Interkalation (Chemie) - Intercalation (chemistry)

In der Chemie ist Interkalation der reversible Einschluss oder die Insertion eines Moleküls (oder Ions) in Schichtmaterialien mit Schichtstrukturen. Beispiele finden sich in Graphit- und Übergangsmetalldichalkogeniden .

Modell der Interkalation von Kalium zu Graphit

Beispiele

Graphit

Ein berühmter Interkalationswirt ist Graphit , der als Gast Kalium interkaliert. Durch die Interkalation wird der Van-der-Waals-Spalt zwischen den Blättern vergrößert, was Energie erfordert . Normalerweise wird diese Energie durch Ladungstransfer zwischen dem Gast und dem Feststoff des Wirts, dh Redox, geliefert . Zwei Kaliumgraphitverbindungen sind KC 8 und KC 24 . Fluorwasserstoffe (z. B. (CF) x und (C 4 F)) werden durch Reaktion von Fluor mit graphitischem Kohlenstoff hergestellt. Die Farbe ist grau, weiß oder gelb. Die Bindung zwischen den Kohlenstoff- und Fluoratomen ist kovalent, daher ist Fluor nicht interkaliert. Solche Materialien wurden als Kathode in verschiedenen Lithiumbatterien angesehen .

Diagramm der Interkalation von Li in eine Titandisulfidkathode . Eine Achse des TiS 2 -Kristalls quillt auf und die Ladung wird von Li auf Ti übertragen.

Durch die Behandlung von Graphit mit starken Säuren in Gegenwart von Oxidationsmitteln oxidiert der Graphit. Graphitbisulfat [C 24 ] + [HSO 4 ] - wird nach diesem Ansatz unter Verwendung von Schwefelsäure und etwas Salpetersäure oder Chromsäure hergestellt . Das analoge Graphitperchlorat kann auf ähnliche Weise durch Reaktion mit Perchlorsäure hergestellt werden .

Metalldichalkogenide

Eine weitere bekannte Familie von Interkalationswirten sind die geschichteten Metalldichalkogenide wie Titandisulfid . In charakteristischer Weise wird die Interkalation durch Röntgenbeugung analysiert, da der Abstand zwischen den Schichten zunimmt, und durch elektrische Leitfähigkeit, da der Ladungstransfer die Anzahl der Ladungsträger verändert.

Eine strukturell verwandte Spezies ist Eisenoxychlorid .

Peeling

Ein extremer Fall von Interkalation ist die vollständige Trennung der Materialschichten. Dieser Vorgang wird als Peeling bezeichnet. Typischerweise sind aggressive Bedingungen erforderlich, an denen hochpolare Lösungsmittel und aggressive Reagenzien beteiligt sind.

Verwandte Materialien

In der Biochemie ist Interkalation die Insertion von Molekülen zwischen die DNA-Basen. Dieses Verfahren wird als Methode zur Analyse von DNA verwendet und ist auch die Grundlage für bestimmte Arten von Vergiftungen.

Clathrate sind chemische Substanzen, die aus einem Gitter bestehen , das Moleküle einfängt oder enthält. Normalerweise sind Clathratverbindungen polymer und umhüllen das Gastmolekül vollständig. Einschlussverbindungen sind häufig Moleküle, während Clathrate typischerweise polymer sind. Interkalationsverbindungen sind im Gegensatz zu Clathratverbindungen nicht dreidimensional. Nach IUPAC sind Clathrate "Einschlussverbindungen, bei denen sich das Gastmolekül in einem Käfig befindet, der vom Wirtsmolekül oder von einem Gitter von Wirtsmolekülen gebildet wird".

Siehe auch

Anmerkungen