Kemikere beskriver en ny form for is

Forskere fra USA, Kina og Rusland har beskrevet strukturen og egenskaberne af et nyt hydrogenclathrathydrat, der dannes ved stuetemperatur og relativt lavt tryk. Hydrogenhydrater er en potentiel løsning til opbevaring og transport af brint, det mest miljøvenlige brændstof. Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Is er et meget komplekst stof, der har flere polymorfe modifikationer, der bliver ved med at vokse i antal, efterhånden som videnskabsmænd gør nye opdagelser. Isens fysiske egenskaber varierer meget, også:f.eks. hydrogenbindinger bliver symmetriske ved høje tryk, gør det umuligt at skelne et enkelt vandmolekyle, hvorimod lavt tryk forårsager protonforstyrrelser, at placere vandmolekyler i mange mulige rumlige orienteringer i krystalstrukturen. Is omkring os, herunder snefnug, er altid protonforstyrret. Is kan indeholde xenon, klor, kuldioxid eller metanmolekyler og danner gashydrater, som ofte har en anden struktur end ren is. Størstedelen af ​​Jordens naturgas findes i form af gashydrater.

I deres nye undersøgelse, kemikere fra USA, Kina og Rusland fokuserede på brinthydrater. Gashydrater har stor interesse både for teoretisk forskning og praktiske anvendelser, såsom brintlagring. Hvis det opbevares i sin naturlige form, brint udgør en eksplosionsfare, hvorimod densiteten er alt for lav selv i komprimeret brint. Det er derfor, forskerne leder efter omkostningseffektive løsninger til brintlagring.

"Det er ikke første gang, vi vender os til brinthydrater. I vores tidligere forskning, vi forudsagde et nyt hydrogenhydrat med 2 brintmolekyler pr. vandmolekyle. Desværre, dette exceptionelle hydrat kan kun eksistere ved tryk over 380, 000 atmosfærer, som er let at opnå i laboratoriet, men er næppe anvendelig i praktiske applikationer. Vores nye papir beskriver hydrater, der indeholder mindre brint, men som kan eksistere ved meget lavere tryk, " siger Skoltech-professor Artem R. Oganov.

Krystalstrukturen af ​​hydrogenhydrater afhænger stærkt af tryk. Ved lave tryk, den har store hulrum, som ifølge Oganov, ligner kinesiske lanterner, hver rummer brintmolekyler. Når trykket stiger, strukturen bliver tættere, med flere brintmolekyler pakket ind i krystalstrukturen, selvom deres frihedsgrader bliver væsentligt færre.

I deres forskning offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , videnskabsmændene fra Carnegie Institution of Washington (USA) og Institute of Solid State Physics i Hefei (Kina) ledet af Alexander F. Goncharov, professor ved disse to institutioner, udførte eksperimenter for at studere egenskaberne af forskellige brinthydrater og opdagede et usædvanligt hydrat med 3 vandmolekyler pr. brintmolekyle. Holdet ledet af professor Oganov brugte USPEX evolutionære algoritme udviklet af Oganov og hans elever til at pusle ud af forbindelsens struktur, der er ansvarlig for dens ejendommelige adfærd. Forskerne simulerede de betingelser, der blev brugt i eksperimentet, og fandt en ny struktur, der ligner det kendte proton-ordnede C1-hydrat, men adskiller sig fra C1 i vandmolekyle-orienteringer. Holdet viste, at protonforstyrrelser skulle forekomme ved stuetemperatur, forklarer således røntgendiffraktions- og Raman-spektrumdataene opnået i eksperimentet.