Сполуки включення

Сполуки включення посідають проміжне місце між твердими речовинами включення і істинними хімічними сполуками. Сполуки включення утворюються внаслідок проникнення однієї або кількох молекул одного виду в порожнину молекули або кристалічної решітки другого. Валентні сили при цьому не діють, але молекула включення не може залишити свого місця, тобто не має виходу у зовнішнє середовище, бо вона оточена з усіх боків молекулами речовини, яка її включає. Сполуки включення досліджують методами рентгенографії і спектроскопії. Сполуки включення утворюються переважно при змішуванні насичених і перенасичених речовин.

Сполука, в якій молекулу гостя впроваджено в порожнину кристалiчної ґратки або в молекулярну порожнину молекули господаря, але мiж молекулами гостя та господаря не виникає ковалентного зв'язку, а є лише взаємодiї на рiвнi вандерваальсiвських сил, водневих зв'язкiв, проте при обов'язковiй умовi iснування або виникнення (пiд впливом гостя) пустот i їх геометричнiй вiдповiдностi розмiрам адденда. Крiм неспецифiчної взаємодiї, зумовленої ефектом порожнини, iстотну роль можуть вiдiгравати специфiчнi, i присутнiсть певних стороннiх речовин може сповiльняти або й унеможливлювати утворення таких сполук (пр., сiрчанi сполуки припиняють утворення сполук втиснення н-парафiнiв у карбамiд). Основнi типи сполук включення: шаристi (iнтеркаляційні), канальнi (тунельнi, типу парафiнiв у карбамiдi) та клатрати — це сполуки ґратчастої будови, нестехiометричнi, але серед усiх iнших нестехiометричних сполук видiляються тим, що при їх утвореннi в основному не порушується каркасна кристалiчна ґратка господаря, тодi як утворення твердих розчинiв веде до порушення тривимiрного порядку ґраток. Молекулярнi сполуки включення (утворюються за рахунок молекулярних порожнин), на вiдмiну вiд ґратчастих, можуть iснувати й в рiдкiй фазi, в розчинах (пр., сполуки циклодекстринiв). Синонім — комплекс включення.

Розрізняють дві групи СВ:

• 1) молекулярні СВ, в яких молекула-господар містить одну або декілька частинок, в порожнині, що підходить геометрично і які існують в твердій фазі і в розчинах (приклад – СВ на основі фулеренів);
• 2) ґраткові СВ, в яких частинки-гості включено в порожнини тривимірної ґратки. Ґраткові СВ формують макромолекулярні неорганічні речовини (мінерали) та тверді вуглецьвмісні викопні речовини (графіт, шунгіт, кам’яне вугілля, сланці).

Процес утворення СВ – інтеркалювання – включає дифузію молекул або йонів в ґратку твердого тіла та їх утримування (фіксацію) в порожнинах, які вже існують або формуються в ґратці під конкретну частинку-гостя. Максимальну здатність утворення СВ проявляють шаруваті мінерали (каолініт, монтморилоніт, вермикуліт та ін.) та речовини на основі вуглецю (графіт, вугілля). В них частинки-гості розташовуються між шарами речовини-господаря та утворюють самостійні двомірні шари (фази включення).

Залежно від характеру порожнини сполуки включення можна класифікувати як решітчасті, коли порожнина виникає внаслідок утворення кристалічної решітки; молекулярні, коли порожнина виникає в одній молекулі, і сполуки включення, утворені високомолекулярними речовинами за рахунок порожнин між ланцюгами макромолекул. Решітчасті сполуки включення можуть бути канальні (порожнина подібна до каналу) і клатратні (порожнина подібна до клітки). Клатрати використовують для зберігання газів або їх розділення. Завдяки утворенню сполуки включення з сечовиною розділяють вуглеводні, які різняться будовою вуглецевого ланцюга.

До речовин, що здатні легко утворювати сполуки включення, належать целюлоза, крохмаль (сполука включення з йодом), білки, мінерали, цеоліти, монтморилоніт, галуазит та багато інших, які мають велике практичне значення.

В природі СВ не утворюють самостійних родовищ, але є супутниками шаруватих мінералів та твердих горючих копалин. Найбільш вивчено графітові СВ (сполуки інтеркалювання графіту), розроблено методи та технології їх промислового виробництва, визначено галузі їх застосування: протипожежні фарби, термостійкі (до 1500 °С) вироби, теплоізоляційні матеріали (замінники азбесту) та ін.

Сполуки включення вугілля (СВВ) – тверді речовини, в яких молекули або йони включено в порожнини просторового вугільного каркаса. СВВ належать до групи СВ з просторово рухливими ґратками, порожнини яких утворюються під впливом інтеркалювання частинок-гостей. В гірничо-геологічних умовах СВВ утворюються внаслідок дії низькомолекулярних речовин (вода, метан, солі металів), що утримуються всередині органічного каркаса вугілля, який формується в ході метаморфізму. Типові представники природносформованих СВВ – вугілля солоне, вугілля насичене метаном або водою (вугілля буре). Вугілля утворює СВВ при взаємодії з різними речовинами (органічні розчинники, луги, окиснювачі), що використовують для зміни їх властивостей в процесах термохімічної переробки.

• Супрамолекулярна хімія

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Гончаров А. І., Корнілов М. Ю. Довідник з хімії. — К.: Вища школа, 1974.- 304 с.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
• Фізичні процеси та їх мікроскопічні моделі в періодичних неорганічно/органічних клатратах : [монографія] / І. І. Григорчак, П. П. Костробій, І. В. Стасюк та ін. ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т "Львів. політехніка". – Львів : Растр-7, 2015. – 286 с. : іл. – Бібліогр. в кінці розділів. – ISBN 978-617-7359-10-3