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Hydrotalcite

L'hydrotalcite est un hydroxyde double lamellaire dont le nom provient de sa ressemblance avec le talc (avec cependant une grande quantité d'eau contenue). Les hydrotalcites contiennent des cations de métaux divalents (Ma2+ ou MII) et trivalents (Mb3+ ou MIII) respectivement, et Xi- est un anion.

Hydrotalcite
Catégorie V : carbonates et nitrates[1]
Image illustrative de l’article Hydrotalcite
Hydrotalcite avec de la serpentine, Snarum, Modum, Buskerud, Norvège.
Taille : 8.4 x 5.2 x 4.1 cm
Général
Classe de Strunz
5.DA.50
Classe de Dana
16b.06.02.01
Formule chimique Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O
Identification
Couleur Blanc avec des possibles taches brunâtres
Classe cristalline et groupe d'espace Polytype 3R : Hexagonal scalénohédrique (3m)
H-M : (3 2/m)
Polytype 2H : Dihexagonal dipyramidal (6/mmm)
Système cristallin Polytype 3R : Trigonal
Polytype 2H : Hexagonal
Réseau de Bravais a = 3,065 Å,
c = 23,07Ã… ;
Z = 3
Clivage {0001}, parfait
Habitus Cristaux aplatis subhédriques, lamellaires-fibreux, rarement prismatiques euhédriques ; souvent foliés, massifs
Échelle de Mohs 2
Trait Blanc
Éclat Satiné à graisseux ou cireux
Propriétés optiques
Indice de réfraction nω = 1.511 - 1.531
nε = 1.495 - 1.529
Biréfringence Uniaxial (-) δ = 0,016
Transparence Transparent
Propriétés chimiques
Densité 2,03 – 2,09
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Leur formule générale est Ma2+ Mb3+(OH)2a+2b−(Xi-)b/i, yH2O)

Dans les hydroxydes doubles lamellaires, une fraction du métal divalent est substituée par un métal trivalent engendrant 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 unes des autres par une couche désordonnée constituée d'anions et de molécules d'eau, ce qui assure la neutralité électrique de l'ensemble de la structure.

Structure

Les couches de la structure peuvent s'empiler de façon différente de manière à former une structure type rhomboédrique (polytype 3R) ou bien une structure type hexagonal (polytype 2H) 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[2], 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 utilisée 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, Buskerud en Norvège. Il se produit comme un minéral d'altération en serpentine en association avec la serpentine, la dolomite et d'hématite.

Utilisation

Avec les progrès de la cristallographie, c'est un composé chimique dont l'intérêt a été réexaminé dans les années 1990, notamment sous sa forme cristalline[3] :

  • 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 interfoliaire. Une autre difficulté soulevée dans la quête d'un piège à iode (getter) pour les déchets radioactifs 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[4] en raison des propriétés d'adsorption de polluants des hydrotalcites, ainsi que de leurs propriétés physico-chimiques permettant (après traitement thermique) d'obtenir une grande surface spécifique ainsi que des espèces spinelles très recherchées dans le domaine catalytique. Des essais ont notamment concerné la synthèse de biodiesels[5]. Ils pourraient notamment être des catalyseurs fiables, stables et réutilisables pour certaines synthèses chimiques (cyanoéthylation d'alcools par exemple[6]).
  • Ambrogi et al. (2001) estiment que certains composés de cette famille pourraient avoir un intérêt médical (intégration dans certains anti-inflammatoires)[7].
    Dans la pharmacopée, elles ont été ou sont encore dans certains pays utilisées contre certains troubles intestinaux, dont les diarrhées (en France sous le nom commercial d'Actapulgite, aussi présente, en association, dans la Gastropulgite.

Cette argile a été ajoutée (avec 11 autres médicaments) en 2020 à la liste noire des médicaments aux effets indésirables disproportionnés par rapport à leur faible efficacité ou à la bénignité de la situation clinique dans laquelle ils sont autorisés (liste publiée annuellement par la revue médicale Prescrire)[8] ; Il en va de même pour la diosmectite (Smecta ou autre), l’attapulgite (vendue en France sous le nom d'Actapulgite, et aussi présente, en association, dans la Gastropulgite), la montmorillonitebeidellitique alias monmectite (Bedelix, ou en association dans Gelox) et le kaolin (en association dans Gastropax et Neutroses) qui contiennent également souvent trop de plomb, source de risque de saturnisme.

Notes et références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Miyata, S. (1983). Anion-exchange properties of hydrotalcite-like compounds. Clays Clay Miner, 31(4), 305-311, PDF, 7 pp
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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).
  6. 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])
  7. 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.
  8. Stéphanie ALEXANDRE, « La liste des 105 médicaments à éviter en 2020 », Le Figaro,‎ (lire en ligne, consulté le )

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie
  • 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.
  • (en) H. N. Jow, R. C. Moore, K. B. Helean, S. Mattigod, M. Hochella, A. R. Felmy, J. Liu, K. Rosso, G. Fryxell, J. Krumhansl « Yucca Mountain Project-Science & Technology Radionuclide Absorbers Development Program Overview » ()
  • (en) S. Kaufhold, « About the possible upgrade of bentonite with respect to iodide retention capacity », Applied Clay Science, vol. 35, nos 1–2,‎ , p. 39–46 (DOI 10.1016/j.clay.2006.08.001)
  • (en) J. L. Krumhansl, « Technetium getters in the near surface environment », Migration Conference, vol. 99,‎
  • (en) J. L. Krumhansl, J. D. Pless, J. B. Chwirka, K. C. Holt « Yucca Mountain Project getter program results (Year 1) I-I29 and other anions of concern » ()
  • (en) S. V. Mattigod, « Evaluation of novel getters for adsorption of radioiodine from groundwater and waste glass leachates », Radiochimica Acta, vol. 91, no 9,‎ , p. 539–546 (DOI 10.1524/ract.91.9.539.20001)
  • (en) S. V. Mattigod, R. J. Serne, G. E. Fryxell « Selection and testing of getters for adsorption of iodine-129 and technetium-99: a review » ()
  • (en) R. C. Moore, W. W. Lukens « Workshop on development of radionuclide getters for the Yucca Mountain waste repository: proceedings. » ()
  • (en) J. D. Pless, « Iodine sequestration using delafossites and layered hydroxides », Environmental Chemistry Letters, vol. 5, no 2,‎ , p. 85–89 (DOI 10.1007/s10311-006-0084-8)
  • G. Stucky, H. M. Jennings, S. K. Hodson, Engineered cementitious contaminant barriers and their method of manufacture, Google Patents,
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