Chimiștii descoperă o nouă formă de gheață

Un nou hidrat clarifică hidrogenul. Credit: Pavel Odinev / Skoltech

Oamenii de știință din Statele Unite, China și Rusia au descris structura și proprietățile unui nou hidrat clatrat de hidrogen format la temperatura camerei și presiune relativ scăzută. Hidrații de hidrogen sunt o soluție potențială pentru depozitarea și transportul hidrogenului, cel mai ecologic combustibil. Cercetarea a fost publicată în jurnal Scrisori de recenzie fizică.

Gheața este o substanță destul de complexă, cu numeroase modificări polimorfe, care continuă să crească în număr pe măsură ce oamenii de știință fac descoperiri. Proprietățile fizice ale gheții variază, de asemenea, foarte mult: de exemplu, legăturile de hidrogen devin simetrice la presiuni ridicate, ceea ce face imposibilă distingerea unei singure molecule de apă, în timp ce presiunile scăzute provoacă perturbarea protonului, plasând moleculele de apă în multe direcții. potențialele spațiale din cadrul structurii cristaline. Gheața din jurul nostru, inclusiv fulgii de zăpadă, este întotdeauna perturbată de protoni. Gheața poate conține molecule de xenon, clor, dioxid de carbon sau metan și poate forma hidrați de gaze, care au adesea o structură diferită de cea pură. Majoritatea gazelor naturale ale Pământului există sub formă de hidrați de gaze.

În noul lor studiu, chimiștii din Statele Unite, China și Rusia s-au concentrat pe hidrati de hidrogen. Hidrații de gaz sunt de mare interes atât pentru cercetarea teoretică, cât și pentru aplicații practice, cum ar fi stocarea hidrogenului. Dacă este stocat în forma sa naturală, hidrogenul prezintă un risc de explozie, în timp ce densitatea este foarte mică chiar și în hidrogenul comprimat. Acesta este motivul pentru care oamenii de știință caută soluții rentabile pentru stocarea hidrogenului.

„Nu este prima dată când ne-am întors la hidrogen. În cercetările noastre anterioare, am prezis un nou hidrat de hidrogen cu 2 molecule de hidrogen pentru molecula de apă. Din păcate, acest hidrat extraordinar poate exista doar la presiuni peste 380.000 de atmosfere, lucru ușor de realizat în laborator, dar dificil de utilizat în aplicații practice. „Noua noastră lucrare descrie hidrați care conțin mai puțin hidrogen, dar care pot exista la presiuni mult mai mici”, a spus profesorul Skoltech Artem R. Oganov.

Structura cristalină a hidratului de hidrogen este foarte dependentă de presiune. La presiuni scăzute, are cavități mari care, potrivit lui Oganov, seamănă cu felinarele chinezești, fiecare găzduind molecule de hidrogen. Pe măsură ce presiunea crește, structura devine mai densă, cu mai multe molecule de hidrogen ambalate în structura cristalină, deși gradele lor de libertate devin semnificativ mai mici.

În cercetările lor publicate în Scrisori de recenzie fizică, oamenii de știință de la Carnegie Institution din Washington (SUA) și Institutul de Fizică a Statelor Solide din Hefei (China) condus de Alexander F. Goncharov, profesor la aceste două instituții, au efectuat experimente pentru a studia proprietățile diferiților hidrati de hidrogen și a descoperit un hidrat neobișnuit cu 3 molecule de apă pentru molecula de hidrogen. Echipa condusă de profesorul Oganov a folosit algoritmul evolutiv USPEX dezvoltat de Oganov și studenții săi pentru a descoperi structura complexului responsabil pentru comportamentul său unic. Cercetătorii au simulat condițiile experimentului și au găsit o nouă structură foarte asemănătoare cu binecunoscutul hidrat ordonat C1, dar care diferă de C1 în orientările moleculei de apă. Echipa a arătat că perturbarea protonului trebuie să apară la temperatura camerei, explicând astfel distribuția razelor X și datele spectrului Raman obținute în experiment.

Referințe: „Novel Hydrate Clathrate Hydrate” de Yu Wang, Konstantin Glazyrin, Valery Roizen, Artem R. Oganov, Ivan Chernyshov, Xiao Zhang, Eran Greenberg, Vitali B. Prakapenka, Xue Yang, Shu-qing Jiang și Alexander F. Goncharove, 18 decembrie 2020, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.255702

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.