[科普中国]-层状双氢氧化合物

层状双氢氧化合物（Layered double hydroxides, LDH），俗称水滑石，是指某一类特殊的层状物质，这种层状材料是由数层带正电荷的层与存在其中间平衡电荷的阴离子组成，中间的阴离子和层与层间作用力弱，且通常是可以被交换的。

介绍层状双氢氧化合物（Layered double hydroxides, LDH），俗称水滑石，是指某一类特殊的层状物质，这种层状材料是由数层带正电荷的层与存在其中间平衡电荷的阴离子组成，中间的阴离子和层与层间作用力弱，1且通常是可以被交换的。这种情况在固体化学中比较少见，许多材料是阳离子被夹在带负电荷的层与层间。层状双氢氧化合物的其中一个例子便是硅酸盐类黏土矿如蒙脱石。而人们对层状双氢氧化合物较感兴趣的是其层间嵌入的性质。2

表示层状双氢氧化合物通常可以用下列化学通识来表达：[Mz+1-xM3+x(OH)2]q+(Xn-)q/n·yH2O。

M 代表金属阳离子，一般而言，z = 2， 而 M= Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+或 Zn2+等二价金属阳离子； 因此可知 q = x 。 已知的几种固定组成其 x 值落在 0.2 到 0.33间。然而随着组成不同 x 值也会有所变动，亦存在着x > 0.5的组成例子。

也有 z = 1的情况存在，也就是当 M+= Li+而 M3+= Al3+的时候。 在这种情况下，q = 2x - 1。像这类的特殊例子则可由以下化学通式表达：[LiAl2(OH)6]X∙yH2O (LiAl2-X))。X 代表通用的阴离子而y值通常落在 0.5 – 4之间。

而层状双氢氧化合物层间的阴离子 X 则有许多种类，如Cl-、Br-、NO3-、CO32-、SO42-和 SeO42-等。

例子层状双氢氧化合物的其中一个例子便是硅酸盐类黏土矿如蒙脱石。

蒙脱石（Montmorillonite）是一种很软的页硅酸盐矿物，属于蒙皂石族的粘土矿物，形成于水中沉降的微晶聚集体。命名取自法国地名蒙莫里永。蒙脱石是一种2：1的黏土，即微观结构上为两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体，铝的位置部分被镁同晶取代。蒙脱石片状颗粒平均直径为1微米，厚度0.96纳米。在25,000倍放大的电镜下可见单个黏土颗粒。蒙皂石族的矿物还有皂石。

蒙脱石的化学组成为水合钠钙铝镁硅酸盐氢氧化物(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O，含水量是可变的，因为蒙脱石单晶间结合并不紧密，水容易渗入，导致黏土显著膨胀。阳离子可被钾，铁等其他离子取代，有色离子的取代则使矿物呈现不同颜色，各地出产的蒙脱石，各种离子的比例不尽相同。它常与绿泥石、白云母、伊来石、焦炭石和高岭石等矿物共存。

蒙脱石于1847年首次发现于法国伊泽尔省蒙莫里永，在世界各地都有发现，并且曾被赋予不同的命名。蒙脱石可以在洞穴环境中形成和转化。洞穴的自然侵蚀过程中，铝硅酸盐溶解在水中，蒙脱石微晶在漫长的自然作用下形成。高浓度的HCO3有利于此过程。蒙脱石在干燥环境可转化为坡缕石，或者在pH值小于5的环境下转化为禾乐石-10Å（多水高岭土）,再于干燥环境下继续转化为禾乐石-7Å。

石油钻探工业中，蒙脱石用作钻井泥浆的组分，其目的是保持钻头冷却并除去钻出的固体。数十年来，蒙脱石等黏土广泛用于使用工业的裂化催化剂基底，而一些酸基催化剂则使用酸处理的蒙脱石等粘土。用于改良土壤，在易受干旱影响的地区改善土壤的保水能力。用于土质堤坝的建造，防止水的渗漏。在砂铸件中用作干燥剂，除去空气和其他气体中的水分。

蒙脱石具有很强的吸附性，包括吸附重金属的能力。口服用药称蒙脱石散，是一种常见的治疗急慢性腹泻的药物。或者外用用于预防和治疗接触性皮炎。

化合物化合物（Chemical compound）是由两种以上的元素以固定的质量比通过化学键结合在一起的化学物质。化合物可以由化学反应分解为更简单的化学物质。像甲烷（CH4）、葡萄糖（C6H12O6）、硫酸铅（PbSO4）及二氧化碳（CO2）都是化合物。

化合物是纯物质分类下的一类，与元素和混合物相对。尽管有些情况下化合物的实际情况会与上述定义背离，如组成元素随制备方法而改变，内部结构并不均一，不同核素的分布并不固定等等，但一般仍认为它们属于化合物的范畴。另外，化合物中各元素的摩尔比并不一定是整数，某一元素也可呈不同的价态，例如非整比化合物和混合价态化合物。

化学元素的单质即使由几个原子形成双原子分子或多原子分子（如H2, S8），也不是化合物。

除特别不活泼的稀有气体氦和氖外，其他所有稳定元素都已制成了化合物。稀有气体化合物的制备曾费了一些周折。第一个稀有气体化合物六氟合铂酸氙是在1962年才制备而得。

应用一般而言，座落在层间的阴离子可轻易的被替换。而阴离子的种类从无机的（如碳酸根）到有机的（如苯甲酸根、琥珀酸根），甚至是复杂的生物分子如DNA都能与正电荷夹层有相互作用。如此的特性促使了许多关于层状双氢氧化合物层间嵌入的应用研究。药物分子如布洛芬就可以被嵌入，而其对应的层状双氢氧化合物对于可控制的药物释放方面具有应用潜力，因为若能控制释放剂量便可降低治疗期间的服药次数。更进一步还能利用农药可被嵌入的特点，以期用层状双氢氧化合物来移除受污染水中的农药，降低优养化的可能性。

层状双氢氧化合物在嵌入方面具有形状选择性质。举例来说，将LiAl2-Cl 的层状双氢氧化合物与50:50比例混合的 对位及邻位之苯二甲酸类衍生物反应，结果会得到对位异构物嵌入的层状双氢氧化合物。这种选择性对于分离异构物可能也有应用性。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学