Palladium er uovertruffen som katalysator til mange kemiske reaktioner. Ikke mindst dets evne til at lave nye bindinger mellem kulstofatomer er enestående, og opdagelsen af den blev belønnet med Nobelprisen i kemi i 2010. Alligevel forsøger forskere verden over at finde alternativer til palladium, for materialet er dyrt. Det indgår bl.a. i alle katalysatorer til biler, og tidsskriftet Nature nævner i en nylig artikel et eksempel på et medicinsk medikament, hvor ingredienserne til fremstilling af 3 kg færdigt materiale koster 250.000 dollar, hvortil kommer 100.000 dollar til palladiumkatalysatoren.
I ren form anses palladium ikke for at være giftigt, men visse palladiumforbindelser er giftige. Da palladium let spredes og er fundet overalt på kloden fra Grønlands indlandsis til Antarktis, er der således flere gode grunde til at lede efter alternativer. Af Natureartiklen fremgår det dog, at mange af de forskningsresultater om lovende alternativer, som gennem tiderne er blevet offentliggjort, har været fejlbehæftede og er blevet trukket tilbage. Det er simpelthen uhyre svært at finde gode alternativer til palladium. Også sværere, end mange forskere erkender.
Forklaringen på de særdeles gode katalytiske egenskaber skal findes i den særlige elektronstruktur i palladium, der er grundstof nr. 46. Kemikerne har en god tommelfingerregel for, hvordan elektroner fordeles i skaller og underskaller, der kaldes Aufbau-princippet (tysk for opbygning) og har sit udgangspunkt i Niels Bohrs tanker om opbygningen af atomer fra begyndelsen af 1920’erne. Skallerne nummereres med tal, så første skal er nærmest atomkernen. Hver skal indeholder forskellige orbitaler, eller underskaller, som angives med bogstaver s, p, d og f. S-orbitaler kan indeholde to elektroner, mens p, d og f kan indeholde henholdsvis 6, 10 og 14 elektroner. Aufbau-princippet siger, at orbitalerne fyldes op med elektroner i denne rækkefølge 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d osv. Det afgørende er, at s-orbitalen i en højere skal fyldes op, før d-orbitalen i en lavere skal tages i brug. På denne baggrund vil man forvente, at palladium har fyldte orbitaler op til og med 4p – det svarer til 36 elektroner (som er den konfiguration, man finder i ædelgassen krypton) – og yderligere to elektroner i 5s og otte i 4d. Men rent faktisk har palladium ingen elektroner i 5s og ti i 4d. Palladium er helt unikt ved at være det eneste grundstof i femte række i det periodiske system uden elektroner i 5s-orbitalen. Dette er stærkt medvirkende til metallets katalytiske egenskaber, som beror på dets evne til at forbinde sig til andre atomer.
Gennem mange år har kemikerne ledt efter alternativer til palladium. I begyndelsen af 2021 hævdede kinesiske forskere således i tidsskriftet Nature Catalysis, at de havde fremstillet kulstofbindinger uden brug af palladium eller et andet metal som katalysator. Efter at andre forskere havde søgt at eftervise resultatet, stod det dog klart, at der måtte være en forurening i eksperimentet med netop palladium, og at det forhold forklarede de dannede kulstofbindinger. Der gik dog næsten ni måneder, før fejlen blev anerkendt af den kinesiske forskningsgruppe, og den videnskabelige artikel officielt blev trukket tilbage. Kineserne hævdede oprindelig, at en amin, et molekyle indeholdende nitrogen, fungerede som katalysator i processen. Problemet var blot, at aminen var fremstillet med brug af palladium. Det efterlod en palladiumforbindelse, som umiddelbart var svær at detektere, men som altså var den egentlige forklaring på den katalytiske proces, som kineserne fejlagtigt tillagde aminen.
Det interessante er, at det ikke var første gang, kemikere havde taget fejl på lignende vis. Der er konkrete eksempler tilbage fra 2003 og 2008. Eksperimentet fra 2003 er interessant, fordi det i første omgang, da det blev gennemført i England, viste, at en kobberforbindelse virkede som en katalysator. Da forskeren senere flyttede til USA og gentog eksperimentet, kunne han ikke se denne effekt. Forklaringen var den enkle, at der i det engelske eksperiment var benyttet en reagent med mikroskopiske spor af palladium, mens det ikke var tilfældet, da det samme reagent blev leveret fra en amerikansk producent.
Alligevel har vi nok ikke set det sidste til forskning i alternativer til palladium. Det kan godt være, at det er svært at slippe helt af med palladium i den kemiske procesindustri, men håbet er, at man alligevel kan finde nye og gode metoder til at producere molekyler. Erfaringen siger dog, at der er grund til at være på vagt, hver gang nye banebrydende resultater fremlægges.
Palladium indgår som katalysator i skabelsen af nye forbindelser mellem kulstofatomer, når man fremstiller komplekse molekyler ud fra mere simple molekyler. Kilde: Nobelprize.com
