogène, ce qui en fait un métal de choix pour une utilisation en tant qu'électrode dans les piles à combustible.
Ce n'est pas sa seule application en tant qu'électrode. En électrochimie, il est volontiers utilisé comme électrode hydrogène/palladium afin d'effectuer certains dosages.
L'hydrogène capté par le palladium, diffuse à travers celui-ci lorqu'il est chauffé. Ce procédé permet de purifier très efficacement l'hydrogène.
Il est également étudié pour une utilisation comme agent de stockage dans les piles à hydrogène, cependant les chercheurs se heurtent à des problèmes liés au coût du palladium.
Bijouterie
Le palladium est un métal utilisé en bijouterie, la plupart du temps en petites quantités dans des alliage d'or blanc ou gris.
Cependant, il tend à être de plus en plus utilisé en raison de sa pureté et sa brillance. De plus, sa rareté lui donne de la valeur auprès des acheteurs.
Tout comme le platine, il n'est pas allergisant, fort atout dans ce domaine.
Son utilisation en mjoallerie représente 5 % de la production mondiale.
Médecine
Le chlorure de palladium était autrefois prescrit comme traitement de la tuberculose au taux de 0,065 g par jour (environ 1 mg kg-1).
Aujourd'hui, il est encore utilisé dans la fabrication de couronnes dentaires en alliage avec le cuivre, l'argent, l'or ou le platine. Cela représente environ 15 % de la consommation mondiale.
Musique
Les métaux précieux sont utilisés à la fabrication d'instrument de musique, notamment pour la confection de l'embouchure des flûtes traversières.
L'utilisation de métaux précieux n'est pas une simple coquetterie, mais ils permettent une excellente conduction du son et ont une grande durabilité.
En effet, l'embouchure d'une flûte traversière est soumise à rude épreuve car en contact fréquent avec l'humidité du souffle par exemple.
Sources :
- "Chemical elements how they were discovered" - D.N. et V.D. Trifonov p 84 et 85
- Site "Métaux précieux" - https://www.metaux-precieux.fr/palladium/pd/composes-de-palladium/
- "Chemical elements 2nd edition" - David E Newton p 415 à 419
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