팔라듐

3. 역사

윌리엄 하이드 울러스턴은 1802년 남아메리카에서 발견된 백금 광석에서 새로운 귀금속 원소를 발견하고는 같은 해 4월에 발견된 소행성 팔라스의 이름을 따 '팔라듐'이라 명명했다. 그는 백금 광석을 왕수에 녹인 후 수산화 나트륨으로 중화시키고 염화 암모늄을 반응시켜 백금을 분리했다. 이후 사이안화 수은을 가하여 사이안화 팔라듐을 만들고, 이를 가열하여 순수한 팔라듐을 얻었다.^[5]

4. 존재

자연에서 팔라듐은 금이나 백금족 원소들과의 혼합물 형태로 발견된다. 러시아, 남아프리카 공화국, 캐나다, 미국 등지에서 주로 생산된다.

원자로에서도 팔라듐이 생성되기는 하지만 실용적인 목적으로는 거의 쓰이지 않는다. 자연계에 존재하는 팔라듐은 7가지 동위 원소로 구성되어 있으며, 그중 6가지는 안정적이다. 가장 안정적인 방사성 동위 원소는 반감기가 650만 년인 ¹⁰⁷Pd이다.

5. 용도

팔라듐은 자신의 부피의 935배에 달하는 수소를 흡수하는 성질이 있어 수소 저장 합금으로 사용된다. 가공이 용이하여 전자 부품 재료로도 사용되었지만, 공급량의 60%를 러시아에 의존하고 있어 가격이 불안정하다는 단점 때문에 니켈 등으로 대체되는 경향이 있다.^[103]

특히, 팔라듐은 일본에서 치과 치료, 즉 인레이에 사용되는 합금으로 쓰인다. '은니'는 금, 은, 팔라듐 합금으로, 20% 이상의 팔라듐을 포함한다.^[103]

귀금속으로서 보석에도 사용된다. 백금 950 또는 900, 그리고 백금의 함량 조절을 위해 사용된다. 백금의 경도를 조절하고 색을 내거나, 금색을 흰색으로 만들기 위해 사용된다. 최근에는 가격이 비싼 백금이나 백금을 대신하여 팔라듐을 주로 사용한 합금 보석이 생산되기 시작했다. 팔라듐은 주조 시 가스를 많이 흡수하여 구멍이 생기기 쉽고, 대기 중에서 땜질도 어렵기 때문에 최근까지 보석으로 가공되지 않았지만, 기술 발전으로 새로운 보석 재료로 주목받고 있다.

보석용 팔라듐 합금은 ISO9202, JIS-H6309에서 Pd950과 Pd500을 품위 구분으로 규정하고 있다. 국제 귀금속 보석 연맹(CIBJO)은 이 두 종류에 Pd999를 추가한다. Pd950은 목걸이, 반지 등 일반적인 보석에 사용된다. Pd500은 은과의 합금으로, '소프트 화이트'라는 이름으로 변색되지 않는 은 합금으로 사용되었던 적이 있지만, 현재는 은 합금보다는 팔라듐 합금으로 인식되고 있다.

조폐국은 금, 은, 백금 합금의 품위 검정은 실시하지만,^[104] 팔라듐 합금의 품위 검정은 실시하지 않는다.

5. 1. 촉매

• 헥 반응
• 스즈키 커플링
• 츠지-트로스트 반응
• 바커 공정
• 네기시 반응
• 스틸 커플링
• 소노가시라 커플링

5. 2. 전자 제품

5. 3. 수소 저장

5. 4. 치과 재료

5. 5. 장신구 및 기타

6. 화합물

팔라듐 화합물은 주로 0과 +2의 산화 상태로 존재한다. 다른 산화 상태도 알려져 있긴 하지만, 팔라듐 화합물은 다른 원소보다 백금 화합물과 더 유사한 경우가 많다.^[19]

염화팔라듐(II)는 다른 팔라듐 화합물을 만드는 주요 원료이다. 팔라듐과 염소의 반응으로 생성되며, 황산바륨이나 활성탄에 담지된 팔라듐, 활성탄에 담지된 염화팔라듐과 같은 불균일 팔라듐 촉매를 만드는 데 사용된다.^[12] 아세트산 팔라듐(II)은 질산에 염화팔라듐(II)를 녹인 용액을 아세트산과 반응시켜 만드는데, 다용도로 쓰이는 시약이다.^[13][14] 염화팔라듐(II)는 리간드(L)와 반응하여 PdCl₂L₂ 형태의 평면 사각형 착물을 만든다. 이러한 착물의 예로는 벤조니트릴 유도체인 염화비스(벤조니트릴)팔라듐(II)가 있다.^[13][14]

염화비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 착물은 유용한 촉매이다.^[15]

7. 주의사항

팔라듐의 미세한 분말은 자연 발화할 수 있으므로 주의가 필요하다. 팔라듐 알레르기가 있는 사람은 니켈에도 알레르기가 있는 경우가 있는데, 이러한 사람들은 니켈이나 팔라듐 합금이 들어간 치과용 합금 사용을 가급적 피해야 한다.^{[75][76][77][78][79]}

팔라듐은 일반적인 측정 방법(LD₅₀)으로는 독성이 낮은 금속이다. 그러나 최근 연구에 따르면, 장기간에 걸쳐 간과 신장 세포 수준에서 측정할 경우 높은 독성을 나타낼 수 있다.^[73] 미토콘드리아 막 전위 붕괴 및 세포 글루타티온(GSH) 수준 고갈을 통해 미토콘드리아가 팔라듐 독성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 이전에는 팔라듐이 인체에 섭취되어도 흡수가 잘 되지 않는다고 생각되었다. 물옥잠과 같은 식물은 낮은 농도의 팔라듐 염에 의해 죽지만, 대부분의 다른 식물은 팔라듐을 견딘다. 하지만 시험 결과 0.0003%를 초과하는 농도에서는 성장에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 고용량의 팔라듐은 독성이 있을 수 있으며, 설치류에 대한 시험 결과 발암성이 있을 수 있다는 결과가 나왔지만, 이전 연구에서는 이 원소가 인체에 해를 끼친다는 명확한 증거는 없었다.^[74]

촉매 변환기를 장착한 자동차 배기가스에서 팔라듐이 일부 배출된다. 이러한 자동차에서는 4ng/km~108ng/km의 팔라듐 미립자가 배출되는 반면, 음식 섭취를 통한 팔라듐 총 섭취량은 하루 2μg 미만으로 추정된다. 치과용 수복물을 통한 팔라듐 섭취량은 하루 15μg 미만으로 추정된다. 팔라듐이나 그 화합물을 취급하는 사람들은 섭취량이 더 많을 수 있다. 염화팔라듐(팔라듐 클로라이드)과 같은 수용성 화합물의 경우, 99%가 3일 이내에 체내에서 배출된다.^[75]

마우스에서 수용성 팔라듐 화합물의 중간 치사량(LD₅₀)은 경구 투여 시 200mg/kg, 정맥 투여 시 5mg/kg이다.^[75]

8. 국제 정세 및 생산

2022년 전 세계 팔라듐 광산 생산량은 210000kg에 달했으며, 러시아가 88000kg으로 최대 생산국이었다. 그 뒤를 남아프리카 공화국, 캐나다, 미국, 짐바브웨가 이었다.^[27] 러시아의 노릴스크 니켈(Norilsk Nickel)은 세계 팔라듐 생산량의 39%를 차지하며 세계 최대 팔라듐 생산업체이다.^[28]

팔라듐은 우랄 산맥, 오스트레일리아, 에티오피아, 북아메리카 및 남아메리카에서 발견되지만, 이러한 광상은 팔라듐 생산에 있어서 미미한 역할만 한다. 주요 상업적 공급원은 온타리오주 써드베리 분지(Sudbury Basin)과 시베리아의 노릴스크-탈나흐 광상에서 발견되는 니켈-구리 광상이다. 또 다른 대규모 광상은 남아프리카 공화국 부시벨트 불규칙 화성암 복합체(Bushveld Igneous Complex) 내의 머렌스키 암층(Merensky Reef) 백금족 금속 광상이다. 몬태나주의 스틸워터 화성암 복합체(Stillwater igneous complex)와 온타리오주의 라크 데 질 화성암 복합체(Lac des Îles igneous complex)의 로비 구역 광체는 캐나다와 미국에서 팔라듐을 생산하는 다른 두 곳의 광상이다.^[88][30]

2007년 기준 세계 팔라듐 생산량은 러시아 44%, 남아프리카공화국 40%, 캐나다 6%, 미국 5%였다.

팔라듐은 백금이나 니켈 등의 부산물로 생산되기 때문에, 생산량은 주생산물의 생산량 추이에 영향을 받는다. 2010년대 남아프리카공화국의 백금 광산에서 폐쇄가 잇따르면서 팔라듐 생산량이 감소하고 가격이 급등했다. 2018년에는 사상 최고가를 기록했다.^[106]

2022년 러시아의 우크라이나 침공에 대한 러시아 경제 제재로 인해, 치과 치료나 자동차 부품 등에 사용되는 팔라듐이 부족해지고 가격이 급등할 것이라는 우려가 제기되고 있다.^[107]

9. 투자

팔라듐은 금, 은, 백금과 함께 ISO 통화 코드를 가진 네 가지 귀금속 중 하나이다. 팔라듐 금괴의 ISO 통화 코드는 XPD이다.^[38]

팔라듐은 금괴, 주화, 상장지수펀드(ETF) 등을 통해 투자할 수 있다. 위즈덤트리 피지컬 팔라듐(WisdomTree Physical Palladium)은 배정된 팔라듐 금괴에 의해 뒷받침되는 세계 최초의 팔라듐 ETF이다. 런던 증권 거래소(London Stock Exchange)에 PHPD로 상장되어 있으며,^[100] Xetra 거래 시스템, 유로넥스트, 밀라노에서도 거래된다. ETFS 피지컬 팔라듐 주식(ETFS Physical Palladium Shares)은 뉴욕 증권 거래소에서 거래되는 ETF이다.

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