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El paladio es un metal raro, de color plateado, maleable y dúctil. Pertenece al grupo del platino en la tabla periódica de los elementos. De símbolo Pd y número atómico 46, fue descubierto en 1803 por el químico y médico británico William Hyde Wollaston. Tiene numerosas aplicaciones industriales y se utiliza para formar aleaciones con otros metales como el oro y el platino.
La historia del paladio se remonta a finales del siglo XVIII, cuando los investigadores comenzaron a estudiar las propiedades de los metales del grupo del platino. En 1802, Wollaston descubrió dos nuevos metales a partir del platino nativo bruto que había aislado. Nombró al primer elemento “rodio” debido a su color rosa (del griego “rhodon”, que significa rosa). El otro elemento fue bautizado “paladio”, en referencia al planeta Pallas, descubierto el 28 de marzo de 1802 por el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Matthias.
Wollaston presentó los resultados de sus investigaciones en un artículo publicado en 1804. Trabajando con platino, había notado impurezas e inclusiones que no lograba eliminar. Para intentar resolver este problema, disolvió el mineral en una solución de ácido clorhídrico y ácido nítrico. Luego utilizó soda para hacer el agua regia menos ácida y llevar el pH a un nivel más neutro. Con la ayuda del cloruro de amonio, precipitó el platino en forma de sal de amonio (hexacloroplatinato de amonio (NH4)2PtCl6). Después, añadió cianuro mercúrico a la solución para formar el cianuro de paladio. Para terminar, lo calentó para extraer el metal de paladio puro.
Este método de purificación fue ampliamente utilizado en el siglo XIX y permitió producir cantidades comerciales de paladio de alta pureza. Este rápidamente se convirtió en un elemento clave en la industria de la joyería. En efecto, su color plateado y brillante lo hacía una elección popular para la fabricación de joyas, particularmente en Europa. Incluso hubo un tiempo en que se recomendaba como tratamiento contra la tuberculosis. La dosis prescrita era de 0,065 g por día, aproximadamente 1 mg por kilogramo de peso corporal. Sin embargo, esta medicación presentaba numerosos efectos secundarios y fue rápidamente reemplazada por tratamientos más adecuados.
El paladio, además de su utilización como catalizador químico, sirve para fabricar contactos eléctricos y resistencias para circuitos electrónicos. Juega un papel importante en la producción de numerosos equipos militares como escudos térmicos. Se utiliza para crear componentes de misiles y reactores nucleares, así como dispositivos de comunicación y vigilancia.
En los años 1960 y 1970, el paladio se utilizó en la industria automotriz para la fabricación de catalizadores. Esta aplicación provocó un fuerte aumento en la demanda de este metal. La capacidad de este último para unirse con el hidrógeno fue crucial en el experimento de Fleischmann-Pons en 1989.
La configuración electrónica del paladio para sus cinco capas es 2, 8, 18, 18, 0. No se asemeja a la de otros elementos del grupo 10 de la tabla periódica de los elementos. Esto explica en parte las propiedades químicas y físicas de este metal.
Existen 16 isómeros nucleares y 38 isótopos conocidos del paladio, cuyo número de masa varía de 91 a 128. Este metal posee 6 isótopos estables, a saber: 102Pd, 104Pd, 105Pd, 106Pd, 108Pd y 110Pd. Estos forman la totalidad del paladio natural, en proporciones que varían del 10% al 27%. Se han formulado hipótesis sobre la desintegración del 102Pd y 110Pd. Los científicos apuntan a la posibilidad de una muy lenta doble desintegración β. Sin embargo, estos fenómenos nunca han sido observados. Cabe señalar que la masa atómica estándar de este elemento químico es de 106,42(1) u.
El paladio tiene una densidad de 12,02 g/cm3, un punto de fusión de 1.554,9 °C y un punto de ebullición de 2.963 °C.
El paladio es un metal maleable y blando. Es de color blanco plateado o acero brillante, a veces gris-blanco, similar al platino. Aunque forma parte del grupo de los platinoides ligeros, su densidad es la más baja comparada con los otros metales de este grupo. Esta comparación se ha hecho respecto al rutenio, al rodio, al osmio, al iridio y al platino. Tiene el punto de fusión más bajo entre estos otros elementos. En estado recocido, es blando y dúctil. Se endurece y solidifica cuando se trabaja en frío.
El paladio es un metal que se presta fácilmente a los trabajos de forja gracias a su maleabilidad y gran ductilidad. Puede ser endurecido por trabajo en frío y ser laminado en frío. Este procedimiento permite obtener láminas extremadamente finas similares a las obtenidas con el oro. El espesor de estas últimas puede alcanzar la diez milésima de milímetro.
Este metal presenta insolubilidad en agua así como en ácidos y bases diluidos. Sin embargo, puede ser disuelto muy lentamente, y en frío, cuando se sumerge en ácido sulfúrico y clorhídrico concentrados. El paladio es soluble en agua regia en frío, en ácido nítrico, o en ácido sulfúrico en caliente. No produce óxidos metálicos cuando entra en contacto con el oxígeno a temperatura ambiente. Es decir, no se empaña. Una oxidación se produce cuando se expone a una temperatura superior a 800 °C. Esta reacción conduce a la formación de óxido de paladio(II) PdO. En presencia de azufre y en una atmósfera húmeda, el paladio sufre un ligero empañamiento.
En forma de espuma o de polvo ultra-dividido, el paladio tiene una propiedad inusual. Puede absorber una cantidad excepcionalmente elevada de dihidrógeno, llegando hasta 900 veces su volumen, incluso a temperatura ambiente. Se observa entonces un aumento significativo de su tamaño. Esto puede explicarse por la formación de hidruro de paladio(II) (PdH2). Sin embargo, la naturaleza exacta de este compuesto no ha sido claramente establecida hasta el día de hoy. Asimismo, el paladio metálico, ya sea en forma de láminas, chapas o recipientes porosos en caliente, presenta una gran permeabilidad al hidrógeno. Este elemento puede atravesar fácilmente estos materiales sin encontrar una resistencia significativa.
A temperatura ambiente, el negro de paladio es capaz de absorber hasta 1.200 veces su volumen en dihidrógeno. Esta capacidad es notable, aunque las soluciones coloidales pueden fijar hasta 3.000 volúmenes equivalentes. Todos los elementos del grupo 10 son conocidos por su alto potencial catalítico como cuerpo simple. Es posible encontrar asociaciones de paladio metálico con otros metales como la plata, el cobre o los platinoides. Cuando es mayoritario en la aleación, se utiliza la denominación “paladuras de metales”.
La asociación del paladio con el platino, el iridio y el rodio da mezclas homogéneas sólidas reconocidas por su gran dureza. Combinado con el cobre, produce aleaciones buscadas por sus propiedades específicas. Las aleaciones PdAgCu (paladio, plata y cobre) son conocidas por su dureza y resistencia a la corrosión. A menudo se utilizan en la industria electrónica para la fabricación de contactos eléctricos, conectores y carcasas electrónicas.
El principal uso del paladio es la integración en los convertidores catalíticos de los automóviles para reducir las emisiones de contaminantes. Su uso en este sector representó más del 80% del consumo mundial en 2018. El paladio también se emplea en diversos campos, principalmente:
Aproximadamente el 15% de la demanda mundial de paladio proviene del sector eléctrico y electrónico. Además, se utiliza en la fabricación de platos y llaves de algunas flautas traversas profesionales. Se usa en laboratorios para recubrir muestras para su observación en el microscopio electrónico de transmisión (MET). Es común que algunos fotógrafos utilicen paladio en combinación con platino para sus impresiones en papel fotosensible. Esta técnica es una alternativa a los haluros de plata. Permite un mejor control del contraste y ofrece una estabilidad excepcional de la imagen. Constituye una elección popular para las impresiones artísticas de alta calidad.
El lingote de paladio es designado por los códigos ISO 4217 de las monedas, XPD y 964 para facilitar las transacciones financieras. Estos códigos también se utilizan para el oro, la plata y el platino. Algunos Estados, como Rusia, producen monedas de colección en paladio.
El paladio se utiliza a veces en sustitución del platino como catalizador en la industria química. Este uso representa alrededor del 5% del consumo mundial. En química orgánica, se dispersa sobre carbón activado, a una concentración del 10% para catalizar las reacciones de hidrogenación o deshidrogenación. Tal es el caso del craqueo del petróleo. Asimismo, facilita la formación de enlaces carbono-carbono en numerosas reacciones, como el acoplamiento de Suzuki o la reacción de Heck.
Disperso sobre materiales conductores, el paladio se convierte en un electrocatalizador de calidad superior para la oxidación de alcoholes primarios en medio alcalino. Su versatilidad es útil para la catálisis homogénea. Su combinación con una gran variedad de ligandos hace posible transformaciones químicas complejas. Un estudio realizado en 2008 demostró su eficacia como catalizador en la síntesis del fluoruro de carbono. También sirve de base para el célebre catalizador de Lindlar utilizado en química orgánica para la hidrogenación selectiva de alquinos en alquenos cis o trans.
La industria automotriz es el principal usuario de paladio. Lo utiliza con otros metales como el platino y el rodio en los catalizadores de escape. Esta técnica permite acelerar la transformación de productos tóxicos procedentes de la combustión del carburante en compuestos menos nocivos (dióxido de carbono y agua). En 2018, más del 80% del consumo mundial de paladio fue atribuido a esta industria, frente a solo el 57% en 2006. Un catalizador de escape contiene en promedio entre 3 y 5 g de paladio, del cual gran parte se recicla cuando los vehículos son desechados.
El precio del paladio es menos elevado que el del platino. Sin embargo, cuando la especulación sobre el paladio aumenta, los fabricantes de automóviles tienden a reemplazarlo por su equivalente químico, el platino. En diciembre de 2018, el precio del paladio superó al del oro. Con el crecimiento del parque de automóviles eléctricos, la demanda de este metal podría disminuir, reduciendo así la presión sobre su precio.
El paladio juega un papel importante en la fabricación de condensadores multicapa de cerámica y conectores, a veces en aleación con el níquel. Estos son comúnmente empleados en productos electrónicos de consumo como teléfonos móviles, ordenadores, faxes y electrónica embarcada de vehículos. El sector de la electrónica es por tanto el segundo mayor consumidor de paladio, después de la industria automotriz. Según un estudio de Johnson Matthey, consumió 1,07 millones de onzas troy (33,2 toneladas) en 2006. Esta cifra corresponde a aproximadamente el 14% del consumo mundial de este metal. Además, es posible utilizarlo para la electrodeposición de componentes electrónicos y materiales de soldadura.
El paladio se utiliza como electrodo en las pilas de combustible debido a su capacidad para absorber el hidrógeno. Su conductividad varía en función de la cantidad de hidrógeno que puede captar en su red cristalina. A alta temperatura, el hidrógeno se difunde fácilmente a través de este metal noble, permitiendo así la purificación de este gas. En esta perspectiva, se utilizan reactores equipados con membranas de separación de paladio para producir hidrógeno de gran pureza. Por otra parte, este platinoide es un elemento importante en los estudios electroquímicos que utilizan el electrodo de hidrógeno-paladio. Se utiliza el cloruro de paladio(II) en forma dihidratada para oxidar importantes cantidades de monóxido de carbono (gas tóxico ligero). Es comúnmente utilizado en los detectores de CO. En cuanto al dicloruro de paladio, un polvo marrón cuyo punto de fusión es muy bajo, sirve para producir negro de paladio.
El hidruro de paladio(II) es el término utilizado para designar el paladio metálico que almacena una cantidad notable de hidrógeno dentro de su estructura cristalina. Este proceso de absorción es reversible. Es decir, este elemento químico es capaz de liberar el hidrógeno que ha absorbido.
Debido al creciente interés por el almacenamiento del hidrógeno en las pilas de hidrógeno, numerosos estudios se centran en esta propiedad particular del paladio. Una comprensión profunda de los mecanismos moleculares asociados a este proceso podría conducir a la creación de hidruros metálicos mejorados. Así, se podrán desarrollar soluciones de almacenamiento de hidrógeno más eficientes. Sin embargo, el uso exclusivo del paladio para este fin es poco práctico debido a su elevado coste.
El paladio era ampliamente utilizado en la fabricación de coronas dentales. Se combinaba con diferentes aleaciones que incluían cobre, plata, oro, platino, e incluso zinc. Este sector utiliza el 14% del paladio producido a nivel mundial.
La aplicación del paladio en joyería representa el 5% del consumo mundial. Se utiliza para el chapado en láminas y para la fabricación del oro blanco (una aleación a base de oro y paladio).
El paladio había sido utilizado en fotografía antes del 13 de octubre de 2017, cuando todavía costaba menos que el platino. Este elemento químico ofrecía tonos marrones cálidos, mientras que las impresiones con sal de platino presentaban matices grises fríos.
Los estados de oxidación más comúnmente observados para el paladio son 0, +1, +2 y +4. Aunque se había sugerido previamente que algunos compuestos podrían contener paladio en el estado de oxidación +3, ninguna prueba ha confirmado esta hipótesis. Estudios posteriores utilizando la difracción de rayos X revelaron que estos contienen en realidad un dímero de paladio(II) y paladio(IV). Recientemente, investigadores han conseguido sintetizar compuestos con un estado de oxidación de +6 para el paladio.
El hexacloropaladato(IV) es menos común. No existe ni forma iónica simple ni cationes monoatómicos para el paladio, contrariamente al níquel. Es capaz de formar numerosos complejos, ya sea en forma de iones o de moléculas, al igual que el platino.
El cuerpo simple del paladio reacciona fácilmente con el oxígeno y los ácidos fuertes. Reacciona con los halógenos a temperaturas elevadas. A 500 °C, forma el trifluoruro de paladio (PdF3) con el flúor. Del mismo modo, al calentarlo al rojo con el cloro, produce cloruro de paladio(II) (PdCl2). Este último compuesto, de naturaleza no iónica, posee una estructura macromolecular lineal y una malla cristalina cúbica. Cuando se disuelve en ácido nítrico, se precipita en forma de acetato de paladio(II) tras la adición de ácido acético.
Estas sales de paladio, al igual que el bromuro de paladio(II), son frecuentemente utilizadas en química debido a su fuerte reactividad y su bajo coste. El cloruro y el bromuro deben sin embargo ser calentados a reflujo en acetonitrilo para formar complejos de acetonitrilo (monómeros altamente reactivos). El cloruro de paladio(II) juega un papel clave en la fabricación de numerosos catalizadores a base de paladio. Es el precursor de catalizadores como el paladio sobre sulfato de bario o el paladio sobre carbono. Al reaccionar con solventes coordinantes, la trifenilfosfina forma diclorobis(trifenilfosfina)paladio(II). Este catalizador puede ser generado in situ.
Utilizando la hidrazina (N2H4) en presencia de una cantidad adicional de trifenilfosfina, el complejo es reducido para formar el tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0). Se trata de uno de los complejos de paladio(0) más importantes. El tris(dibencilidenacetona)dipaladio(0) (Pd2(dba)3) es el otro complejo principal del paladio(0). Se obtiene reduciendo hexacloropaladato(IV) de sodio y añadiendo dibencilidenacetona.
La mayoría de las reacciones catalizadas por el paladio se denominan reacciones de acoplamiento paladocatalizadas. Ejemplos bien conocidos incluyen la reacción de Heck, la reacción de Suzuki y la reacción de Stille. Complejos como el acetato de paladio(II), el tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0) y el tris(dibencilidenacetona)dipaladio(0) se utilizan como catalizadores o precursores de catalizadores. Sin embargo, puede haber un inconveniente relacionado con su descomposición a alta temperatura durante las catálisis con paladio. Esta reacción puede provocar la formación de paladio metálico en forma de paladio negro o depósitos de paladio en las paredes del reactor.
Los compuestos de paladio incluyen:
Entre los complejos, podemos citar los complejos formados con:
La detección química del paladio puede a veces ser costosa, ya que requiere cantidades significativas de sustancias raras. Los métodos físicos como la espectroscopia de emisión UV y/o la fluorescencia de rayos X son ampliamente empleados. Permiten, con un software apropiado, distinguir una mezcla compleja de platinoides a concentraciones de aproximadamente 10 ppm.
Desde los años 1980, el uso y la dispersión de los metales de transición en el medio ambiente han conocido un crecimiento exponencial. La introducción de los catalizadores de escape ha contribuido a esta progresión. Sin embargo, hasta los años 2000, la toxicidad, la ecotoxicidad y el comportamiento ambiental del paladio no han sido objeto de estudios publicados. Lo mismo ocurre con su metabolización por bacterias, hongos, plantas, animales y humanos.
Hacia finales de los años 1990, diversas indicaciones sugirieron que el paladio presentaba una bioconcentración mucho más elevada que los otros platinoides. Los científicos sospecharon una posible contaminación de los medios naturales y de los ecosistemas por este elemento. Moldovan y sus colegas estudiaron la presencia de este elemento químico en un isópodo de agua dulce considerado como un buen bioindicador, el Asellus aquaticus. Este está comúnmente presente en los ríos. Los resultados de los análisis revelaron cantidades pequeñas pero significativas de paladio (155,4 ± 73,4 nanogramos por gramo de peso seco). También se observaron otros platinoides, su contenido medio era de 38,0 ± 34,6 ng/g para el platino (Pt) y 17,9 ± 12,2 ng/g para el rodio (Rh).
Se realizaron otros experimentos en laboratorio con la misma especie (Asellus aquaticus). Los isópodos fueron expuestos a una solución estándar que contenía los tres principales platinoides encontrados en los catalizadores de escape. Los datos obtenidos demostraron una bioacumulación significativa con un factor de concentración de 150 para el paladio y de 85 para el platino. Este era solo de 7 para el rutenio.
Estudios publicados en 2000 por Rauch et al. evaluaron de manera puntual la movilidad y la biodisponibilidad del paladio. Se centraban en una eventual bioacumulación de los elementos del grupo del platino (Pt, Pd y Rh) emitidos en forma particulada por los catalizadores de escape. Se constató que, al igual que el rutenio, el paladio se dispersa más fácilmente que el platino en los ambientes acuáticos.
Anguilas europeas fueron sometidas a una exposición de 4 semanas a polvos de carretera (10 kg por 100 litros de agua). Estos contenían trazas de paladio procedentes de los catalizadores de escape. Se analizaron los hígados y riñones de estos animales. Se constató la presencia de paladio en el hígado, uno de los principales órganos de desintoxicación. Por el contrario, las muestras a nivel del riñón indicaron un contenido inferior al umbral de detección. Los investigadores propusieron dos hipótesis: o bien el riñón no absorbe el paladio, o lo elimina eficazmente. Sin embargo, el mecanismo exacto queda por confirmar. La tasa media de paladio medida en el hígado en peso húmedo era de 0,18 ± 0,05 ng/g.
Estudios realizados por otros científicos se concentraron en este metal como antígeno en la anguila. Revelaron que el efecto antigénico del paladio está influenciado por el nivel de oxigenación del agua.
Los investigadores establecieron que las anguilas son capaces de acumular los PGM (o Platinum Group Metals). Estas podrían por tanto servir como indicadores de acumulación para evaluar la contaminación de los ecosistemas acuáticos por los platinoides.
Este enfoque complementa los trabajos realizados con una especie de mejillón cebra denominada Dreissena polymorpha. Estas investigaciones han demostrado que estos bivalvos filtradores bioconcentran naturalmente los PGM. Las tasas medias variaban de 720 a 6.300 ng/g para el paladio, de 780 a 4.300 ng/g para el platino y de 270 a 1.900 ng/g para el rutenio. En comparación, los mejillones testigo presentaban concentraciones inferiores a 50 ng/g de paladio. Habían bioacumulado menos de 20 ng/g de platino y menos de 40 ng/g de rutenio.
Los vegetales tienen en parte la capacidad de bioacumular el paladio. El efecto de este elemento químico sobre las plantas varía en función de su forma física. Estudios han mostrado que las nanopartículas de Pd son más tóxicas para el polen de kiwi que el Pd soluble (II).
Los datos muestran que el paladio está cada vez más presente en el polvo de los túneles de carreteras. Posteriormente es dispersado en el aire o arrastrado por las aguas.
El paladio es bastante raro en la naturaleza, como lo demuestra su concentración media de 0,015 ppm en la corteza terrestre. Allí toma la forma de metal finamente dividido. A veces está incrustado en platino nativo (en los yacimientos minerales), en rocas básicas o en pequeñas masas granulares. El principal mineral que lo contiene es la estibiopalladinita (Pd5Sb2). Además de los depósitos aluviales de platinoides, puede ser extraído de minas de níquel y cobre. Algunos minerales raros como la cooperita (un sulfuro de platino) también pueden contenerlo.
Rusia, Sudáfrica y América del Norte son los principales productores de paladio a nivel mundial. En 2011, su producción alcanzó 267 toneladas distribuidas de la siguiente manera:
América del Norte: 15%.
La demanda puede superar la oferta disponible. Fue el caso en 1990 cuando la producción mundial de paladio era de solo 110 toneladas.
Se ha encontrado paladio en depósitos de oro en asociación con oro y otros metales del grupo del platino. Estos depósitos están situados en los Urales, en Australia, en Etiopía así como en América del Norte y del Sur. Sin embargo, estos últimos contribuyen solo marginalmente a la producción mundial de este elemento químico. Los principales yacimientos de paladio explotados comercialmente son los depósitos de níquel-cobre de la cuenca de Sudbury en Ontario y de Norilsk-Talnakh en Siberia. Los otros importantes yacimientos de metales del grupo del platino son:
Pequeñas cantidades de paladio pueden ser producidas en los reactores de fisión nuclear. En este caso son extraídas del combustible nuclear irradiado.
El paladio se evalúa en dólares estadounidenses por onza en el mercado especializado de metales preciosos de Londres. Su precio es volátil, ya que está estrechamente ligado a la actividad industrial. En enero de 2001, el paladio se vendió a más de 1.000 $/onza, luego descendió a 150 $/onza en abril de 2003. Este precio aumentó después hasta 480 $/onza en abril de 2008, para caer a 175 $/onza a finales del año. En 2010, conoció un pico de 850 $/onza, antes de estabilizarse en torno a 550 $/onza en 2014-2015. En mayo de 2021, el precio del paladio alcanzó un nivel récord de aproximadamente 2.800 $/onza. En noviembre de 2021, su precio se estimaba en 2.000 $/onza, según los datos del USGS (United States Geological Survey).
Al acercarse el año 2000, el suministro ruso de paladio en el mercado mundial se veía frecuentemente perturbado debido a retrasos y problemas políticos. Las cuotas de exportación no fueron concedidas a tiempo, provocando pánico en los mercados. El precio de este platinoide subió a 36.000 euros el kilogramo el 26 de enero de 2001. La Ford Motor Company, consciente de las consecuencias que una eventual escasez de paladio tendría sobre la producción automovilística, almacenó importantes cantidades de este metal a precio elevado. Cuando el precio cayó a principios de 2001, Ford sufrió una pérdida estimada en 1.000 millones de dólares. La demanda mundial pasó de 100 toneladas por año en 1990 a cerca de 300 toneladas por año en 2000. Según el USGS, la producción minera mundial era de 222 toneladas en 2006.
En las películas Iron Man de Marvel, el paladio se utiliza como fuente de energía para la armadura de Tony Stark.
En la serie para adolescentes “Riverdale” de Netflix, Hiram Lodge busca adquirir las tierras de los Blossom con el fin de explotar el paladio. Su objetivo es enriquecerse gracias a la extracción y venta de este metal precioso. El servidor PvP de Minecraft llamado “Paladium” (con una sola “l”) toma su nombre de este metal. El paladio también está presente en el juego en forma de un material rojo anaranjado, aunque su color real es diferente en la realidad.
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