الطبقات الثنائية الهيدروكسيد (LDHs) تعرف أيضا بالأطيان السالبة وذلك لوجود الانيون العضوي او اللاعضوي السالب الشحنة ما بين الطبقات أو الأطيان الشبيه بهيدروتالسيت وهناك العديد من الطبقات الثنائية الهيدروكسيد (LDHs) مثل الريفيسايت والهونيسايت والبايورايت والتاكوفايت والهايدروتلسايت لويات والكاربويدايت وهذه جميعها تحدث في الطبيعة أما أنواع (LDHs) الأخرى فهذه تحضر صناعيا في المختبرات ^(1-2). أول مادة اكتشف هو الهيدروتاليست (Hydrotalcite) الذي أعطى اسمه لأكبر مجموعة معدنية حاصلة في الطبيعة LDHs .

الاسم اشتق من التشابه الكبير بين المعدن والطين ومحتواه العالي من الماء . الطبقات الثنائية الهيدروكسيد (LDHs) هي صنف من مركبات طبقية تتألف من طبقات مضيفة موجبة الشحنة تشبه البروسايت وايونات سالبة متميئة قابلة للتبادل تحقيقا للتوازن الشحني تقع في المسامات ما بين الطبقات⁽³⁾. ان تركيب الطبقات الثنائية الهيدروكسيد (LDHs) مشتقة من المعادن الطبيعية ذات التراكيب المشابه لتركيب البروسايت (Mg(OH)₂) والذي فيها ايونات الألمنيوم Al³⁺ يعوض عن ايونات المغنيسيوم Mg²⁺ . بصورة عامة ا ن اي ايون موجب ثنائي التكافؤ بإمكانه التعويض عن Mg²⁺ بشرط أن لا يملك اختلاف كبير في نصف قطرة عن Mg²⁺ في الطبقة الشبيهة بالبروسايت بالإضافة الى ذلك فأنه يمكن لأي ايون موجب ثلاثي التكافؤ مشابه بنصف القطر ان يعوض الألمنيوم في طبقة البروسايت ^(4،2). الاستبدال المظهري بين جزء من ايونات الفلزات الثنائية التكافؤ بأخرى ثلاثية التكافؤ يخلق طبقة موجبة الشحنة في طبقات الهيدروكسيد ، والتي تكون معبأة بأيونات داخلية سالبة أو معقدات سالبة . هذه الشحنة السطحية تعتمد على درجة التعويض وقد افترض أن تكوين مراكز أساسية في الهيدروتالسايت تظهر في جسر أوكسجين بين ذرات المغنيسيوم. هذه المراكز الأساسية تظهر بسبب خلل ربط الأوكسجين إلى مغنيسيوم  المتناسق بالكامل ⁽⁵⁾ . أيضا يحتوي جزئيات ماء بين الطبقات التي تكون أواصر هيدروجينية مع مجموعة (OH^-)  على السطح طبقات الثنائية الهيدروكسيد أو مع الايونات السالبة الداخلية ⁽⁶⁾ . طبقات الثنائية الهيدروكسيد تتمثل بالصيغة العامة : {M²⁺_1-XM_X³⁺(OH)₂}^X+ {A^n-_x/n}^x- .m H₂O

M²⁺ ايون موجب ثنائي التكافؤ مثل Mg²⁺ ,Zn²⁺, ,Ca²⁺ ,Fe²⁺ Cu²⁺ Ni²⁺,

M³⁺  ايون موجب ثلاثي التكافؤ مثل  Co³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺

في مواقع ثماني السطوح ضمن الطبقات الهيدروكسيدية فأن:

A^n- = ايونات سالبة داخل طبقيه مثل Cl^-, CO₃^2-, SO₄^2-.PO₄^3-

n = تمثل الشحنة السالبة إما m فهي عدد جزئيات الماء X ،  نسبة الوزن الجزئي ويحسب كما يلي X= [M³⁺ /(M²⁺+M³⁺)]

نسبة الوزن الجزئي تكون قيمتها ما بين (0.5-0.1) ممكن ان يكون Hydrotalcite فقط 0.2≤ X ≤ 0.33  اذا قيمة x  اقل من0.33  ، الـ M³⁺ ثماني السطوح يكون غير متجاور ،اذا قيمة x اكثر يزداد عدد  M³⁺المتجاورة في  brucite والتي تعمل كنواة التكوين M(OH)₂ ⁽⁷⁾ وعند المقارنة فأن أطيان الايونات السالبة من نوع الهايدروتالسايت تمتلك تركيب مشابه لتلك الموجودة في الـبروسايت و Mg(OH)₂ آذ انه كل ايون Mg ثمانيا يحاط بـ 6 ايونات OH^- كما في الشكل (2A)، هذه الوحدات الثمانية تكون الطبقات النهائية بأطراف مساهمة مع ايونات OH^- والتي تستقر عموديا على مستوى الطبقات . تركيب الهايدروتالسايد (Hydrotacite) يحصل عندما بعض ايونات المغنسيوم في طبقة البروسايت، تعوض بأيونات موجبة ثلاثية التكافؤ بنفس نصف القطر كما في الشكل (2B)⁽⁸⁾.

ان الايونات الموجبة الثنائية والثلاثية التكافؤ في طبقة البروسايت تنتج شحنة موجبة نهائية تنتشر على طول طبقة الـ brucite ، وهذه الطبقات تبقى متعادلة كهربائيا بواسطة الايونات السالبة بين الطبقات آذ أن هذه الصفائح ترص فوق بعضها وتربط معا بواسطة أواصر الهيدروجين لتكون تركيب بثلاثة أبعاد ^(9,10)

الطبقات الثنائية الهيدروكسيد (LDHs)  تراكيب ببعدين تدعى صفائح نانوية (Nano sheets) تملك سمك 1 نانومتر وعرض ³10 نانومتر تقريباً ^(11-12) المزايا الرئيسية لتركيب الهيدروتاليست (HT) تحدد حسب طبيعة طبقه البروسايت brucite ، وبموقع الايونات السالبة وجزيئات الماء في منطقة البين الطبقات وكذلك بواسطة طريقة رص الطبقات البروسايت.

-----------------------------------------------------------------------------------------

1.  R. L. Frost, S. J. Palmer and L. M. Grand, Synthesis and thermal analysis of indium-based hydrotalcites of formula Mg₆In₂(CO₃)(OH)₁₆.4H₂O. J. Therm. Anal. Calorim., (2010), Vol. 101, pp. 859–863.
2.  S. Gago, M. Pilinger, T. M. Santos and I. S. Goncalves, Zn-Al Layered double hydroxide pillared by different dicarboxylate anions, J. Ceram.-Silik., (2004), Vol. 4, pp. 155-158.
3.  K. H. Bakon, S. J. Palme and R. L. Frost, Thermal analysis of synthetic reevesite and cobalt substituted reevesite (Ni,Co)₆Fe₂(OH)₁₆(CO₃).4H₂O, J. Therm. Anal. Calorim., (2010), Vol. 100, pp.125–131.
4.  T. Lopez, E. Ramos, P. Bosch, M. Asomoza and R. Gomez, DTA and TGA characterization of sol-gel hydrotalcites, Mater. Lett., (1998), Vol. 30, pp. 279-282.
5.  Z. Liu, R. Ma, M. Osada, N. Iye, Y. Ebina, K. Takada and T. Sasaki, Synthesis, anion exchange, and delamination of Co-Al layered double hydroxide: assembly of the exfoliated nanosheet/polyanion composite films and magneto-optical studies, J. Am. Chem. Soc., (2006), Vol. 128, pp. 4872-4880.
6.   A. Violante, M. Pucci, V. Cozzolino,  J. Zhua and M. Pigna, Sorption/desorption of arsenate on/from Mg–Al layered double hydroxides: influence of phosphate, J. Colloid Interface Sci., (2009), Vol. 333, pp. 63-70.
7.  F. Costa, Mg-Al layered double hydroxide: a potential nanofiller and flame-retardant for polyethylene, Von der Fakult¨at Maschinenwesen der Technischen Universit¨at Dresden, (2007).
8.  L. Hickey, J. T. Kloprogge and R. L. Frost, The effects of various hydrothermal treatments on magnesium-aluminium hydrotalcites, J. Mater. Sci., (2000), Vol. 35, pp. 4347-4355.
9.  O. Altuntasoglu, Y. Matsuda, S. Ida and Y. Matsumoto, Syntheses of Zinc Oxide and Zinc Hydroxide Single Nanosheets, Chem. Mater., (2010), Vol. 22, pp. 3158-3164.
10.  F. Geng, R. Ma and T. Sasaki, Anion-exchangeable layered materials based on rare-earth phosphors: unique combination of rare-earth host and exchangeable anions, Acc. Chem. Res., (2010), Vol. 43, pp. 1177-1185.
11.  A. Bhattacharyya, D. B. Hall and T. J. Barnes, Novel oligovanadate-pillared hydrotalcites, Appl. Clay Sci., (1995), Vol. 10, pp. 57-67.
12.  M. Baki, Molecular Simulation, Application, Synthesis and Characterization of Layered Double Hydroxide in search of anionic clays, University of Texas, 2008.

مواضيع ذات صلة

طرق دراسة وتشخيص المركبات النانوية

دواء الرايفامبسين Rifampicin

المضادات الحيوية Antibiotics

المعادن الطينية Clay minerals

التراكيب النانوية Nano composite

المواد النانوية Nano materiales

واقع تقنية النانو وآفاق المستقبل

تنقية الماء بتقنية النانو

الطب النانوي

الصناعات الالكترونية النانوية

سوق المنتجات النانوية

تحديات في تقنية النانو