En química , la intercalación es la inclusión o inserción reversible de una molécula (o ion) en materiales estratificados con estructuras estratificadas. Se encuentran ejemplos en grafito y dicalcogenuros de metales de transición . [1] [2]
Un anfitrión de intercalación famoso es el grafito , que intercala potasio como invitado. [3] La intercalación amplía el espacio de Van der Waals entre las hojas, lo que requiere energía . Normalmente esta energía se suministra mediante transferencia de carga sólida entre el huésped y el anfitrión, es decir, redox . Dos compuestos de grafito de potasio son KC 8 y KC 24 . Los fluoruros de carbono (p. ej., (CF) x y (C 4 F)) se preparan mediante 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 se intercala. [ se necesita aclaración ] Estos materiales se han considerado como cátodos en varias baterías de litio .
El tratamiento del grafito con ácidos fuertes en presencia de agentes oxidantes provoca que el grafito se oxide. 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 reacción con ácido perclórico . [ se necesita aclaración ]
Uno de los usos más grandes y diversos del proceso de intercalación a principios de la década de 2020 es 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 gran escala .
Para 2023, todas las celdas comerciales de iones de litio utilizarán compuestos de intercalación como materiales activos, y la mayoría los utilizará 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 de Tecnologías Ambientales y de Seguridad por desarrollar la batería intercalada de iones de litio 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 llama exfoliación. Normalmente se requieren condiciones agresivas que involucran 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 para analizar el ADN y también es la base de ciertos tipos de intoxicaciones.
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 la molécula huésped. Los compuestos de inclusión suelen ser moléculas, mientras que los clatratos suelen ser 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]