СОЕДИНЕ́НИЯ ВКЛЮЧЕ́НИЯ

СОЕДИНЕ́НИЯ ВКЛЮЧЕ́НИЯ (со­еди­не­ния «гость – хо­зя­ин»), кри­стал­лич. или по­лу­кри­стал­лич. ве­ще­ст­ва из двух или бо­лее ком­по­нен­тов, один из ко­то­рых обра­зу­ет кри­стал­лич. ре­шёт­ку с ци­лин­д­рич., дву­мер­ны­ми или трёх­мер­ны­ми по­лос­тя­ми, дру­гие в ви­де мо­ле­кул или ионов рас­по­ла­га­ют­ся в этих по­лос­тях. Осн. эле­мент струк­ту­ры «хо­зяи­на» не­ор­га­нич. С. в. – мо­ле­ку­лы, ко­ва­лент­но свя­зан­ные по­ли­эд­ры $\ce{MX}_n$ ($\ce{M}$ – центр. атом, $\ce{X}$ – ли­ган­ды) или ко­ва­лент­но свя­зан­ные ато­мы, ко­то­рые об­ра­зу­ют кар­касы, слои или столб­ча­тые струк­ту­ры. С. в. раз­ла­га­ют­ся при на­гре­ва­нии.

Вы­де­ля­ют три ви­да С. в.: по­ло­ст­ные («хо­зя­ин» име­ет кар­кас­ную струк­ту­ру с пус­то­та­ми, у «гос­тя» нет сте­пе­ней сво­бо­ды пе­ре­ме­ще­ния), ка­наль­ные («хо­зя­ин» име­ет про­тя­жён­ные пус­то­ты, у «гос­тя» име­ет­ся од­на по­сту­пат. сте­пень свобо­ды) и слои­стые («хо­зя­ин» име­ет слои­стую струк­ту­ру, у «гос­тя» име­ют­ся две по­сту­пат. сте­пе­ни сво­бо­ды). С. в. пер­во­го ти­па на­зы­ва­ют­ся клат­ра­та­ми (лат. сlatratus – замк­ну­тый, ок­ру­жён­ный со всех сто­рон), вто­ро­го – ту­бу­ла­ток­лат­ра­та­ми (лат. tubula – труб­ка), третье­го – ин­тер­ка­ла­та­ми (от лат. in­tercalatus – встав­лен­ный, до­бав­лен­ный). При вне­дре­нии мо­ле­кул или ио­нов «гос­тей» в дву­мер­ные (слои­стые) струк­ту­ры рас­стоя­ния ме­ж­ду слоя­ми «хо­зяи­на» уве­ли­чи­ва­ют­ся.

Клат­ра­ты под­раз­де­ля­ют­ся на мо­ле­ку­ляр­ные и кле­точ­ные. В мо­ле­ку­ляр­ных клат­ра­тах по­лость об­ра­зо­ва­на од­ной мо­ле­ку­лой или не­сколь­ки­ми свя­зан­ны­ми ме­ж­ду со­бой мо­ле­ку­ла­ми. К ним от­но­сят­ся га­зо­вые гид­ра­ты, ре­шёт­ку ко­то­рых об­ра­зу­ют мо­ле­ку­лы во­ды, а по­лос­ти за­пол­ня­ют мо­ле­ку­лы га­зов или лег­ко­ки­пя­щих жид­ко­стей – $\ce{O2}$, $\ce{N2}$, $\ce{Xe}$, $\ce{Br2}$, $\ce{Cl2}$, $\ce{SF6}$, $\ce{H2S}$, $\ce{CH4}$, $\ce{C3H8}$ и др. Сре­ди ор­га­нич. ве­ществ рас­про­стра­нён­ным «хо­зяи­ном» яв­ля­ет­ся цик­ло­дек­ст­рин, об­ра­зую­щий за счёт во­до­род­ных и гли­ко­зид­ных свя­зей 6-, 7- или 8-звен­ные коль­ца. Кле­точ­ные клат­ра­ты со­дер­жат по­ли­эд­ры или кла­сте­ры ато­мов. К ним от­но­сят­ся гек­са­бо­ри­ды ме­тал­лов, со­еди­не­ния гид­ро­хи­но­на и др. Близ­ки­ми ве­ще­ст­ва­ми яв­ля­ют­ся це­о­ли­ты. Кле­точ­ные клат­ра­ты су­ще­ст­ву­ют толь­ко в кри­стал­лич. со­стоя­нии, мо­ле­ку­ляр­ные – так­же и в рас­тво­рах. Ка­наль­ные С. в. пред­став­ле­ны ок­сид­ны­ми брон­за­ми и по­доб­ны­ми им ве­ще­ст­ва­ми, мо­че­ви­ной и тио­мо­че­ви­ной. «Хо­зя­ин» об­ра­зу­ет­ся, напр., при со­еди­не­нии ме­ж­ду со­бой не­сколь­ких групп $\ce{MO6}$ ($\ce{M}$ – $\ce{Mo}$, $\ce{W}$ и др.) в коль­ца, рас­по­ло­жен­ные друг над дру­гом и фор­ми­рую­щие стен­ки пус­тых ка­на­лов, С. в. – при вне­дре­нии в ка­на­лы ато­мов др. эле­мен­тов. Мно­гие из та­ких не­ор­га­нич. С. в. име­ют ме­тал­лич. блеск, ин­тен­сив­ную ок­ра­ску и вы­со­кую элек­тро­про­вод­ность.

В ин­тер­ка­ла­тах «хо­зя­ин» со­хра­ня­ет слои­стую струк­ту­ру, об­ра­зо­ван­ную сет­ка­ми ато­мов или по­ли­эд­ра­ми $\ce{MX}_n$. Сло­и­сты­ми яв­ля­ют­ся гра­фит, ди­халь­ко­ге­ни­ды $\ce{MX2}$ ($\ce{M – Ti}$, $\ce{Zr}$, $\ce{Hf}$, $\ce{V}$, $\ce{Nb}$, $\ce{Ta}$, $\ce{Mo}$, $\ce{W}$), не­ко­то­рые ок­си­ды, фос­фа­ты, си­ли­ка­ты, алю­мо­си­ли­ка­ты, в т. ч. при­род­ные гли­ны. Пла­стич­ность глин при раз­ма­чи­ва­нии свя­за­на с вне­дре­ни­ем мо­ле­кул во­ды ме­ж­ду слоя­ми.

Гра­фит об­ра­зу­ет ин­тер­ка­ла­ты тре­мя пу­тя­ми: ко­ва­лент­ным свя­зы­ва­ни­ем элек­тро­от­ри­цат. эле­мен­тов с ато­ма­ми уг­ле­ро­да, пе­ре­но­сом за­ря­да от вне­дрён­ных ве­ществ к сло­ям ато­мов уг­ле­ро­да или в об­рат­ном на­прав­ле­нии, пе­ре­но­сом за­ря­да от ко­ва­лент­но свя­зан­ных ге­те­роа­том­ных сло­ёв или к ним. Ко­ва­лент­ное свя­зы­ва­ние фто­ра да­ёт фто­ри­ды гра­фи­та $\ce{C2F}$ и $\ce{CF}$. Cоединения с пе­ре­но­сом за­ря­да гра­фит об­ра­зу­ет с ак­цеп­то­ра­ми элек­тро­нов (мо­ле­ку­лы $\ce{H2SO4}$, $\ce{Cl2}$, $\ce{AsF5}$) или с до­но­ра­ми элек­тро­нов (ато­мы ще­лоч­ных, щё­лоч­но­зе­мель­ных, РЗЭ). К ин­тер­ка­ла­там от­но­сит­ся гид­ро­суль­фат гра­фи­та $\ce{C24+ (HSO_4)4- \cdot 2H2SO4}$. Осо­бен­ность гра­фи­та – об­ра­зо­ва­ние ре­гу­ляр­но по­стро­ен­ных С. в. да­же при за­пол­не­нии не всех меж­слое­вых про­странств. Вы­де­ля­ют ве­ще­ст­ва с разл. ста­дия­ми ин­тер­ка­ла­ции, но­мер ста­дии со­от­вет­ст­ву­ет чис­лу сло­ёв гра­фи­та ме­ж­ду слоя­ми ин­тер­ка­ла­та. Так, при ин­тер­ка­ла­ции в гра­фит ато­мов Li со­еди­не­нию пер­вой ста­дии от­ве­ча­ет $\ce{C6Li}$, вто­рой – $\ce{C12Li}$, треть­ей – $\ce{C18Li}$ и т. д. Бо­лее круп­ные ато­мы $\ce{K}$, $\ce{Rb}$ и $\ce{Cs}$ на пер­вой ста­дии да­ют $\ce{C8M}$, на по­сле­дую­щих – $\ce{C24M}$, $\ce{C36M}$ и т. д. Свое­об­раз­ные С. в. об­ра­зу­ют кри­стал­лы фул­ле­ре­нов.

С. в. ис­поль­зу­ют в тех­ни­ке в пе­ре­за­ря­жае­мых ли­тие­вых ис­точ­ни­ках то­ка ($\ce{Li}_x \ce{ Mn2O4}$, $\ce{Li}_x \ce{ CoO2}$, $\ce{LiFePO4}$ и др.), как ано­ды ис­точ­ни­ков то­ка и твёр­дые смаз­ки ($\ce{CF}_n$), в ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров и ад­сор­бен­тов (це­о­ли­ты), на­пол­ни­те­лей по­ли­ме­ров, хи­мических сен­со­ров, для по­лу­че­ния тер­мо­рас­ши­рен­но­го гра­фи­та, гра­фе­на и ок­си­да гра­фе­на. С. в. при­ме­ня­ют в кос­ме­ти­ке, фар­ма­цев­ти­ке, пи­ще­вой промышленности, био­тех­но­ло­гии и ме­ди­ци­не.