Compuesto de clatrato

Un clatrato es una sustancia química que consiste en una red que atrapa o contiene moléculas. La palabra clatrato se deriva del latín clathratus ( clatratus ), que significa 'con barras, enrejado '. ^[1] La mayoría de los compuestos de clatrato son poliméricos y envuelven completamente a la molécula huésped, pero en el uso moderno los clatratos también incluyen complejos huésped-anfitrión y compuestos de inclusión . ^[2] 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". ^[3] El término se refiere a muchos huéspedes moleculares, incluidos los calixarenos y las ciclodextrinas e incluso algunos polímeros inorgánicos como las zeolitas .

Los clatratos se pueden dividir en dos categorías: hidratos de clatrato y clatratos inorgánicos. Cada clatrato está formado por un armazón y huéspedes que residen en el armazón. Las estructuras cristalinas de clatrato más comunes pueden estar compuestas por cavidades como cavidades dodecaédricas , tetracaidecaédricas y hexacaidecaédricas . A diferencia de los hidratos, los clatratos inorgánicos tienen un armazón de átomos inorgánicos unidos covalentemente con huéspedes que normalmente consisten en metales alcalinos o alcalinotérreos . Debido al enlace covalente más fuerte, las jaulas suelen ser más pequeñas que los hidratos. Los átomos huéspedes interactúan con el anfitrión mediante enlaces iónicos o covalentes. Por lo tanto, la sustitución parcial de átomos huéspedes sigue las reglas de Zintl para que se conserve la carga del compuesto general. La mayoría de los clatratos inorgánicos tienen una ocupación completa de sus jaulas de armazón por un átomo huésped para estar en fase estable. Los clatratos inorgánicos se pueden sintetizar por reacción directa utilizando molienda de bolas a altas temperaturas o altas presiones. La cristalización a partir de material fundido es otra vía de síntesis habitual. Debido a la amplia variedad de composición de las especies huésped y anfitriona, los clatratos inorgánicos son mucho más diversos químicamente y poseen una amplia gama de propiedades. En particular, se puede observar que los clatratos inorgánicos son tanto aislantes como superconductores (Ba ₈ Si ₄₆ ). Una propiedad común de los clatratos inorgánicos que ha atraído a los investigadores es la baja conductividad térmica . La baja conductividad térmica se atribuye a la capacidad del átomo huésped de "traquetear" dentro de la estructura del anfitrión. La libertad de movimiento de los átomos huéspedes dispersa los fonones que transportan calor. ^[4]

Los clatratos se han explorado para muchas aplicaciones, entre ellas: almacenamiento de gas, producción de gas, separación de gas, desalinización , termoelectricidad , energía fotovoltaica y baterías.

• Los compuestos de clatrato con fórmula A ₈ B ₁₆ X ₃₀ , donde A es un metal alcalinotérreo , B es un elemento del grupo III y X es un elemento del grupo IV se han explorado para dispositivos termoeléctricos. Los materiales termoeléctricos siguen una estrategia de diseño llamada concepto de cristal electrónico de vidrio de fonón . ^{[6] [7]} Se desea una baja conductividad térmica y alta conductividad eléctrica para producir el efecto Seebeck . Cuando la estructura huésped y anfitriona están adecuadamente sintonizadas, los clatratos pueden exhibir baja conductividad térmica, es decir, comportamiento de vidrio de fonón , mientras que la conductividad eléctrica a través de la estructura anfitriona no se altera, lo que permite que los clatratos exhiban cristal electrónico .
• Los clatratos de metano presentan la estructura de enlaces de hidrógeno aportada por el agua y las moléculas huésped de metano. Existen grandes cantidades de metano congelado naturalmente en esta forma tanto en formaciones de permafrost como bajo el lecho marino. ^[8] Otras redes de enlaces de hidrógeno se derivan de la hidroquinona , la urea y la tiourea . Una molécula huésped muy estudiada es el compuesto de Dianin .

• Los clatratos de Hofmann son polímeros de coordinación con la fórmula Ni(CN) ₄ ·Ni(NH ₃ ) ₂ (areno). Estos materiales cristalizan con pequeños huéspedes aromáticos (benceno, ciertos xilenos), y esta selectividad se ha explotado comercialmente para la separación de estos hidrocarburos. ^[2] Los marcos organometálicos (MOF) forman clatratos.

• Pinzas moleculares
• Hidrato de clatrato

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