Hydrotalkit

Hydrotalkit
Hydrotalkit aus Snarum, Modum, Buskerud, Norwegen (Größe: 8,4 × 5,2 × 4,1 cm)
Allgemeines und Klassifikation
IMA-Nummer	2016 s.p.
IMA-Symbol	Htc
Andere Namen	Völknerit
Chemische Formel	Mg6Al2[(OH)16|CO3]·4H2O
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Carbonate und Nitrate (ehemals Nitrate, Carbonate und Borate)
System-Nummer nach Strunz (8. Aufl.) Lapis-Systematik (nach Strunz und Weiß) Strunz (9. Aufl.) Dana	Vb/D.02b V/E.03-010 5.DA.50 16b.06.02.01
Kristallographische Daten
Kristallsystem	trigonal
Kristallklasse; Symbol	ditrigonal-skalenoedrisch; 32/m
Raumgruppe	R3m (Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166
Gitterparameter	a = 3,05 Å; c = 22,81 Å
Formeleinheiten	Z = 3/8
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	2
Dichte (g/cm3)	2,03 bis 2,09
Spaltbarkeit	vollkommen nach {0001}
Bruch; Tenazität	biegsam, aber nicht elastisch
Farbe	farblos, weiß, bräunlich
Strichfarbe	weiß
Transparenz	durchsichtig
Glanz	Seidenglanz bis Wachsglanz, Perlmuttglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes	nω = 1,511 bis 1,531 nε = 1,495 bis 1,529
Doppelbrechung	δ = 0,016
Optischer Charakter	einachsig negativ

Hydrotalkit (Internationaler Freiname: Hydrotalcit), früher auch Völknerit, ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Carbonate und Nitrate“ mit der chemischen Zusammensetzung Mg₆Al₂[(OH)₁₆|CO₃]·4H₂O und damit chemisch gesehen ein wasserhaltiges Magnesium-Aluminium-Carbonat mit zusätzlichen Hydroxidionen.

Kristallographisch gesehen ist Hydrotalkit ein Polytyp, das heißt seine Kristallstruktur besteht aus einem Schichtgitter mit abwechselnd in hexagonaler bzw. trigonaler Symmetrie kristallisierenden Struktureinheiten. Zur Unterscheidung werden diese zwar gelegentlich als Hydrotalkit-2H bzw. Hydrotalkit-3R bezeichnet, gelten jedoch nicht als eigenständige Modifikationen und Minerale. Die hexagonale Phase war bis 2012 als Mineral Manasseit bekannt, wurde aber dann als nicht selbstständiger Polytyp von der International Mineralogical Association (IMA) diskreditiert.

Hydrotalkit entwickelt meist durchsichtige, hypidiomorphe bis idiomorphe, tafelige Kristalle bis etwa 4 mm Größe mit seiden- bis wachsglänzenden Kristallflächen. Auch blättrige bis faserige Mineral-Aggregate werden gefunden.

Etymologie und Geschichte

Erstmals gefunden wurde Hydrotalkit 1842 in der „Solvverkets Pyrit Mine“ bei Snarum in der norwegischen Kommune Modum und beschrieben durch Carl Christian Hochstetter, der das Mineral nach seinem talkartigen Aussehen und seinem Wassergehalt (altgriechisch ὕδωρ hýdor, „Wasser“) benannte.

Die Stoffgruppe der Hydrotalkite beinhaltet neben den natürlichen auch die synthetischen Varietäten des basischen Doppelsalzes Hydrotalkit. Die ersten umfassenden Arbeiten zu dieser Mineralgruppe leisteten Frondel (1941) mit seiner Klassifizierung der Pyroaurit- und der Sjögrenit-Gruppe, sowie Feitknecht und Gerber (1942) mit ihrer Arbeit über Magnesium-Aluminium-Doppelhydroxid.

Klassifikation

In der veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Hydrotalkit zur Mineralklasse der „Nitrate, Carbonate und Borate“, genauer zur Unterklasse der „Carbonate“ (Vb) und dort zur Abteilung „Wasserhaltige Carbonate mit fremden Anionen“, wo er gemeinsam mit Pyroaurit, Reevesit und Stichtit die „Pyroaurit-Reihe“ mit der Systemnummer Vb/D.02b innerhalb der „Sjögrenit-Pyroaurit-Gruppe“ (Vb/D.02) bildet.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer V/E.03-010. Dies entspricht ebenfalls der Abteilung „Wasserhaltige Carbonate, mit fremden Anionen“, wo Hydrotalkit zusammen mit Comblainit, Desautelsit, Fougèrit, Karchevskyit, Mössbauerit, Putnisit, Pyroaurit, Reevesit, Sergeevit, Stichtit, Takovit und Trébeurdenit die „Hydrotalkitgruppe“ mit der Systemnummer V/E.03 bildet.

Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Hydrotalkit in die verkleinerte Klasse der „Carbonate und Nitrate“ (die Borate bilden hier eine eigene Klasse), dort aber ebenfalls in die Abteilung „Carbonate mit zusätzlichen Anionen; mit H₂O“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der relativen Größe der beteiligten Kationen. Das Mineral ist hier entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Mit mittelgroßen Kationen“ zu finden, wo es zusammen mit Comblainit, Desautelsit, Pyroaurit, Reevesit, Stichtit und Takovit die „Hydrotalkitgruppe“ mit der Systemnummer 5.DA.50 bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Hydrotalkit die System- und Mineralnummer 16b.06.02.01. Das entspricht wie in der veralteten 8. Auflage der Strunz’schen und der Lapis-Systematik der gemeinsamen Klasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort der Abteilung und gleichnamigen Unterabteilung „Carbonate – Hydroxyl oder Halogen“. Hier ist das Mineral in der „Sjögrenit-Hydrotalkitgruppe (Hydrotalcit-Untergruppe: Rhomboedrisch)“ zu finden, in der auch Stichtit, Pyroaurit, Desautelsit und Droninoit eingeordnet sind.

Die Vertreter der Gruppe unterscheiden sich teilweise nur durch unterschiedliche Stapelfolgen der Oktaederschichten voneinander. Daraus ergibt sich entweder ein hexagonales (2H) oder ein rhomboedrisches (3R) Kristallgitter.

Kristallstruktur

Hydrotalkit besteht aus einem Schichtgitter mit abwechselnd in hexagonaler bzw. trigonaler Symmetrie kristallisierenden Struktureinheiten.

• Hydrotalkit-2H (auch 2H₁) kristallisiert hexagonal in der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 mit den Gitterparametern a = 3,06 Å und c = 15,34 Å
• Hydrotalkit-3R (auch 3R₁) kristallisiert trigonal in der R3m (Nr. 166)Vorlage:Raumgruppe/166 mit den Gitterparametern a = 3,065 Å und c = 23,07 Å

Da die oben aufgeführten Parameter für ‚a‘ in etwa mit denen von Brucit übereinstimmen, weisen diese Minerale keine Fernordnung von Magnesium und Aluminium auf. Ihre Elementarzellen enthalten 3 oder 2 Metallionen (M²⁺ und M³⁺) sowie 3/8 beziehungsweise 1/4 [CO₃]²⁻. Solche aufgeteilten Elementarzellengehalte sind ungewöhnlich für Phasen mit scheinbar fester Stöchiometrie und führte auch dazu, dass Allman und Jepsen 1969 eine R3mVorlage:Raumgruppe/166-Zelle mit verdoppelten a- und c-Parametern (a = 6,13 Å, c = 46,15 Å und Z = 3) für Hydrotalcit beschrieben.

Neben den natürlichen Vertretern der Hydrotalkit-Familie, die als Zwischenschichtanionen ausschließlich CO₃²⁻-Anionen und OH-Gruppen enthalten, lassen sich synthetisch auch Hydrotalkite mit anderen Zwischenschichtanionen darstellen. So beschreibt Allmann (1968) einen leicht verzerrten Ca₂Al(OH)₆½SO₄·3H₂O-Hydrotalkit. Ein Mg/Zn-Misch-Hydrotalkit mit Sulfat-Anionen wurde von Kooli, Kosuge, Hibino und Tsunashima (1993) synthetisiert. Ebenfalls von Kooli, Kosuge und Tsunashima (1995a) wurden auch Hydrotalkite mit gemischter Me³⁺-Position synthetisiert und untersucht (Ni-Al/Cr-CO₃ und Ni-Al/Fe-CO₃). Gerade die Ni-Hydrotalkite sind Gegenstand der Forschung [z. B. Faure, Borthomieu, Delmas (1991), Clause, M.Gazzano, Trifiro, Vaccari, ZatorskiI (1991), Ehlsissen, Delahaye-Vidal, Genin, Figlarz, Willmann (1993)], vor allem wegen ihrer Bedeutung als Elektrodenmaterial in modernen Energiespeicherzellen.

Eigenschaften

Hydrotalkit besitzt die Fähigkeit, durch graduelle Abgabe von Aluminiumhydroxid Säuren zu binden und findet deshalb vielfältigen Einsatz in der Industrie und als Arzneimittel.

Bildung und Fundorte

Hydrotalkit bildet sich vorwiegend hydrothermal durch sekundäre Zersetzung von Serpentinit. Begleitminerale sind neben Serpentinit unter anderem noch Manasseit, Dolomit und Hämatit.

Weltweit konnte Hydrotalkit bisher (Stand: 2010) an rund 60 Fundorten nachgewiesen werden, so unter anderem in Australien, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Israel, Italien, Kanada, Norwegen, Österreich, Polen, Rumänien, Russland, Schweden, Südafrika, Tadschikistan, Tschechien, Türkei, Ungarn, im Vereinigten Königreich (Großbritannien) und in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA).

Verwendung

Hydrotalkit wird hauptsächlich in der Medizin als Antazidum bei Übersäuerung des Magens (Hyperazidität) zur Neutralisierung der Magensäure verwendet. Bekannte Handelsnamen sind unter anderem Talcid^® (Bayer AG, Wiechert 1976) oder Altacit^® (Roussel Lab., Playle 1974)

In der angewandten Chemie dient Hydrotalkit als Katalysator, um diverse organische Verbindungen herzustellen oder auch, um organische Lösungen oder schwermetallhaltige Abfälle zu binden.

Synthetisch hergestellte Hydrotalkite werden auch als Stabilisatoren in der PVC-Produktion eingesetzt. Dabei reagieren sie mit dem bei der Alterung von PVC entstehenden HCl.

Siehe auch

• Magaldrat
• Liste der Minerale

Literatur

• F. Kooli, K. Kosuge, T. Hibinos, A.Tsunashima: Synthesis and Properties of Mg-Zn-Al-SO₄ Hydrotalcite-like Compounds. In: Journal of Materials Science. Band 28, 1993, S. 2769–2773, doi:10.1007/BF00356216 (englisch). 
• F. Kooli, K. Kosuge, A. Tsunishima: New Ni-Al-Cr and Ni-Al-Fe Carbonate Hydrotalcite-like Compounds: Synthesis and Characterization. In: Journal of Solid State Chemistry. Band 118, 1995, S. 285–291, doi:10.1006/jssc.1995.1346 (englisch). 
• O. Clause, M. Gazzano, F. Trifiro, A. Vaccar, L. Zatorski: Preparation and thermal reactivity of nickel/chromium and nickel/aluminium hydrotalcite-like precursors. In: Applied Catalysis. Band 73, 1991, S. 217–236, doi:10.1016/0166-9834(91)85138-L (englisch). 
• Hydrotalcite. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (englisch, handbookofmineralogy.org [PDF; 55 kB; abgerufen am 30. November 2022]). 
• F. Rennemann: Untersuchung zur Protonenmobilität in synthetischen Hydrotalkiten. (englisch, rennemann.de [PDF; 11,4 MB; abgerufen am 20. Oktober 2024]). Untersuchung zur Protonenmobilität in synthetischen Hydrotalkiten (Memento vom 8. Oktober 2007 im Internet Archive) DNB 953522385
• Friedrich Klockmann: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. Hrsg.: Paul Ramdohr, Hugo Strunz. 16. Auflage. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 583 (Erstausgabe: 1891). 
• Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie (= Dörfler Natur). Edition Dörfler im Nebel-Verlag, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 127. 
• C. Frondel: Constitution and polymorphism of the pyroaurite and sjögrenite groups. In: American Mineralogist. Band 26, Nr. 5, 1941, S. 295–315 (englisch, geoscienceworld.org [abgerufen am 20. Oktober 2024]). 
• W. Feitknecht, M. Gerber: Zur Kenntnis der Doppelhydroxide und basischen Doppelsalze III: über Magnesium-Aluminiumdoppelhydroxyd. In: Helvetica Chimica Acta. Band 25, 1942, S. 131–137 (wiley.com [abgerufen am 20. Oktober 2024]). 
• C. Hochstetter: Untersuchung über die Zusammensetzung einiger Mineraliel. In: Journal für praktische Chemie. Band 27, 1842, S. 375–378 (wiley.com [abgerufen am 20. Oktober 2024]). 
• R. Allmann: Die Doppelschichtstruktur der plättchenförmigen Calcium-Aluminium-Hydroxisalze am Beispiel des 3CaO*Al₂O₃*Ca_SO₄*12(H₂O). In: Neues Jahrbuch für Mineralogie. 1968, S. 140–144. 
• C. Faure, Y. Borthomieu, C. Delmas, M. Fouassier: Infrared characterization of turbostratic α- and well crystallized α*-cobalted nickel hydroxides. In: Journal of Power Sources. Band 36, Nr. 2, November 1991, S. 113–125 (englisch, sciencedirect.com [abgerufen am 20. Oktober 2024]). 
• T. K. Ehlsissen, A. Delahaye-Vidal, P. Genin, M. Figlarz, P. Willmann: Preparation and Characterization of Turbostratic Ni/Al Layered Double Hydroxides for Nickel Hydroxide Electrode Applications. In: Journal of Materials Chemistry. Band 3, Nr. 8, 1993, S. 883–888 (englisch, rsc.org). 
• A. C. Playle: The in vitro antacid and anti-pepsin activity of hydrotalcite. In: Pharmaceutica Acta Helvetica. Band 49, 1974, S. 298–302 (englisch). 
• E. Wiecher: Talcid, a new antacid. Report on an open 'Clinical Test'. In: Med. Welt. Band 27, 1976, S. 489–2491 (englisch). 
• W. Hofmeister, H. von Platen: Crystal Chemistry and Atomic Order in Brucite-Related Double-Layer Structures. In: Crystallography Reviews. Band 3, 1992, S. 3–29 (englisch, tandfonline.com [abgerufen am 20. Oktober 2024]). 

Weblinks

Commons: Hydrotalcite – Sammlung von Bildern

• Hydrotalkit. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung; abgerufen am 30. November 2022 
• David Barthelmy: Hydrotalcite Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 30. November 2022 (englisch).