Intercalación (química)

La intercalación es la inclusión o inserción reversible de una molécula (o ion) en materiales estratificados con estructuras estratificadas. Se encuentran ejemplos en el grafito y en los dicalcogenuros de metales de transición . ^{[1] [2]}

Un famoso anfitrión de intercalación es el grafito , que intercala potasio como huésped. ^[3] La intercalación expande el espacio de van der Waals entre las láminas, lo que requiere energía . Por lo general, esta energía se suministra mediante la transferencia de carga entre el huésped y el sólido anfitrión, es decir, redox . Dos compuestos de grafito de potasio son KC ₈ y KC ₂₄ . Los fluoruros de carbono (por ejemplo, (CF) _x y (C ₄ F)) se preparan por reacción de flúor con carbono grafítico. El color es grisáceo, blanco o amarillo. El enlace entre los átomos de carbono y flúor es covalente, por lo que el flúor no está intercalado. ^{[ aclaración necesaria ]} Dichos materiales se han considerado como cátodo en varias baterías de litio .

El tratamiento del grafito con ácidos fuertes en presencia de agentes oxidantes provoca su oxidación. El bisulfato de grafito, [C ₂₄ ] ⁺ [HSO ₄ ] ⁻ , se prepara mediante este método utilizando ácido sulfúrico y un poco de ácido nítrico o ácido crómico . El perclorato de grafito análogo se puede preparar de manera similar mediante la reacción con ácido perclórico . ^{[ aclaración necesaria ]}

Uno de los usos más grandes y diversos del proceso de intercalación a principios de la década de 2020 es en el almacenamiento de energía electroquímica de iones de litio , en las baterías utilizadas en muchos dispositivos electrónicos portátiles, dispositivos de movilidad , vehículos eléctricos y estaciones de almacenamiento eléctrico de baterías a escala de servicios públicos .

Para 2023, todas las celdas comerciales de iones de litio utilizan compuestos de intercalación como materiales activos, y la mayoría los utiliza tanto en el cátodo como en el ánodo dentro de la estructura física de la batería. ^[4]

En 2012, tres investigadores, Goodenough , Yazami y Yoshino , recibieron la Medalla IEEE 2012 para Tecnologías Ambientales y de Seguridad por desarrollar la batería de iones de litio intercalada y, posteriormente, Goodenough, Whittingham y Yoshino recibieron el Premio Nobel de Química 2019 "por el desarrollo de baterías de iones de litio". ^[5]

Un caso extremo de intercalación es la separación completa de las capas del material. Este proceso se denomina exfoliación. Normalmente se requieren condiciones agresivas que implican disolventes altamente polares y reactivos agresivos. ^[6]

En bioquímica , la intercalación es la inserción de moléculas entre las bases del ADN. Este proceso se utiliza como método de análisis del ADN y también es la base de ciertos tipos de envenenamiento.

Los clatratos son sustancias químicas que consisten en una red que atrapa o contiene moléculas. Por lo general, los compuestos de clatrato son poliméricos y envuelven completamente a la molécula huésped. Los compuestos de inclusión suelen ser moléculas, mientras que los clatratos son típicamente poliméricos. Los compuestos de intercalación no son tridimensionales, a diferencia de los compuestos de clatrato. ^[7] Según la IUPAC , los clatratos son "compuestos de inclusión en los que la molécula huésped está en una jaula formada por la molécula huésped o por una red de moléculas huésped". ^[8]

• Compuesto de clatrato : donde una molécula está incluida en una red
• Compuesto de intercalación de grafito
• Intercalación (bioquímica)
• Apilamiento (química)
• Fragilización por hidrógeno