Много нового выяснено и в вопросах синтеза соединений внедрения. При образовании химического соединения из более простых веществ последние необязательно полностью разрушаются как структурные индивидуальности. Иногда структура одного из веществ при реакции сохраняется, а частицы другого реагента в нее внедряются.

Например, кристаллические решетки металлов, несмотря на плотную упаковку атомов, имеют тетраэдрические и октаэдрические пустоты. Если такой материал контактирует с веществом, содержащим атомы небольшого размера: кислород, бор, азот, углерод, водород, то последние могут внедряться в эти пустоты. Образуются специфические химические соединения внедрения — гидриды, нитриды, карбиды, бориды или некоторые низшие оксиды. Заполнение пустот, как правило, бывает неполное, и поэтому соединения внедрения имеют переменный состав.

Металлический палладий поглощает водород (до 850 объемов на один объем палладия) и набухает, увеличивается в объеме. При этом атомы водорода проникают в толщу металла. Равновеликие процесса диссоциации молекулы водорода сдвигается в сторону образования атомов, которые снова поглощаются металлом. Причем внедрившиеся в решетку палладия атомы водорода, по-видимому, диффундируют, поскольку при пропускании через гидрид палладия электрического тока водород перемещается к катоду. Конечно, при внедрении кристаллическая решетка акцептора деформируется, иногда существенно.

Не всегда соединения внедрения получаются так просто, как гидрид палладия. Иногда приходится реализовать довольно сложную реакцию как постадийный процесс. Например, гидрид никеля с составом, близким к NiH₂, можно получить, действуя на эфирный раствор хлорида никеля фенилмагнийбромидом в токе водорода.

Химическая активность гидридов внедрения объясняется тем, что отдаваемый ими водород находится в атомном состоянии. Это используется во многих реакциях гидрирования.

По сравнению с исходными металлами у карбидов и нитридов внедрения резко увеличивается твердость, они также более тугоплавки, химически устойчивы. Например, карбид гафния с добавкой карбида титана плавится при температуре 4200°С, а самый тугоплавкий металл вольфрам — при 3400 °С.

Реакции внедрения углерода имеют большое значение в формировании свойств сталей. Например, широко известны процессы азотирования и цементирования стали для придания поверхностному слою стойкости к истиранию и для повышения усталостной прочности конструкций.

Графит благодаря своей слоистой структуре также может участвовать в образовании соединений внедрения. Чужеродные атомы внедряются между слоями. При этом происходят явления сдвига решеток. Они раздвигаются, «впуская», например, два слоя атомов фтора (при образовании C₄F).

При различных соотношениях углерод — фтор свойства соединения существенно изменяются. При составе CF_0,7 вещество еще имеет черный цвет. Увеличение содержания фтора приводит к тому, что вещество светлеет и при составе, близком к CF, делается бесцветным и имеет свойства диэлектрика, когда все электроны проводимости израсходованы на образование ковалентной связи между атомами углерода и фтора.

Графит может также поглощать кислород при контакте с сильными окислителями. При этом по мере насыщения кислородом цвет вещества сначала из черного делается коричневым, затем красным и желтым для предельного состава С₂О. Такие слоистые структуры поглощают затем и молекулы воды или спирта. При этом расстояние между углеродными решетками возрастает от 0,335 нм для графита, до 1,1 и 1,9 нм соответственно. Происходит разбухание кристалла.

Изучены соединения внедрения в графит щелочных металлов, а также (путем замещения атомов металлов) аммиака, хлорида железа, хлорида алюминия и других молекул.

Получены даже «соли графита», например бисульфат графита: С_хHSО₄*H₂SО₄ при переменном х.

Электрическая проводимость у «солей графита» выше, чем у исходного графита, за счет дополнительной «дырочной» проводимости. «Соли графита» имеют характерные свойства солей, напри мер вступают в реакции обмена.

Клатраты — разновидности соединений внедрения — получаются кристаллизацией из растворов (несколько иная технология, чем чистое внедрение). Образование клатратов связано с тем, что молекулы растворителя, кристаллизуясь, могут образовывать ажурные структуры с пустотами, в которые внедряются «посторонние» молекулы. При этом состав клатратов определяется лишь размерами пустот и внедренных молекул, а не химическими свойствами последних.

Печально известно образование клатрата состава гидрата метана, приводящее к аварийным закупоркам газопроводов. Гидрат метана образуется при вымораживании влаги во время сильных морозов. Давление перекачивания газа 2,6 МПа и температура — 23°С соответствуют условиям этого превращения.

Полезная информация:

Хотим представить вам очень полезную разработку - калькулятор онлайн. Надо провести расчеты, но нет под рукой калькулятора, не беда, можно абсолютно бесплатно воспользоваться онлайн сервисом. Всё что Вам понадобится, это доступ в Интернет и клавиатура, либо мышь.