46. Palladium (Pd) – Der Katalysator der Zukunft

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Heute reisen wir zu einem Element, das wie sein naher Verwandter Rhodium zu den stillen Helden unserer modernen Welt gehört. Palladium, Chemisches Symbol PD. Ordnungszahl, 46 ein silberweißes Metall, das auf den ersten Blick kaum von Platin zu unterscheiden ist und doch eine ganz eigene Persönlichkeit besitzt. Es ist weicher als sein berühmter Verwandter, Formbarer leichter und es hat eine Eigenschaft, die in der Welt der Elemente einzigartig ist und beinahe an Magie grenzt. Palladium kann Wasserstoff in sich aufnehmen wie ein Schwamm, das Wasser bis zum 900 fachen

0:54 seines eigenen Volumens und es kann diesen Wasserstoff auch wieder abgeben. Kontrolliert, dosiert, präzise. Diese Eigenschaft macht es zu einem Schlüsselelement für eine Zukunft, in der Wasserstoff eine zentrale Rolle in der Energieversorgung spielen könnte und. Und sie ist nur eine von vielen Facetten, die Palladium zu einem der spannendsten Metalle des Periodensystems machen.

1:22 Die Geschichte des Palladiums beginnt, wie wir schon bei Rodium gehört haben, in einem Londoner Laboratorium des frühen 19 Jahrhunderts, William Hyde Wallerstone dieser gründliche und stille Chemiker, der lieber im Verborgenen arbeitete als im Rampenlicht stand. Isolierte das Element im Jahr 1802 aus südamerikanischen Platinerzen ein Jahr vor seiner Entdeckung des Rhodiums. Doch Wollerston wählte einen ungewöhnlichen Weg, um seine Entdeckung bekannt zu machen, statt sie umgehend in einer wissenschaftlichen Zeitschrift zu publizieren, ließ er das Metall in einem Londoner Mineralienladen zum Verkauf anbieten.

2:07 Mit einer anonymen Notiz, die das neue Element ankündigte. Diese eigentümliche Vermarktung führte zu einer öffentlichen Kontroverse. Der irische Chemiker Richard Chinewicks kaufte eine Probe, untersuchte sie und behauptete, es handle sich keineswegs um ein neues Element, sondern um eine Legierung aus Platin und Quecksilber.

2:31 Wollastone schwieg zunächst. Ließ Zenewigs gewähren und bot dann öffentlich einen Geldpreis aus, falls jemand das Metall durchmischen anderer Substanzen herstellen könne. Niemand schaffte es erst 2 Jahre später, im Jahr 1805, bekannte sich Wollerson in einem Vortrag vor der Royal Society zu seiner Entdeckung und beschrieb detailliert das Verfahren der Isolierung. Den Namen Palladium hatte er bereits gewählt, abgeleitet vom Asteroiden Pallas, der erst kurz zuvor entdeckt worden war. Im Jahr 1802 durch den deutschen Astronomen Heinrich Wilhelm Olbers.

3:14 Die Pallas wiederum war benannt nach der griechischen Göttin Pallas Athene, der Göttin der Weisheit, des strategischen Denkens und der Handwerkskunst. Es ist eine schöne Verbindung. Denn auch das Element Sell hat über die Jahrhunderte etwas Athenisches bewahrt, eine Verbindung von Klugheit und nützlicher Anwendung. Die physikalischen Eigenschaften des Palladiums verdienen einen genaueren Blick, es hat einen schmelzpunkt von 1555 Grad Celsius, einen Siedepunkt von 2963 Grad Celsius. Eine Dichte von 12,02 Gramm pro Kubikzentimeter. Damit ist es das leichteste aller Platinmetalle, deutlich weniger dicht als Platin mit 21,5 Gramm pro Kubikzentimeter oder Iridium mit 22,5 und 60.

4:06 Es ist duktil, also gut verformbar. Lässt sich zu Drähten ziehen und zu blechen Walzen und es ist mit einer Mooshärte von 4,5 eines der weicheren Edelmetalle an Luft, bleibt es bei Raumtemperatur weitgehend stabil, oberhalb von etwa 400 Grad Celsius bildet es allerdings eine dünne Oxidschicht, die bei höheren Temperaturen wieder zerfällt. In dieser thermischen Eigenheit unterscheidet es sich davon. Platin, das auch bei hohen Temperaturen praktisch nicht oxidiert.

4:46 Die wohl bemerkenswerteste Eigenschaft des Palladiums ist seine außergewöhnliche Fähigkeit, Wasserstoff zu absorbieren, bei Raumtemperatur und Normaldruck kann ein Kubikzentimeter Palladium etwa 900, Kubikzentimeter Wasserstoffgas aufnehmen. Diese Aufnahme erfolgt nicht durch eine bloße Adsorption an der Oberfläche, sondern durch eine echte Diffusion in das Metallgitter hinein.

5:16 Die Wasserstoffmoleküle Dissoziieren an der Palladiumoberfläche in einzelne Wasserstoffatome. Diese Atome wandern dann durch das Kristallgitter und setzen sich in den Zwischenräumen zwischen den Palladiumatomen fest. Das Metall bildet dabei Hydridphasen, in denen das Verhältnis von Wasserstoff zu Palladium bis zu einem Wert von etwa 0,7 erreichen kann.

5:43 Diese Eigenschaft wurde bereits 1866 durch den schottischen Chemiker Thomas Graham entdeckt, der das Phänomen erstmals quantitativ beschrieb. Graham erkannte, dass Palladium den Wasserstoff nicht nur aufnimmt, sondern auch durchlässt, sofern eine Druckdifferenz besteht. Diese selektive Durchlässigkeit ist die Grundlage für die Wasserstoffreinigung mit Palladiummembranen, einem Verfahren, das in der industriellen Chemie und zunehmend auch in der Wasserstofftechnologie eingesetzt wird, eine. Eine dünne Palladiumfolie lässt nur Wasserstoff hindurch, während alle anderen Gase zurückgehalten werden. Auf diese Weise lässt sich hochreiner Wasserstoff gewinnen, wie er etwa für die Halbleiterproduktion oder für Brennstoffzellen benötigt wird.

6:40 Die katalytische Wirkung des Palladiums ist eng mit dieser Wasserstoffaffinität verknüpft. Wenn Wasserstoffatome im Palladiumgitter sitzen oder an seiner Oberfläche haften, sind sie wesentlich reaktionsfreudiger als in der ursprünglichen Form als Wasserstoffmolekül. Sie können dann mit anderen Molekülen reagieren, etwa mit organischen Verbindungen, die Doppel oder Dreifachbindungen enthalten und diese in einfachere, gesättigte Verbindungen umwandeln. Diese Reaktion.

7:14 Die Hydrierung ist eine der wichtigsten Reaktionen der Organischen Chemie und der industriellen Lebensmittelproduktion. Palladium ist hier ein Katalysator von herausragender Bedeutung, sei es in der Härtung von Pflanzenölen zur Margarineproduktion, in der Synthese von pharmazeutischen Wirkstoffen oder in der Petrochemie, die. Daneben hat sich Palladium in den letzten Jahrzehnten zu einem unverzichtbaren Werkzeug der modernen organischen Synthese entwickelt, vor allem durch die sogenannten Palladium Katalysierten Kupplungsreaktionen. Diese Kupplungsreaktionen ermöglichen es, Kohlenstoff, Kohlenstoff, Bindungen zwischen 2 Molekülen unter milden Bedingungen zu knüpfen, eine Aufgabe, die in der klassischen organischen Chemie oft sehr

8:08 schwierig war. Im Jahr 2010 erhielten 3 Forscher den Nobelpreis für Chemie für ihre Beiträge zu diesem Feld. Richard F. Heck, geboren 1931 in Springfield in den Vereinigten Staaten gestorben 2015 auf den Philippinen, entwickelte in den späten 60er Jahren die nach ihm benannte Heck Reaktion Aichi Negishi geboren 1935 in Changchun die.

8:39 In der damals japanisch besetzten Mandschurei gestorben 2021 entwickelte die nigischi Kupplung, die mit zinkorganischen Verbindungen arbeitet. Akira Suzuki, geboren 1930 in Mukawa in Japan, entwickelte gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Norio Miaura die Suzuki Kupplung, die mit Bohrverbindungen arbeitet.

9:05 Diese 3 Reaktionen, ergänzt durch weitere wie die stille Kupplung, die sonogashira Kupplung oder die Buchwald Hartwig Aminierung, sind aus der modernen Wirkstoffsynthese nicht mehr wegzudenken. Schätzungen zufolge basieren mehr als ein Viertel aller heutzutage industriell hergestellten pharmazeutischen Wirkstoffe in mindestens einem Schritt auf einer Palladium katalysierten Kupplungsreaktion.

9:33 Auch in der Synthese von Pflanzenschutzmitteln, Farbstoffen, Polymeren und Materialien für die Elektronik werden diese Reaktionen täglich angewendet. Die zweite große industrielle Anwendung des Palladiums ist wie schon bei Rhodium der Fahrzeugkatalysator, etwa 80% der weltweiten Palladiumproduktion fließen in diese Anwendung im. 3 Wege Katalysator von Benzinmotoren übernimmt Palladium gemeinsam mit Platin die Oxidation von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

10:11 Über Jahrzehnte hinweg wurde Platin für diese Aufgabe bevorzugt, doch als der Platin Preis ab den späten 90er Jahren stark stieg, suchte die Automobilindustrie nach Alternativen. Palladium erwies sich als günstiger und in vielen Anwendungen ebenso wirksam. Eine massive Substitution begann vor allem nach der Jahrtausendwende. Im Jahr 2000 waren Platin und Palladium Katalysatoren etwa gleich verbreitet, danach drehte sich das Verhältnis zugunsten des Palladiums.

10:47 Diese Substitution hatte allerdings ihren Preis im wahrsten Sinne des Wortes, denn die wachsende Nachfrage trieb auch den Palladiumpreis in die Höhe. Im Frühjahr 2022 erreichte Palladium einen historischen Höchststand von rund $3000 pro Feinunze, womit es zeitweise sogar Platin und Gold im Preis übertraf.

11:12 Ein bemerkenswertes Phänomen für ein Metall, das viele Jahrzehnte lang als günstigerer Verwandter des Platins galt. Der Krieg in der Ukraine und die damit verbundenen Sanktionen gegen Russland, einen der größten Palladiumproduzenten der Welt, trugen erheblich zu diesem Preisanstieg bei. Inzwischen hat sich der Markt wieder beruhigt.

11:34 Der Preis schwankt seit 2023 in einem Bereich zwischen 1002 $1000 pro Feinunze und die langfristigen Aussichten hängen stark von der Geschwindigkeit der Elektrifizierung des Automobilverkehrs ab. Die geographische Verteilung der Palladium vorkommen ist ähnlich konzentriert wie bei Rhodium. Aber mit einer wichtigen Verschiebung.

12:02 Russland ist hier der mit Abstand größte Förderer, das russische Unternehmen Norils Knickel, ansässig in der gleichnamigen Stadt auf der Taimyur Halbinsel weit nördlich des Polarkreises, produziert allein etwa 40% des weltweiten Palladiums. Diese Vorkommen entstanden vor etwa 250000000 Jahren. In einem gewaltigen vulkanischen Ereignis der sibirischen Trappe, einer der größten flutbasaltischen Provinzen der Erdgeschichte, die mit dem größten Massenaussterben der Erdgeschichte am Ende des Perm Zeitalters in Verbindung gebracht wird.

12:44 Die magmatischen Prozesse, die damals den Großteil aller Arten auf der Erde auslöschten, haben in den tiefen Schichten der Erdkruste die größten Anhäufungen von Palladium der Welt entstehen lassen. Es ist eine bittere ökologische Ironie, dass wir heute aus diesen Schichten ein Metall fördern, mit dem wir die Schadstoffemissionen unserer Fahrzeuge reduzieren. Südafrika ist mit etwa einem Drittel der Weltproduktion der zweitgrößte Förderer, gefolgt von Kanada, Simbabwe und den Vereinigten Staaten.

13:20 Diese starke Abhängigkeit von Russland macht den Palladiummarkt besonders sensibel für geopolitische Spannungen. Die Gewinnung des Palladiums erfolgt überwiegend als Nebenprodukt der Nickel und Kupferförderung in den russischen und kanadischen Vorkommen sowie als Hauptprodukt im südafrikanischen Busch.

13:40 Welt Komplex die Anreicherungs und Trennverfahren ähneln denen für Rhodium mit einer langen Kette aus Flotation. Schmelzen, chemische Auflösung und schließlich Trennung der einzelnen Platinmetalle voneinander, etwa 20% des heute verwendeten Palladiums, stammen aus dem Recycling vor allem aus alten Fahrzeugkatalysatoren, daneben aus Industrieabfällen und elektronischem Schrott. Das Recycling gewinnt zunehmend an Bedeutung, sowohl aus ökologischen als auch aus strategischen Gründen, weil die Abhängigkeit von wenigen Förderländern für viele Industriestaaten zu einem ernsten Risiko geworden ist. In der Elektronikindustrie spielt Palladium eine wichtige, aber oft übersehene Rolle.

14:30 Es wird in Mehrlagen, Keramik, Kondensatoren verwendet, jenen winzigen Bauteilen, die in nahezu jedem elektronischen Gerät zu Tausenden Vorkommen, in Mobiltelefonen, Computern, Fernsehern, Autoelektronik finden sich diese Kondensatoren, deren elektrisch leitende Schichten teilweise aus Palladium oder Palladium silberlegierungen bestehen.

14:56 Auch in Steckkontakten, in Lötlegierungen und in Beschichtungen von Steckverbindern wird Palladium verwendet, weil es eine gute elektrische Leitfähigkeit mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit verbindet. Daneben findet es in der Zahnmedizin Anwendung in Form von Palladium, Silberlegierungen für Inlays, Kronen und Brücken.

15:23 Wobei diese Anwendung in den letzten Jahrzehnten teilweise durch keramische Werkstoffe verdrängt wurde. Eine kuriose und doch wissenschaftshistorisch bedeutsame Episode in der Geschichte des Palladiums ist die sogenannte kalte Fusion. Im März 1989 hielten der amerikanische Elektrochemiker Stanley Ponce und der britisch amerikanische Chemiker Martin Fleischmann an der University of Utah eine aufsehenerregende Pressekonferenz ab.

15:56 Sie behaupteten, in einer einfachen elektrochemischen Zelle mit Palladiumelektroden und schwerem Wasser eine Kernfusion bei Raumtemperatur erzeugt zu haben. Wenn dies stimmte, wäre damit eine praktisch unerschöpfliche, saubere Energiequelle entdeckt worden. Denn die Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu Helium setzt enorme Energiemengen frei. Die wissenschaftliche Welt reagierte zunächst mit Begeisterung, dann mit zunehmender Skepsis, weil sich die Ergebnisse in unabhängigen Laboratorien nicht reproduzieren ließen.

16:33 Innerhalb weniger Monate war die kalte Fusion als wissenschaftlicher Irrtum entlarvt und die Karrieren von Ponx und Fleischmann gerieten in schwere Schieflage. Die Episode wurde zum Lehrstück für die Bedeutung der Reproduzierbarkeit in der Wissenschaft und für die Gefahren voreiliger Veröffentlichungen über Pressekonferenzen statt durch fachliche Begutachtung.

16:59 Bis heute gibt es eine kleine Gemeinschaft von Forscherinnen und Forschern, die. Die behaupten, in Palladium beladenen Systemen anomale Wärmeentwicklungen oder unerklärliche Kernreaktionen zu beobachten. Doch ein eindeutiger reproduzierbarer Nachweis steht weiterhin aus. Die Geschichte hat dem Palladium dennoch den Beinamen verliehen, das Metall der unerfüllten Versprechen zu sein, eine Beschreibung, die ihm allerdings angesichts seiner sonstigen Erfolge kaum gerecht wird.

17:32 Die Wasserstoffwirtschaft, die in den kommenden Jahrzehnten an Bedeutung gewinnen dürfte, bietet dem Palladium möglicherweise eine neue, gewaltige Bühne. Wenn Wasserstoff als Energieträger eine zentrale Rolle in der Energieversorgung übernimmt, dann werden Verfahren zur Herstellung, Reinigung, Speicherung und Verteilung dieses Gases enorm an Bedeutung gewinnen.

17:57 Palladium spielt in mehreren dieser Bereiche eine Schlüsselrolle in der Brennstoffzelle, in der Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser reagieren und dabei elektrische Energie freisetzen, werden palladiumhaltige Katalysatoren intensiv erforscht auch in der Wasserstoffspeicherung gibt es Konzepte, in denen Palladiumlegierungen den Wasserstoff binden und bei Bedarf wieder freigeben. In der Elektrolyse, also der Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit elektrischem Strom, kommen ebenfalls palladiumhaltige Elektrodenmaterialien zum Einsatz.

18:37 Daneben werden Palladiummembranen für die Reinigung von Wasserstoff verwendet, wenn dieser etwa aus Erdgasreformierung oder Ammoniakspaltung gewonnen wird und Begleitgase abgetrennt werden müssen. Die Vorstellung, dass dasselbe Element, das uns heute hilft, die Schadstoffe der Verbrennungsmotoren zu reduzieren, uns morgen helfen könnte, eine kohlenstofffreie Energieversorgung aufzubauen, ist eine schöne Perspektive und ein Beispiel dafür, wie die Werkzeuge einer Epoche oft den Weg zur nächsten Ebenen, die chemischen Eigenschaften des Palladiums sind reich und vielfältig.

19:18 Es kommt in seinen Verbindungen vorwiegend in den Oxidationsstufen 0 + 2 und plus 4 vor, wobei die Stufe plus 2 die häufigste ist. Palladium 2 Chlorid PDC L 2 ist eine wichtige Ausgangsverbindung für viele Synthesen. Ebenso palladiumacetat die elektronische Konfiguration des Palladiums ist im Vergleich zu den meisten.

19:46 Anderen Übergangsmetallen ungewöhnlich, denn es weist eine vollständige Auffüllung der D. Schale im Grundzustand auf. Die Konfiguration lautet Krypton 4 de 10 ohne Elektronen in der fünften Hauptschale diese Anordnung ist eine seltene Ausnahme im Periodensystem und führt dazu, dass Palladium in mancher Hinsicht eher wie ein Edelgas reagiert, mit einer hohen Stabilität der vollen d Schale.

20:15 Die in Reaktionen erst aufgebrochen werden muss. In wässriger Lösung bildet Palladium komplexe Ionen, oft mit Liganten wie Chlorid, Ammoniak, Phosphinen oder organischen Stickstoff und Schwefelverbindungen. Die Vielfalt dieser Komplexe ist die chemische Grundlage seiner katalytischen Vielseitigkeit. In der medizinischen Forschung wird Palladium seit einigen Jahren als möglicher Kandidat für Krebsmedikamente untersucht. Inspiriert vom Erfolg des Platinhaltigen CIS Platins, eines der wichtigsten Chemotherapeutika seit den 70er Jahren, suchen Forscherinnen und Forscher nach palladiumhaltigen Verbindungen, die ähnlich oder besser gegen Tumore wirken könnten.

21:04 Ohne deren teilweise schwere Nebenwirkungen. Die ersten Ergebnisse sind ermutigend, doch der Weg von der Grundlagenforschung zur klinischen Anwendung ist lang und keiner der bislang untersuchten Palladiumkomplexe hat es bisher zur Zulassung als Medikament geschafft. Daneben werden palladiumhaltige Verbindungen auch als potentielle Wirkstoffe gegen tropische Krankheiten wie Leishmaniose und Chagas Krankheit untersucht.

21:35 Mit ähnlich vielversprechenden, aber noch nicht ausgereiften Resultaten. Die Isotopenverhältnisse des Palladiums sind interessant in der Natur kommen 6 stabile Isotope vor, mit den Massenzahlen 102, 104, 105. 106 108 und 110 die häufigsten sind Palladium 106 mit etwa 27% Häufigkeit und Palladium 108 mit etwa 26%.

22:09 Daneben existieren mehrere künstliche radioaktive Isotope, von denen Palladium 107 mit einer Halbwertszeit von etwa sechseinhalb Millionen Jahren das langlebigste ist. Dieses Isotop hat eine besondere wissenschaftshistorische Bedeutung, denn es entsteht in geringen Mengen bei der Spaltung von Uran in Kernreaktoren und ist eines der Langlebigeren Spaltprodukte, die in der Diskussion um die Endlagerung nuklearer Abfälle eine Rolle spielen.

22:43 Auch in Meteoriten wird gelegentlich nach Spuren des längst zerfallenen Palladium 107 gesucht. Weil dieses Isotop in der Frühzeit des Sonnensystems vorhanden gewesen sein muss und seine Zerfallsprodukte heute Hinweise auf die zeitliche Abfolge der Bildung von Asteroiden und Planeten liefern, können.

23:05 In der Erdkruste ist Palladium mit einer durchschnittlichen Konzentration von etwa 0,006 Gramm pro Tonne ein extrem seltenes Element, ähnlich selten wie Gold oder Rhodium in. Wie die anderen Platinmetalle ist es siderophil und neigt dazu, sich mit Eisen zu verbinden, weshalb der größte Teil des ursprünglich vorhandenen Palladiums bei der Bildung der Erde in den Erdkern wanderte.

23:35 Was wir heute in der Kruste finden, stammt zum Teil aus diesem späten Furnier durch Meteoriteneinschläge nach der Kernbildung. Zum Teil aus Magmatischen Differenzierungsprozessen, bei denen die Platinmetalle in bestimmten geologischen Strukturen angereichert wurden. So legen wir nun das stille, silbrige Element zur Ruhe dieses Metall. Das so viel kann und das doch im Alltag fast unsichtbar bleibt, das in winzigen Mengen in unseren Autos, unseren Telefonen, unseren Medikamenten arbeitet, ohne dass wir je seine Anwesenheit bemerken.

24:15 Schlaf gut.