水酸化
カドミウムは、
化学式Cd(OH)₂で表される
カドミウムの
水酸化物であり、日本国内では
毒物及び劇物取締法により劇物に指定されています。無色の片状結晶または無定形の固体粉末として存在し、
水への
溶解度は非常に低くなっています。
合成方法
水酸化
カドミウムは、
二酸化炭素を含まない硝酸
カドミウム水溶液に、
炭酸塩を含まない
水酸化ナトリウム
水溶液を過剰に加えることで沈殿として得られます。この反応は、
カドミウムイオン(Cd²⁺)と
水酸化物イオン(OH⁻)の結合によって起こります。
Cd²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Cd(OH)₂
水酸化
カドミウムは、六方晶系のβ型が最も安定な
結晶構造を持ちますが、合成方法によって、
単斜晶系のγ型や二重層構造のα型など、複数の同質異像が存在します。これらの
結晶構造の違いは、
水酸化物イオンの配列や
カドミウムイオンの配置に起因します。
水酸化
カドミウムは層状構造をしており、結晶には著しい劈開が見られます。この層状構造は、多くの2価の金属の
水酸化物に見られる特徴的なものです。
化学的性質と反応
水酸化
カドミウムは
水にわずかにしか溶解しませんが、希酸やアンモニウム塩
水溶液には容易に溶解します。その
溶解度積(Ksp)は2.8×10⁻¹⁴と、
水酸化亜鉛よりやや大きくなっています。これは、
カドミウムイオンの
イオン半径が亜鉛イオンより大きいため、
水酸化物イオンとの結合がやや弱いためです。
希
アルカリ水溶液にはほとんど溶解しませんが、熱濃
アルカリ水溶液には溶解して
カドミウム酸塩を形成します。
Cd(OH)₂ + 2OH⁻ ⇌ [Cd(OH)₄]²⁻
また、
アンモニア水には
錯体を形成して溶解します。
Cd(OH)₂ + 4NH₃ → [Cd(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻
200℃程度に加熱すると、分解して酸化
カドミウムと
水になります。
Cd(OH)₂ → CdO + H₂O
水酸化
カドミウム型構造'>[水]]酸化
カドミウムは、
六方最密充填構造の
水酸化物イオン層の間に
カドミウムイオンが位置する特徴的な
結晶構造]を有します。この構造は、多くの2価金属の[[水酸化物で見られる一般的な構造です。
用途
水酸化
カドミウムは、ニッケル・
カドミウム蓄電池の負極活物質として重要な役割を果たします。充電時には、
水酸化
カドミウムは
還元されて金属
カドミウムとなり、放電時には酸化されて
水酸化
カドミウムに戻ります。この酸化
還元反応が電池の充放電を担っています。
Cd(OH)₂ + 2e⁻ ⇌ Cd + 2OH⁻ E° = -0.824 V
まとめ
水酸化
カドミウムは、その毒性、特異な
結晶構造、そしてニッケル・
カドミウム電池における重要な役割など、様々な点で注目に値する化合物です。その性質を理解することは、化学工学や材料科学の分野において重要です。しかしながら、劇物であるため取り扱いには十分な注意が必要です。