مركب الكلاثرات

الكلاثرات هي مادة كيميائية تتكون من شبكة تحبس الجزيئات أو تحتوي عليها. كلمة الكلاثرات مشتقة من الكلمة اللاتينية clathratus ( clatratus )، والتي تعني "مع قضبان، شبكية ". ^[1] معظم مركبات الكلاثرات بوليمرية وتغلف الجزيء الضيف تمامًا، ولكن في الاستخدام الحديث تشمل الكلاثرات أيضًا معقدات مضيف-ضيف ومركبات تضمين . ^[2] وفقًا للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية ، فإن الكلاثرات هي مركبات تضمين "حيث يكون الجزيء الضيف في قفص يتكون من جزيء المضيف أو من شبكة من جزيئات المضيف". ^[3] يشير المصطلح إلى العديد من المضيفات الجزيئية، بما في ذلك الكاليكسارينات والسيكلوديكسترينات وحتى بعض البوليمرات غير العضوية مثل الزيوليت .

يمكن تقسيم الكلاثرات إلى فئتين: هيدرات الكلاثرات والكلاثرات غير العضوية. يتكون كل كلاثرات من إطار وضيوف يقيمون في الإطار. يمكن أن تتكون معظم هياكل بلورات الكلاثرات الشائعة من تجاويف مثل التجاويف الاثني عشرية والرباعية السطوح والسداسية السطوح . على عكس الهيدرات، تحتوي الكلاثرات غير العضوية على إطار مرتبط تساهميًا من الذرات غير العضوية مع ضيوف يتكونون عادةً من معادن قلوية أو قلوية ترابية . نظرًا للترابط التساهمي الأقوى، غالبًا ما تكون الأقفاص أصغر من الهيدرات. تتفاعل الذرات الضيفة مع المضيف من خلال الروابط الأيونية أو التساهمية. لذلك، يتبع الاستبدال الجزئي للذرات الضيفة قواعد زينتل بحيث يتم الحفاظ على شحنة المركب الإجمالي. تتمتع معظم الكلاثرات غير العضوية بإشغال كامل لأقفاص إطارها بواسطة ذرة ضيف لتكون في مرحلة مستقرة. يمكن تصنيع الكلاثرات غير العضوية عن طريق التفاعل المباشر باستخدام الطحن الكروي في درجات حرارة عالية أو ضغوط عالية. التبلور من المصهور هو طريق تصنيع شائع آخر. نظرًا للتنوع الكبير في تكوين الأنواع المضيفة والضيفة، فإن الكلاثرات غير العضوية أكثر تنوعًا كيميائيًا وتمتلك مجموعة واسعة من الخصائص. والأمر الأكثر بروزًا هو أنه يمكن العثور على الكلاثرات غير العضوية على أنها عازلة وموصلة فائقة (Ba ₈ Si ₄₆ ). إحدى الخصائص المشتركة للكلاترات غير العضوية التي جذبت الباحثين هي الموصلية الحرارية المنخفضة . تُعزى الموصلية الحرارية المنخفضة إلى قدرة الذرة الضيفة على "الاهتزاز" داخل إطار المضيف. تعمل حرية حركة الذرات الضيفة على تشتيت الفونونات التي تنقل الحرارة. ^[4]

أمثلة

تم استكشاف الكلاثرات للعديد من التطبيقات بما في ذلك: تخزين الغاز، وإنتاج الغاز، وفصل الغاز، وتحلية المياه ، والطاقة الحرارية الكهربائية ، والطاقة الكهروضوئية ، والبطاريات.

تم استكشاف مركبات الكلاثرات ذات الصيغة A ₈B ₁₆X ₃₀ ، حيث A هو معدن قلوي ترابي ، و B هو عنصر من المجموعة الثالثة ، و X هو عنصر من المجموعة الرابعة للأجهزة الحرارية الكهربائية. تتبع المواد الحرارية الكهربائية استراتيجية تصميم تسمى مفهوم بلورة الإلكترون الزجاجية الفونونية . ^[6]^{[7] مطلوب}توصيل حراري منخفض وموصلية كهربائية عالية لإنتاج تأثير سيبيك . عندما يتم ضبط إطار الضيف والمضيف بشكل مناسب، يمكن أن تُظهر الكلاثرات موصلية حرارية منخفضة، أي سلوك زجاج الفونون ، في حين أن الموصلية الكهربائية عبر إطار المضيف غير مضطربة مما يسمح للكلاثرات بإظهار بلورة إلكترونية .
تتميز كلاثرات الميثان بالإطار الرابط الهيدروجيني الذي يساهم به الماء وجزيئات الميثان الضيفة. توجد كميات كبيرة من الميثان المجمد بشكل طبيعي في هذا الشكل في تكوينات التربة الصقيعية وتحت قاع المحيط. ^[8] تشتق شبكات أخرى مرتبطة بالهيدروجين من الهيدروكينون واليوريا والثيويوريا . جزيء مضيف تمت دراسته كثيرًا هو مركب ديانين .

Cd(CN) ₂ ·CCl4 _: إطار مركب سيانيد الكادميوم (باللون الأزرق) يحتوي على رباعي كلوريد الكربون (ذرات الكربون باللون الرمادي ومواقع الكلور غير المنظمة باللون الأخضر) كضيف .

تعتبر كلاثرات هوفمان عبارة عن بوليمرات تنسيقية لها الصيغة Ni(CN) ₄ ·Ni(NH ₃ ) ₂ (أرين). تتبلور هذه المواد مع ضيوف عطريين صغار (البنزين، بعض الزيلينات)، وقد تم استغلال هذه الانتقائية تجاريًا لفصل هذه الهيدروكربونات. ^[2] تشكل الأطر العضوية المعدنية (MOFs) كلاثرات.

انظر أيضا

مراجع

^ القاموس اللاتيني محفوظ في 2012-04-14 على موقع واي باك مشين
^ ab Atwood, JL (2012) "مركبات التضمين" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a14_119
^ IUPAC ، Compendium of Chemical Terminology ، الطبعة الثانية ("الكتاب الذهبي") (1997). النسخة المصححة على الإنترنت: (2006–) "clathrates". doi :10.1351/goldbook.C01097
^ abc Krishna, Lakshmi; Koh, Carolyn A. (فبراير 2015). "مركبات الكلثرات غير العضوية والميثان: تنوع المركبات المضيفة-الضيفة لحصاد الطاقة". مجلة الطاقة والاستدامة MRS . 2 (1): 8. doi : 10.1557/mre.2015.9 . ISSN 2329-2229.
^ Birchall, T.; Frampton, CS; Schrobilgen, GJ; Valsdóttir, J. (1989). "Β-Hydroquinone xenon clathrate". Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications . 45 (6): 944–946. Bibcode :1989AcCrC..45..944B. doi :10.1107/S0108270188014556.
^ نولاس، جي إس؛ كوهن، جي إل؛ سلاك، جي إيه؛ شوجمان، إس بي (13 يوليو 1998). "مركبات الكلاثرات شبه الموصلة من الجيرمانيوم: مرشحون واعدون للتطبيقات الحرارية الكهربائية". رسائل الفيزياء التطبيقية . 73 (2): 178-180. رمز Bibcode : 1998ApPhL..73..178N. doi : 10.1063/1.121747 . ISSN 0003-6951.
^ بيكمان، م.، موريللي، دي تي، نولاس، جي إس (2015). "مواد حرارية كهربائية أفضل من خلال بلورات تشبه الزجاج". مواد الطبيعة . 14 (12): 1182-1185. رمز Bibcode :2015NatMa..14.1182B. doi :10.1038/nmat4461. ISSN 1476-4660. PMID 26585077.
^ بيرس، فريد (27 يونيو 2009). "الجليد المشتعل: الوقود الأحفوري القادم". مجلة نيو ساينتست . رقم 2714. ص 30-33. مؤرشف من الأصل في 13 أبريل 2016. تم الاسترجاع في 5 يوليو 2009 .

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] القاموس اللاتيني محفوظ في 2012-04-14 على موقع واي باك مشين

[Ullmann-2] Atwood, JL (2012) "مركبات التضمين" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a14_119

[3] IUPAC ، Compendium of Chemical Terminology ، الطبعة الثانية ("الكتاب الذهبي") (1997). النسخة المصححة على الإنترنت: (2006–) "clathrates". doi :10.1351/goldbook.C01097

[:0-4] Krishna, Lakshmi; Koh, Carolyn A. (فبراير 2015). "مركبات الكلثرات غير العضوية والميثان: تنوع المركبات المضيفة-الضيفة لحصاد الطاقة". مجلة الطاقة والاستدامة MRS . 2 (1): 8. doi : 10.1557/mre.2015.9 . ISSN 2329-2229.

[5] Birchall, T.; Frampton, CS; Schrobilgen, GJ; Valsdóttir, J. (1989). "Β-Hydroquinone xenon clathrate". Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications . 45 (6): 944–946. Bibcode :1989AcCrC..45..944B. doi :10.1107/S0108270188014556.

[6] نولاس، جي إس؛ كوهن، جي إل؛ سلاك، جي إيه؛ شوجمان، إس بي (13 يوليو 1998). "مركبات الكلاثرات شبه الموصلة من الجيرمانيوم: مرشحون واعدون للتطبيقات الحرارية الكهربائية". رسائل الفيزياء التطبيقية . 73 (2): 178-180. رمز Bibcode : 1998ApPhL..73..178N. doi : 10.1063/1.121747 . ISSN 0003-6951.

[7] بيكمان، م.، موريللي، دي تي، نولاس، جي إس (2015). "مواد حرارية كهربائية أفضل من خلال بلورات تشبه الزجاج". مواد الطبيعة . 14 (12): 1182-1185. رمز Bibcode :2015NatMa..14.1182B. doi :10.1038/nmat4461. ISSN 1476-4660. PMID 26585077.

[8] بيرس، فريد (27 يونيو 2009). "الجليد المشتعل: الوقود الأحفوري القادم". مجلة نيو ساينتست . رقم 2714. ص 30-33. مؤرشف من الأصل في 13 أبريل 2016. تم الاسترجاع في 5 يوليو 2009 .