El paladio fue descubierto en 1803 por el químico británico William Hyde Wollaston (1766-1828), quien también descubrió el rodio el mismo año. Wollaston trabajaba en la purificación y análisis del platino crudo importado de Sudamérica. Después de disolver el mineral en agua regia y precipitar el platino, trató la solución residual con cianuro de mercurio, obteniendo un precipitado que identificó como un nuevo metal.
Wollaston nombró a este elemento paladio en honor al asteroide Palas, descubierto el año anterior en 1802 por el astrónomo alemán Heinrich Wilhelm Olbers. Palas, a su vez, toma su nombre de Palas Atenea, diosa griega de la sabiduría y la guerra. Esta nomenclatura astronómica era una tendencia de la época, seguida también para el cerio (nombrado en honor a Ceres).
De manera astuta e inusual, Wollaston eligió no anunciar inmediatamente su descubrimiento en revistas científicas. En cambio, vendió anónimamente pequeñas cantidades de paladio en una tienda de Londres, intrigando a la comunidad científica. Algunos químicos, incluido el famoso Richard Chenevix, afirmaron que el paladio no era más que una aleación de platino y mercurio en lugar de un elemento verdadero. Wollaston reveló finalmente su autoría del descubrimiento en 1805, demostrando de manera irrefutable la naturaleza elemental del paladio.
El paladio (símbolo Pd, número atómico 46) es un metal de transición del grupo 10 de la tabla periódica, perteneciente al grupo de los metales del platino. Su átomo tiene 46 protones, generalmente 60 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{106}\mathrm{Pd}\)) y 46 electrones con la configuración electrónica [Kr] 4d¹⁰.
El paladio es un metal blanco plateado brillante, el más ligero y blando de los metales del grupo del platino. Tiene una densidad de 12,02 g/cm³, notablemente inferior a la del platino (21,45 g/cm³). El paladio cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras (ccc). Es dúctil y maleable, y puede ser laminado en hojas muy finas y estirado en hilos.
El paladio se funde a 1555 °C (1828 K) y hierve a 2963 °C (3236 K). Tiene el punto de fusión más bajo de todos los metales del grupo del platino, lo que facilita su procesamiento y aleación. El paladio también tiene una alta conductividad térmica y eléctrica, así como un bajo coeficiente de dilatación térmica.
La propiedad más notable del paladio es su extraordinaria capacidad para absorber hidrógeno. A temperatura ambiente, el paladio puede absorber hasta 900 veces su propio volumen de gas hidrógeno, formando un hidruro de paladio (PdHₓ donde x puede alcanzar 0,7). Esta propiedad única hace del paladio un material esencial para el almacenamiento, purificación y catálisis del hidrógeno.
Punto de fusión del paladio: 1828 K (1555 °C).
Punto de ebullición del paladio: 3236 K (2963 °C).
El paladio puede absorber hasta 900 veces su volumen en gas hidrógeno.
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Paladio-102 — \(\,^{102}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 56 | 101,905609 u | ≈ 1,02 % | Estable | Isótopo estable más ligero y raro del paladio natural. |
| Paladio-104 — \(\,^{104}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 58 | 103,904036 u | ≈ 11,14 % | Estable | Segundo isótopo estable más raro del paladio natural. |
| Paladio-105 — \(\,^{105}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 59 | 104,905085 u | ≈ 22,33 % | Estable | Tercer isótopo estable más abundante del paladio natural. |
| Paladio-106 — \(\,^{106}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 60 | 105,903486 u | ≈ 27,33 % | Estable | Isótopo más abundante del paladio, representa más de un cuarto del total. |
| Paladio-108 — \(\,^{108}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 62 | 107,903892 u | ≈ 26,46 % | Estable | Segundo isótopo más abundante, casi tan común como Pd-106. |
| Paladio-110 — \(\,^{110}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 64 | 109,905153 u | ≈ 11,72 % | Estable | Isótopo estable más pesado del paladio natural. |
| Paladio-107 — \(\,^{107}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 61 | 106,905133 u | Sintético | ≈ 6,5 × 10⁶ años | Radiactivo (β⁻). Producto de fisión. Isótopo extinto presente durante la formación del sistema solar. |
| Paladio-103 — \(\,^{103}\mathrm{Pd}\,\) | 46 | 57 | 102,906087 u | Sintético | ≈ 17,0 días | Radiactivo (captura electrónica). Utilizado en braquiterapia para tratar el cáncer de próstata. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El paladio tiene 46 electrones distribuidos en cinco capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰, o simplificada: [Kr] 4d¹⁰. Esta configuración es única porque el paladio es el único elemento de su período que no tiene electrones en la subcapa 5s, ya que la subcapa 4d está completamente llena. Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(18) N(18).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta capa completa contribuye a la pantalla electrónica.
Capa N (n=4): contiene 18 electrones distribuidos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. La subcapa 4d completa constituye la capa de valencia del paladio.
El paladio tiene 10 electrones de valencia en su subcapa 4d¹⁰ completa. A pesar de esta configuración d10 generalmente asociada con baja reactividad, el paladio es químicamente activo porque los electrones 4d pueden ser fácilmente excitados o perdidos. El paladio presenta principalmente los estados de oxidación +2 y +4, aunque el estado +2 es con mucho el más común y estable.
El estado de oxidación +2 aparece en la mayoría de los compuestos de paladio, notablemente el cloruro de paladio(II) (PdCl₂), el óxido de paladio(II) (PdO) y numerosos complejos de coordinación. El estado +4 existe en algunos compuestos como el hexafluoropaladato(IV) (PdF₆²⁻). Los estados de oxidación 0, +1 y +3 también existen en algunos complejos organometálicos.
El paladio es relativamente resistente a la corrosión a temperatura ambiente y no se empaña en el aire en condiciones normales. Resiste muchos ácidos diluidos pero se disuelve lentamente en ácido nítrico concentrado y más rápidamente en agua regia. A alta temperatura, el paladio se oxida lentamente para formar óxido de paladio(II) (PdO), un compuesto negro que se descompone por encima de 750 °C.
La propiedad más extraordinaria del paladio es su interacción con el hidrógeno. El paladio absorbe hidrógeno gaseoso de manera reversible, formando un sistema Pd-H donde los átomos de hidrógeno ocupan los sitios intersticiales de la red cristalina. A temperatura ambiente y presión atmosférica, el paladio puede formar PdH₀,₆, y a baja temperatura y alta presión, la composición puede alcanzar PdH₁.
Esta absorción de hidrógeno provoca una expansión de la red cristalina (un aumento de volumen de aproximadamente el 10%) y cambia significativamente las propiedades físicas del paladio: disminución de la conductividad eléctrica, fragilización mecánica y cambio de color. El paladio cargado de hidrógeno puede liberar hidrógeno puro mediante calentamiento o al vacío, lo que se explota para la purificación de hidrógeno hasta una pureza del 99,9999%.
El paladio es el único metal que permite el paso selectivo de hidrógeno a través de una membrana a alta temperatura. Esta propiedad única se explota en los separadores de membrana de paladio para producir hidrógeno ultra puro para la industria de semiconductores, pilas de combustible y electrónica.
El paladio desempeña un papel central en la catálisis homogénea moderna. En 2010, el Premio Nobel de Química fue otorgado a Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki por el desarrollo de reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio, que permiten la formación de enlaces carbono-carbono con una precisión y eficiencia excepcionales.
Las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio han revolucionado la síntesis orgánica. La reacción de Suzuki-Miyaura acopla ácidos bóricos con haluros orgánicos, la reacción de Heck acopla alquenos con haluros aromáticos, y la reacción de Negishi utiliza compuestos organocíncicos. Estas transformaciones son ahora herramientas estándar indispensables en la química farmacéutica, agroquímica y de materiales.
Los catalizadores de paladio permiten la síntesis de moléculas complejas imposibles de obtener por otros métodos. Más del 25% de los medicamentos comercializados hoy en día se fabrican utilizando al menos un paso catalizado por paladio. Las pantallas OLED, los polímeros conductores y muchos materiales avanzados también dependen de estas reacciones catalizadas por paladio.
El paladio se ha convertido en el metal del grupo del platino más demandado, superando al platino desde 2016. La demanda automotriz de paladio ha explotado con el cambio de motores diésel (que utilizan principalmente platino) a motores de gasolina (que utilizan paladio y rodio) tras el escándalo Dieselgate y el endurecimiento de las normas de emisión.
El precio del paladio ha experimentado un aumento espectacular: alrededor de 200 dólares la onza troy en 2002, 1000-1500 dólares en la década de 2010, y luego una explosión a más de 3000 dólares en 2019-2020, superando por primera vez el precio del oro y convirtiéndose en el metal precioso más caro. El precio se ha estabilizado alrededor de 1000-2000 dólares la onza desde 2022-2024 tras el aumento del reciclaje y la sustitución parcial por platino.
La oferta de paladio está geográficamente concentrada: alrededor del 40% proviene de Rusia (minas de Norilsk), el 38% de Sudáfrica (complejo de Bushveld), y el resto de Canadá y Estados Unidos. Esta concentración geográfica, combinada con tensiones geopolíticas, crea una volatilidad significativa en los precios. El reciclaje de catalizadores automotrices usados proporciona alrededor del 30% del suministro anual.
El paladio se sintetiza en las estrellas principalmente a través del proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB), con contribuciones del proceso r (captura rápida de neutrones) durante supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. Los seis isótopos estables del paladio reflejan las contribuciones de estos diferentes procesos.
La abundancia cósmica del paladio es de aproximadamente 1,4×10⁻⁹ veces la del hidrógeno en número de átomos. Esta abundancia moderada para un metal del grupo del platino se explica por su posición favorable en la curva de estabilidad nuclear.
El paladio-107, un isótopo radiactivo extinto (vida media de 6,5 millones de años), estaba presente durante la formación del sistema solar. Su producto de desintegración, la plata-107, muestra excesos medibles en algunos meteoritos primitivos. La relación inicial ¹⁰⁷Pd/¹⁰⁸Pd proporciona restricciones sobre el tiempo entre los últimos eventos de nucleosíntesis y la formación de los primeros sólidos del sistema solar, estimado en unos pocos millones de años.
Las variaciones isotópicas del paladio en los meteoritos también proporcionan información sobre la heterogeneidad de la nebulosa solar primitiva y las contribuciones relativas de los procesos s y r. Las líneas espectrales del paladio son observables en algunas estrellas enriquecidas en elementos pesados, permitiendo rastrear el enriquecimiento químico galáctico.
N.B.:
El paladio está presente en la corteza terrestre con una concentración media de aproximadamente 0,015 ppm, unas 100 veces más raro que la plata pero 5 veces más abundante que el oro. No forma sus propios minerales, sino que siempre está asociado con otros metales del grupo del platino, principalmente en depósitos de níquel-cobre y complejos de rocas ultramáficas estratificadas.
La producción mundial de paladio es de aproximadamente 210 toneladas por año. Rusia es el mayor productor (alrededor del 40%), seguida por Sudáfrica (38%), Canadá y Estados Unidos. Alrededor del 90% del paladio se extrae como subproducto de la extracción de níquel y platino. El reciclaje de catalizadores automotrices proporciona alrededor del 30% del suministro total, una proporción que está en constante aumento.
El paladio se extrae de los concentrados de metales del grupo del platino mediante procesos hidrometalúrgicos que implican disolución en agua regia, precipitación selectiva de cloruro de paladio amónico ((NH₄)₂PdCl₆), seguida de reducción con hidracina o ácido fórmico. El paladio puro (99,95%) se obtiene después de refinación electrolítica o disolución-reprecipitación repetida.
