Hydrotalcite

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Hydrotalcite

L'hydrotalcite est un hydroxyde double lamellaire don nom provient de sa ressemblance avec le talc (avec cependant une grande quantité d'eau contenue). Les hydrotalcites sont des métaux di et trivalents respectivement, et Xi- est un anion.

Sa formule générale est Ma2+ Mb3+(OH)2a+2b-(Xi-)b/i, yH2O)ou MII et MIII

Dans les hydroxydes doubles lamellaires, une fraction du métal divalent est substituée par un métal trivalent générant ainsi une charge positive sur les feuillets. La densité de charge est proportionnelle au rapport y= MIII/(MII+MIII). Les couches positives ordonnées sont séparées les une des autres par une couche désordonnée constituée d'anions et de molécules d'eau, ce qui assure la neutralité électrique de la structure.

Structure[modifier | modifier le code]

Les couches de la structure peuvent s'empiler de façon différente de manière à former une structure type rhomboédrique (3R polytype) ou bien une structure type hexagonal (2H polytype) qui se nomme plus précisément manasséite.

La cohésion de la structure lamellaire résulte d'une part d'interactions électrostatiques entre les feuillets métalliques oxygénés et les anions et d'autre part d'un réseau de liaisons hydrogène s'établissant entre les molécules d'eau, les anions interlamellaires et les groupements hydroxyles des feuillets.

La structure résultante possède donc des couches positives et négatives qui s'alternent. Comme chez d'autres composés chimiquement proches[1], les anions présents en interfeuillet (entre les feuillets de type hydroxydes) à savoir les carbonates sont faiblement liés, qui permet à ce type de matériaux d'avoir la capacité d'échange d'anions qui est utilisé dans le domaine de la catalyse hétérogène afin d'améliorer les solides utilisés. L'hydrotalcite a été découvert en 1842 dans un dépôt de serpentine - magnésite à Snarum, Modum, Buskerund en Norvège. Il se produit comme un minéral d'altération en serpentine en association avec la serpentine, la dolomite et d'hématite.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Avec les progrès de la cristallographie, c'est un composé chimique dont l'intérêt a été rééxaminé dans les années 1990, notamment sous forme cristalline[2]

  • L'hydrotalcite a été étudié comme capteur potentiel d'iodures afin de piéger l'iode 129 qui possède une grande durée de vie (t1/2= 15,7 millions d'années) (et autres produits de fission tels que 79Se (t1/2 = 295 000 ans) et 99Tc (t1/2 = 211 000 ans)) présent dans le combustible nucléaire usé. Malheureusement les anions carbonates remplacent facilement l'iodure dans l'espace interfeuillet. Une autre difficulté soulevée dans la quête d'un acquéreur d'iode pour les déchets radioactifs, c'est la stabilité à long terme de l'agent capteur qui doit survivre sur des échelles de temps géologiques. Les hydroxydes doubles lamellaires sont aussi bien connus pour leurs propriétés d'échange anionique.
  • L'hydrotalcite est également utilisé comme régulateur d'acidité.
  • Depuis les années 1990 au moins, une utilisation dans le domaine de la catalyse hétérogène est aussi étudiée et testée[3] en raison des propriétés d'adsorption de polluants des hydrotalcites, ainsi que de leurs propriétés physico-chimique permettant (après traitement thermiqued'obtenir une grande surface spécifique ainsi que des espèces spinelles très recherchées dans le domaine catalytique. Des essais ont notamment concerné la synthèse de biodiésels[4]. Ils pourraient notamment être des catalyseurs fiables, stables et réutilisables pour certaines synthèses chimiques (cyanoéthylation d'alcools par exemple[5]).
  • Des composés de cette famille pourraient avoir un intérêt médical (intégration dans certains anti-inflammatoires)[6]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Miyata, S. (1983). Anion-exchange properties of hydrotalcite-like compounds. Clays Clay Miner, 31(4), 305-311, PDF, 7 pp
  2. Bellotto, M., Rebours, B., Clause, O., Lynch, J., Bazin, D., & Elkaïm, E. (1996). A reexamination of hydrotalcite crystal chemistry. The Journal of Physical Chemistry, 100(20), 8527-8534.
  3. Rao, K. K., Gravelle, M., Valente, J. S., & Figueras, F. (1998). Activation of Mg–Al hydrotalcite catalysts for aldol condensation reactions. Journal of Catalysis, 173(1), 115-121.
  4. Cantrell, D. G., Gillie, L. J., Lee, A. F., & Wilson, K. (2005). Structure-reactivity correlations in MgAl hydrotalcite catalysts for biodiesel synthesis. Applied Catalysis A: General, 287(2), 183-190 (résumé).
  5. Kumbhar, P. (1998). Modified Mg–Al hydrotalcite: a highly active heterogeneous base catalyst for cyanoethylation of alcohols. Chemical Communications, (10), 1091-1092 (http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1998/cc/a801872c/unauth#!divAbstract résumé])
  6. Ambrogi, V., Fardella, G., Grandolini, G., & Perioli, L. (2001). Intercalation compounds of hydrotalcite-like anionic clays with antiinflammatory agents—I. Intercalation and in vitro release of ibuprofen. International Journal of Pharmaceutics, 220(1), 23-32.
  • Jow, H. N.; R. C. Moore, K. B. Helean, S. Mattigod, M. Hochella, A. R. Felmy, J. Liu, K. Rosso, G. Fryxell, J. Krumhansl (2005). « Yucca Mountain Project-Science & Technology Radionuclide Absorbers Development Program Overview » Yucca Mountain Project, Las Vegas, Nevada (US) , Yucca Mountain Project, Las Vegas, Nevada (US). 
  • S. Kaufhold, « About the possible upgrade of bentonite with respect to iodide retention capacity », Applied Clay Science, vol. 35, no 1–2,‎ 2007, p. 39–46 (lien DOI?)
  • J. L. Krumhansl, « Technetium getters in the near surface environment », Migration Conference, vol. 99,‎ 2000
  • Krumhansl, J. L.; J. D. Pless, J. B. Chwirka, K. C. Holt (2006). « Yucca Mountain Project getter program results (Year 1) I-I29 and other anions of concern » SAND2006-3869, Yucca Mountain Project, Las Vegas, Nevada , SAND2006-3869, Yucca Mountain Project, Las Vegas, Nevada. 
  • S. V. Mattigod, « Evaluation of novel getters for adsorption of radioiodine from groundwater and waste glass leachates », Radiochimica Acta, vol. 91, no 9,‎ 2003, p. 539–546 (lien DOI?)
  • Mattigod, S. V.; R. J. Serne, G. E. Fryxell (2003). « Selection and testing of getters for adsorption of iodine-129 and technetium-99: a review » PNNL-14208, Pacific Northwest National Lab., Richland, WA (US) , PNNL-14208, Pacific Northwest National Lab., Richland, WA (US). 
  • Moore, R. C.; W. W. Lukens (2006). « Workshop on development of radionuclide getters for the Yucca Mountain waste repository: proceedings. » SAND2006-0947, Sandia National Laboratories , SAND2006-0947, Sandia National Laboratories. 
  • J. D. Pless, « Iodine sequestration using delafossites and layered hydroxides », Environmental Chemistry Letters, vol. 5, no 2,‎ 2007, p. 85–89 (lien DOI?)
  • G. Stucky, H. M. Jennings, S. K. Hodson, Engineered cementitious contaminant barriers and their method of manufacture, Google Patents,‎ 1992

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Reichle, W. T. (1986). Synthesis of anionic clay minerals (mixed metal hydroxides, hydrotalcite). Solid State Ionics, 22(1), 135-141.
  • Hernandez-Moreno, M. J., Ulibarri, M. A., Rendon, J. L., & Serna, C. J. (1985). IR characteristics of hydrotalcite-like compounds. Physics and Chemistry of Minerals, 12(1), 34-38.
  • Suzuki, E., & Ono, Y. (1988). Aldol condensation reaction between formaldehyde and acetone over heat-treated synthetic hydrotalcite and hydrotalcite-like compounds. Bull Chem Soc Jpn, 61, 1008-1010.
  • AM Chanda, B. (1999). One-pot synthesis of coumarins. Catalysis by the solid base, calcined Mg-Al hydrotalcite. Green Chemistry, 1(3), 163-165.