Il palladio è l’elemento numero 46 della tavola periodica e venne scoperto dall’inglese William Hyde Wollaston nel 1803. Il suo nome è un omaggio all’asteroide Pallade, che venne scoperto un paio di anni prima e venne chiamato in onore della dea greca della saggezza (e patrona dei cavalieri dello Zodiaco XD ).
Sebbene non sia così “popolare” come argento o oro, in gioielleria il palladio è usato per la produzione di oro bianco, in lega con l’oro.
Ma perché il palladio è così popolare in chimica?
Il palladio è molto usato in sintesi organica perché è un ottimo catalizzatore per numerosi processi. Un catalizzatore è una specie chimica che modifica il meccanismo di una reazione chimica aumentandone la velocità.Ad esempio, in biologia, i catalizzatori (di processi) sono noti col nome di enzimi.
Se siete curiosi di sapere di più sui meccanismi di reazione in chimica, commentate e scriverò un articolo a riguardo.
Il palladio metallico è un esempio di catalizzatore eterogeneo, cioè si trova in uno stato di aggregazione (solido in questo caso) differente da quello dei reagenti (che in genere sono liquidi o gassosi). La catalisi eterogenea è molto popolare nei processi industriali perché il catalizzatore può essere separato dai prodotti con relativa facilità, come l’utilizzo di un filtro. Un esempio “da Nobel” è la catalisi Zigler-Natta, di cui vi avevo parlato in un articolo precedente.
Del palladio e delle idrogenazioni.
Ma torniamo al nostro caro metallo. Che processi catalizza il palladio? In chimica organica è molto popolare, insieme ai “fratelli” nickel e platino, nelle idrogenazioni. In una idrogenazione una molecola di idrogeno reagisce con una sostanza organica. Per esempio, l’etilene viene idrogenato a etano e il processo viene catalizzato dal palladio (Pd sopra la freccia di reazione chimica).
Il doppio legame dell’etilene viene eliminato dalla reazione con l’idrogeno e si forma l’etano. In chimica organica i doppi e i tripli legami prendono il nome di insaturazione. Da qui la distinzione tra acidi grassi saturi e insaturi. Un acido grasso saturo NON presenta doppi legami tra atomi di carbonio, mentre un acido grasso insaturo li possiede.
Ad esempio, l’acido stearico è un acido grasso saturo e lo si ritrova nel grasso animale come il sego di bue. Viene anche utilizzato nei saponi e nella produzione di candele.
L’acido oleico è invece un acido grasso insaturo perché presenta un doppio legame tra due atomi di carbonio. Lo si ritrova in grassi di origine vegetale, come l’olio di oliva, e viene anch’esso adoperato nell’industria saponaria.
Un esempio quotidiano dell’importanza dei processi di idrogenazione è la margarina. Un metodo molto comune di produrre la margarina è per idrogenazione di grassi vegetali insaturi usando nickel come catalizzatore.
La presenza o assenza di insaturazioni provoca una grande differenza macroscopica: lo stato di aggregazione a temperatura ambiente. Gli acidi grassi saturi sono solidi, mentre quelli insaturi sono liquidi. Questo perché l’insaturazione non consente alle catene di “impacchettarsi” bene le une con le altre e questo causa un aumento della temperatura di fusione.
Altri utilizzi del palladio in chimica.
Il palladio ha numerosi altri utilizzi come catalizzatore, molti legati a premi Nobel per la chimica. Nel 2010 venne conferito il premio Nobel per la chimica a Heck, Suzuki e Negishi per aver sviluppato nuove e più efficienti strategie sintetiche di molecole organiche complesse. In particolare, queste reazioni consentono di formare nuovi legami carbonio-carbonio, abilità molto desiderata in chimica. Ciò consente di progettare nuove e complicate molecole organiche per le più svariate applicazioni, come nuovi farmaci.
Ad esempio, la reazione di Heck avviene tra un alogenuro arilico o alchenilico R-Xe un alchene sostituito e formano un alchene sostituito. In chimica organica il doppio legame carbonio-carbonio identifica gli alcheni. Con la lettera X si indica un alogeno (tipicamente cloro), R e R’ sono delle catene carboniose. Nel caso della reazione di Heck, R deve contenere uno o più insaturazioni mentre non c’è questo vincolo per R. Il palladio catalizza la reazione di Heck
Un impiego molto attuale, su cui lavoro assieme a un gruppo di ricerca, è lo sviluppo di celle a combustibile a etanolo. Ve ne avevo parlato in un precedente articolo. L’etanolo viene ossidato in presenza di ossigeno proprio su una superficie di palladio metallico. L’ossidazione dell’etanolo produce gli elettroni, cioè corrente elettrica per alimentare motori o altri dispositivi. Uno sviluppo tecnologico estremamente necessario per avere dell’energia pulita e salvaguardare l’ambiente.
Jonathan Campeggio
Assegnista di ricerca presso l’Università di Firenze. Mi occupo di chimica teorica e computazionale, cioè mi ritrovo a imprecare per ore di fronte a un terminale informatico. Nel mio tempo libero mi dedico allo sport, il judo e la sala pesi in particolare. Ho una sorta di venerazione per il Rinascimento italiano.
Bibliografia
- M. Loudon, Chimica Organica, Edises edizioni
- N. .N. Greenwood e A. Earnshaw, Chimica degli elementi, Piccin
- I. Chorkendorff e J. W. Niemantsverdriet, Concepts of Modern Catalysis and Kinetics, Wiley-VCH.
