Protokoll - Chemiestudent.de

Oswald Krotz
K-Saal
Theorie:
Protokoll
über
Versuch Nr. 13
Intercalationskomplexe: NH4OAc in Kaolinit
18.01.00
Unter Intercalation versteht man die Einlagerung von Molekülen oder Ionen in strukturell
bedingte Zwischenräume eines Festkörpers, wobei sich dadurch der Schichtabstand aufweitet.
Die Größe der Aufweitung ist von dem eingelagerten Molekül abhängig.
Wichtige ntercalationsverbindungen sind die des Kaolinit. Kaolinit findet Verwendung in der
Farben-, Kunststoff- und Papierindustrie, in letzterer wird er als Füllstoff verwendet. Kaolinit
hat die Summenformel [Al4Si4O10]OH8. Diese Verbindung besteht im Prinzip aus zwei
Schichten. Die Si-Atome sind tetraedrisch von O-Atomen umgeben. Diese Tetraeder sind
über gemeinsame Ecken zu einer Ebene vernetzt. An diese Tetraederschicht ist eine
Oktaederschicht gebunden. In dieser Oktaederschicht Sind Al-Atome von Sauerstoff- und
Hydroxid-Ionen umgeben. Über Wasserstoffbrückenbindungen ist die nächste
Tetraederschicht an die Oktaederschicht. Die strukturelle Grundeinheit wird also aus einer
Oktaeder- und einer Tetraederschicht gebildet, die über kovalente Bindungen gebunden sind.
Der Schichtabstand zweier Schichten beträgt bei Kaolinit: d = 7,15 Å.
Zwischen diese Doppelschichten können nun Moleküle eingelagert werden. Bei der
Einlagerung von NH4OAc wird der Schichtabstand auf 14,05 Å geweitet. Bei einem
Überschuß von Ammoniumacetat kann es sogar zu einem noch höheren Schichtabstand von
17 Å kommen.
Der Grad der Einlagerung läßt sich durch Röntgendiffraktometrie bestimmen:
IPr
odukt
α
=
IPr
odukt + I Edukt
Bei nicht intercaliertem Kaolinit erhält man einen Peak bei 7,15 Å. Wurde das NH4OAc
vollständig eingelagert, so erhält man einen Peak bei 14,05 Å. Andernfalls erhält man zwei
Peaks, aus deren Intensitäten man nach obiger Formel den Intercalationsgrad berechnen kann.
Durch Auswaschen oder Erhitzen kann die eingelagerte Verbindung auch wieder entfernt
werden. Der Kaolinit erhält dabei seinen ursprünglichen Schichtabstand zurück, ist nun aber

wesentlich leichter mechanisch zu bearbeiten und offen für eine weitere Intercalation, da
durch den Intercalationsvorgang Brüche in der Struktur erzeugt wurden.
Durchführung:
Zunächst muß die Menge der einzulagernden Substanz bestimmt werden, die pro g Kaolinit
zugegeben werden muß.
Die Schichtaufweitung mit NH4OAc beträgt:
Δd = 14,05 Å - 7,15 Å = 6,9 Å
Volumenveränderung:
ρ(KIS) = 2,6 g/cm 3
ρ(NH4OAc) = 1,2 g/cm 3
ΔD
3 6,
9
3
ΔV
= VKaolinit
⋅ = 0, 383cm
⋅ = 0,
367cm
d Kaolinit
7,
15
m = ΔV ⋅ ρ = 0,432 g (pro g KIS)
Auf 2 g Kaolinit (KIS) müssen daher mit 10 % Überschuß 0,95 g NH4OAc gegeben werden.
Man verreibt beide Substanzen in einem Präparateglas und stellt dieses offen zusammen mit
einem mit konz. NH3 gefüllten Glas in ein Schraubdeckelglas. Anschließend wird die
Mischung leicht mit NH3 durchfeuchtet, so daß gerade ein zäher Brei entsteht. Das Gemisch
wird mindesten 48 Stunden im verschlossenen Schraubdeckelglas unter NH3-Atmosphäre
stehengelassen. Nach beendeter Reaktion wir ein Röntgendiffraktogramm erstellt.
Auswertung:
Auf dem Röntgendiffraktogramm sind zwei Reflexe zu erkennen: Einer bei d = 7,14 Å und
einer bei 15.51 Å. Das Auftreten zweier Reflexe bedeutet, daß sich nicht das gesamte
NH4OAc eingelagert hat. Auch sollte normalerweise der Schichtabstand der eingelagerten
Verbindung 14,05 Å betragen; die Schicht wurde aber hier offensichtlich etwas mehr
aufgeweitet. Nach obiger Gleichung kann nun der Einlagerungsgrad bestimmt werden:
α
=
I
Literatur:
I
Pr odukt
Pr odukt
+ I
Edukt
58
= =
58 + 71
45%
• Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der anorg. Chemie; Berlin u.a.; Walter de Gruyter; 1976; 81.-90. Aufl.;
• Falbe J., Regitz M.; CD Römpp Chemie Lexikon; Stuttgart u.a.; Thieme; 1995; 9. Aufl.; Vers. 1.0
• Allgemeine Vorschrift für Kaolinit-Einlagerungsverbindungen