Palladium (chimie) - Définition

Isotopes

Sept isotopes du palladium existent dans la nature et 6 sont stables. Les plus stables de ces radio-isotopes sont le ¹⁰⁷Pd dont la demie-vie est de 6,5 millions d'années, ¹⁰³Pd avec une demie-vie de 17 jours et ¹⁰⁰Pd avec une demie-vie de 3,63 jours. Dix-huit autres radio-isotopes ont été caractérisés avec des poids atomiques allant de 90,94948 (64) u (⁹¹Pd) à 122,93426 (64) u (¹²³Pd). La plupart des demies-vies correspondant sont inférieures à la demie-heure, sauf pour ¹⁰¹Pd (8,47 heures), ¹⁰⁹Pd (13,7 heures), et ¹¹⁷Pd (21 h).

Extraction

La production mondiale s'élève à environ 200 t, à plus de 70 % comme sous-produit des usines russes de nickel notamment à Norilsk (Russie). Son prix est très variable car intimement lié à l'activité industrielle, au plus haut en janvier 2001 à plus de 1000 dollars de l'once il s'est vu tomber à 150 dollars de l'once en avril 2003. Il est remonté à 480 dollars l'once en Avril 2008 et termine l'année 2008 vers les 175 $/once.

Applications

La plupart du palladium est utilisé pour quelques applications clefs, seulement 2 % de la production est consacrée à d'autres usages. L'utilisation majeure aujourd'hui est dans les convertisseurs catalytiques. Le palladium est également utilisé en bijouterie, en odontologie, en horlogerie, dans les tests de glycémie par bandelette, dans les bougies d'allumage des avions, dans la production d'instruments chirurgicaux et dans la connectique. On trouve aussi du palladium dans les flûtes traversières professionnelles. Par commodité, le lingot de palladium a les codes ISO 4217 des monnaies : XPD et 964. Seuls trois autres métaux ont de tels codes : l'or, l'argent et le platine.

Catalyse

Le palladium est utilisé comme catalyseur pour l'industrie chimique parfois en remplacement du platine (5 % de la consommation mondiale de palladium). En chimie organique, le palladium (le plus souvent à 10 % dispersé sur du charbon actif : palladium sur carbone) est utilisé comme catalyseur d'hydrogénation ou de déshydrogénation. Un exemple est le crackage du pétrole. Un grand nombre de réactions formant des liaisons carbone-carbone, telles que le couplage de Suzuki ou la réaction de Heck, sont facilitées par catalyse au palladium et dérivés. En outre, après dispersion sur des matériaux conducteurs, le palladium se révèle être un excellent électrocatalyseur pour l'oxydation des alcools primaires en milieu alcalin.

Le palladium est également un métal versatile pour la catalyse homogène. La combinaison du palladium avec une grande variété de ligands permet des transformations chimiques hautement sélectives.

Une étude menée en 2008 a montré que le palladium est un catalyseur efficace pour la synthèse de fluorure de carbone.

Le désormais fameux catalyseur de Lindlar est à base de palladium.

Mais le principal secteur consommateur de palladium est l'automobile. Le palladium sert en effet, avec d'autres composés, dans les pots catalytiques à accélérer la transformation des produits toxiques issus de la combustion du carburant en composés moins nocifs : CO₂ et eau. Ce secteur consommait en 2006 57 % de la consommation mondiale estimée.

Électronique

Le deuxième domaine d'application le plus demandeur en palladium est l'électronique et en particulier son utilisation, parfois allié au nickel, dans la fabrication de condensateurs multicouches en céramique et de connecteurs. Ces condensateurs se trouvent dans des composants électroniques grand publique : téléphones cellulaires, ordinateurs, fax, électronique embarquée des véhicules…

Il est également utilisé dans l'électrodéposition de composants électroniques et de matériaux de soudure.

Le secteur de l'électronique consommait 1,07 millions d'onces troy (33,2 tonnes) de palladium en 2006 ce qui représente 14 % de la consommation mondiale de palladium, selon une étude de l'entreprise Johnson Matthey.

Technologies

Grâce à son aptitude à capter l'hydrogène, le palladium est utilisé comme électrode dans les piles à combustible. De par sa constitution, le palladium présente une variation de conductivité en fonction du taux d'hydrogène qu'il absorbe dans son réseau cristallin.

L'hydrogène se diffuse facilement à travers le palladium chauffé, ainsi il permet de purifier ce gaz. Des réacteurs à membrane avec des membrane de séparation en palladium sont donc utilisés pour la production d'hydrogène à haut degré de pureté.

Dans les études électrochimiques il est partie intégrante de l'électrode à hydrogène-palladium. Le chlorure de palladium(II) peut oxyder de grandes quantités de monoxyde de carbone (CO) et est utilisé dans les détecteurs de celui-ci.

Stockage de l'hydrogène

L'hydrure de palladium(II) correspond au palladium métallique contenant une large quantité d'hydrogène au sein de son réseau cristallin. À température ambiante et pression atmosphérique, le palladium peut absorber jusqu'à 900 fois son volume d'hydrogène gaz, le processus étant réversible. Cette propriété est beaucoup étudiée en raison de l'intérêt porté au stockage de l'hydrogène en vue de son utilisation dans les piles à hydrogène. Une meilleure compréhension des phénomènes rentrant en jeu au niveau moléculaire pourrait aider à la conception d'hydrures métalliques « améliorés » pour le stockage d'hydrogène. Cependant, un stockage basé uniquement sur le palladium serait trop coûteux en raison du coût élevé du métal.

Odontologie

Couronnes dentaires : c'était son utilisation principale avant l'avènement des catalyseurs, sous forme de divers alliages avec le cuivre, l'argent, l'or ou le platine, voire le zinc. C'est encore 14 % de la consommation mondiale.

Joaillerie

La joaillerie représente 5 % de la consommation mondiale ; le palladium y est utilisé par exemple dans la composition de l'or blanc qui est un alliage d'or, de palladium (4 à 5 %) et de nickel.