Palladiumhydridi

Palladiumhydridi on palladiumin ja vedyn muodostama yhdiste, jossa vety on sitoutunut palladiumin kiderakenteeseen. Huoneenlämpötilassa se voi olla faasissa α, β tai näiden seoksena. [1] Palladium voi absorboida noin 900 kertaa oman tilavuutensa verran vetyä, joka vapautuu osittain metallia kuumennettaessa [2]. Vety on tällöin varastoitunut lähes yhtä tiheästi kuin se olisi nestemäisessä olomuodossa [3]. Tämän ansiosta palladium voisi olla tehokas ja turvallinen vetyvarasto. Absorptioprosessia ei vielä tunneta tarkasti. [4] Palladium pystyy kuitenkin absorboimaan vain alle prosentin omasta painostaan vetyä ja se on kallista (yhden vetykilon varastoiminen vuoden 2003 hinnoilla maksaisi 600 000 dollaria, ja palladiumin hinta on nykyään vielä korkeampi), joten se soveltuu vain rajoitettuihin teollisiin sovelluksiin [5].

Historia

Thomas Graham havaitsi vuonna 1866, että palladium voi absorboida vetykaasua. Hänen kokeissaan palladium absorboi vetyä 935 kertaa oman tilavuutensa verran, mikä vastaa molekyylikaavaa Pd4H3 ja muistuttaa konsentraatioltaan vedyn konsentraatiota nestemäisessä vedyssä. [3] 1920-luvun lopulla Friedrich Paneth ja Kurt Peters ilmoittivat muuttaneensa vetyä heliumiksi absorboituaan sitä palladiumiin huoneenlämpötilassa. Myöhemmin he kuitenkin totesivat heliumin olevan peräisin ilmasta. Vuonna 1989 Fleischmann ja Pons tekivät elektrolyysikokeita raskaalle vedelle palladiumkatodeilla ja väittivät tuottaneensa sellaisen määrän lämpöä, joka on selitettävissä vain ydinreaktion tapahtumisella. [6] Tämä herätti kiinnostusta kylmäfuusiota kohtaan, mutta alan asiantuntijat pitivät koetta virheellisenä [7].

Vedyn absorptio

Palladiumia kutsutaan joskus "metallisieneksi", koska se voi sienen tavoin absorboida vetyä suuria määriä. Huoneen lämpötilassa ja normaali-ilmanpaineessa (NTP), palladium voi absorboida 900 kertaa oman tilavuutensa verran vetyä. Tämä tarkoittaa, että palladium on erittäin tehokas keino varastoida vetyä, sillä normaalisti vedyn varastointi vaatii erittäin suuren paineen. Vedyn absorboitumisen mekanismia palladiumiin ei kuitenkaan tunneta hyvin, joten sen tutkimus voi parantaa menetelmää. [4]

Suprajohtavuus

Palladium on suprajohde, kun sen rakenteeseen on sitoutunut vetyä. PdHx on suprajohde siirtymälämpötilassa Tc, kun lämpötila on 9 K ja stoikiometrinen palladiumin ja vedyn suhde x=1. Puhtaalla palladiumilla ei ole havaittu suprajohdeominaisuuksia. Tutkimuksissa on havaittu pudotus resistiivisyydessä lämpötilan noustessa korkeampiin lämpötiloihin (273 K) erityisesti suuremmissa vetypitoisuuksissa (x>1) epästoikiometrisella palladiumhydridillä, mikä voidaan tulkita suprajohteille tyypillisenä transitiotilana. [8][9]

Käyttö

Palladiumia käytetään tällä hetkellä pääasiallisesti vedyn puhdistukseen, kun vedyn korkea puhtausaste on tärkeää. Vedyn puhdistus perustuu palladiumin ja palladiumhydridin kykyyn päästää lävitseen lähes ainoastaan vetymolekyylejä ja deuterium molekyylejä, jolloin saavutetaan matala pitoisuus muille eihalutuille molekyyleille. Jopa normaalisti ongelmallinen helium ei läpäise palladiumkalvoa. Lisäksi vety- ja deuteriumionit pystyvät liikkumaan nopeasti palladiumhydridin hilan lävitse, jolloin puhdistus on nopeampaa kuin muilla metallikalvoilla. [3] Tulevaisuuden mahdollisena käyttökohteena voidaan pitää vedyn varastointia, johon palladiumhydridi soveltuu hyvin vedyn suuren tilavuustiheyden puolesta [4]. Huonona puolena on kuitenkin palladiumin matala vedyn massatiheys, jonka seurauksesta varastointijärjestelmästä tulee painava [5]. Vedyn varastointi perustuu palladiumin kykyyn absorboida suuri tilavuus vetyä hilarakenteeseensa verrattuna omaan tilavuuteensa (noin 900-kertainen). Samalla vedyllä on suuri liikkuvuus palladiumissa, jolloin sen lataaminen ja purkaminen on suhteellisen nopeaa. Kun lämpötila pidetään yli 573 K, vältetään suuremman ominaistilavuuden omaavan β-faasin syntyminen. [3]

Lähteet

  1. ↑ "The H-Pd (hydrogen-palladium) System" (1994). Journal of Phase Equilibria 15: 62. doi:10.1007/BF02667685.  Phase diagram for Palladium-Hydrogen System
  2. ↑ Deimer, A.: Riskanalys av vätgas – och vätgasfabriken vid Ringhals 2000. Lunds universitet. Viitattu 28.4.2017.
  3. ↑ a b c d Greenwood, N. N. (1997). Chemistry of the elements. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9. 
  4. ↑ a b c Wolf, R.; Mansour, K.: The amazing metal sponge: Simulations of Palladium-Hydride 1995. Pittsburgh Supercomputing Center. Arkistoitu 2.10.2017. Viitattu 28.4.2017.
  5. ↑ a b Grochala, Wojciech (2004). "Thermal Decomposition of the Non-Interstitial Hydrides for the Storage and Production of Hydrogen". Chemical Reviews 104 (3): 1283–1316. American Chemical Society (ACS). doi:10.1021/cr030691s. ISSN 0009-2665. 
  6. ↑ A Report of the Energy Research Advisory Board to the United States Department of Energy 1989. U.S. Department of Energy. Viitattu 28.4.2017. [vanhentunut linkki]
  7. ↑ Browne, M. W.: Physicists Debunk Claim Of a New Kind of Fusion 1989. The New York Times. Viitattu 28.4.2017.
  8. ↑ Tripodi, Paolo (2003). "Possibility of high temperature superconducting phases in PdH". Physica C: Superconductivity 388-389: 571–572. Elsevier BV. doi:10.1016/s0921-4534(02)02745-4. ISSN 0921-4534. 
  9. ↑ Tripodi, Paolo (2004). "Superconductivity in PdH: phenomenological explanation". Physica C: Superconductivity 408-410: 350–352. Elsevier BV. doi:10.1016/j.physc.2004.02.099. ISSN 0921-4534.