Химики описали новую форму льда — Naked Science
7 минут
Сколтех
1

Химики описали новую форму льда

4.2

Ученые из США, Китая и России описали структуру и свойства нового гидрата водорода, образующегося при относительно низком давлении и комнатной температуре. Гидрат водорода — лед с молекулами водорода в структурных полостях — интересен как потенциальный экономически эффективный способ хранения и транспортировки самого экологически чистого топлива — водорода.

Химики описали новую форму льда / ©Getty images

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Лед — очень сложное вещество со множеством модификаций. При этом ученые регулярно открывают новые из них. Физические свойства льда тоже могут сильно варьировать, например, при высоких давлениях происходит симметризация водородных связей, при которой становится невозможно выделить отдельную молекулу воды.

При низких давлениях наблюдается протонное разупорядочение, явление при котором молекулы воды могут быть по-разному ориентированы в пространстве и в кристалле присутствуют все ориентации. Всем привычный лед (и в том числе снежинки) как раз протонно-разупорядоченные. Лед способен вмещать молекулы газов (ксенона, хлора, углекислого газа, метана), образуя газовые гидраты – которые часто имеют другую структуру. Львиная доля природного газа на планете Земля находится в виде газовых гидратов.

В новом исследовании химики из США, Китая и России изучали гидраты водорода. Газовые гидраты интересны не только с теоретической, но и с практической точки зрения, так как могут служить способом для хранения водорода. В чистом виде хранить водород не рекомендуется из-за его взрывоопасности, да и плотность даже сжатого вещества слишком мала, поэтому ученые ищут экономически рентабельные способы хранения этого газа.

«Это не первая наша работа, посвященная гидратам водорода. Ранее мы предсказали состав нового гидрата водорода, где на одну молекулу воды приходилось две молекулы водорода. К сожалению, такой рекордный гидрат может существовать только при давлениях выше 380 тысяч атмосфер, что непрактично. Наша новая статья посвящена гидратам, которые содержат меньше водорода, но зато и существовать могут при гораздо более низком давлении», – рассказывает профессор Сколтеха Артем Оганов.

Кристаллическая структура гидратов водорода сильно зависит от давления. При низких давлениях она имеет большие полости, которые профессор Оганов сравнивает с китайскими фонарями, в каждой полости может разместиться одна молекула водорода, по мере повышения давления структура становится более плотной, водорода в кристаллическую решетку встраивается тоже больше, но степеней свободы у него значительно меньше.

Структура новой формы льда / ©Артем Оганов / Пресс-служба Сколтеха

В работе экспериментаторы из Института Карнеги в Вашингтоне (США) и Института физики твердого тела в Хэфэй (Китай) под руководством профессора этих двух институтов Александра Гончарова изучали свойства различных гидратов водорода и обнаружили странное поведение у одного из гидратов, где на три молекулы воды приходится одна молекула водорода. Структуру этого гидрата, объясняющую его особенности, удалось понять с помощью ученых из группы профессора Сколтеха Артема Оганова и разработанного им эволюционного алгоритма USPEX.

Исследователи обнаружили, что в условиях, соответствующих эксперименту, образуется структура, очень похожая на уже известный протон-упорядоченный гидрат С1, но отличающаяся от него ориентацией молекул воды. Им удалось показать, что при комнатной температуре должно наблюдаться протонное разупорядочение, что объяснило экспериментальные данные по дифракции рентгеновских лучей и рамановским спектрам.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколтех
158 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Комментарии

1 Комментарий
Лев Григорьев
4 недели назад
-
0
+
И каково соотношение по массе водяной "упаковки" и водорода? Каковы энергетические затраты на насыщение и хранение такой "смеси"? Стоит ли овчинка выделки?
Позавчера, 19:16
5 минут
Илья Ведмеденко

Российские разработчики представили проект авианосца «Варан». Предполагается, что на его борту смогут разместиться два десятка пилотируемых самолетов, а также вертолеты и беспилотники.

Сегодня, 14:48
4 минуты
Мария Кривоченко

Ученые провели несколько опытов, чтобы проверить, можно ли повредить яичный желток — он был аналогом человеческого мозга, — не разбивая скорлупу. Так они выяснили, какой тип воздействия на череп опаснее всего для человека.

18 января
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Россия подняла в небо группу из шести военно-транспортных самолетов Ан-124-100. Такие тренировки позволяют отработать переброску на большие расстояния личного состава воинских подразделений.

18 января
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

16 января
9 минут
Василий Парфенов

Специалисты по информационной безопасности нашли пренеприятнейшую особенность ОС Windows 10. Ее штатный драйвер файловой системы NTFS при определенных условиях реагирует крайне деструктивным образом — критически повреждает главную файловую таблицу MFT. Вызвать такое его поведение можно огромным количеством способов: от создания подготовленной веб-страницы до отправки картинок, файлов и документов жертве.

4 января
2 минуты
Илья Ведмеденко

В России приступили к летным испытаниям нового Ту-214. По имеющимся данным, речь идет о третьем и заключительном экземпляре Ту-214ПУ, изготовленном по контракту от 2017 года.

6 января
42 минуты
Александр Березин

Попытки нашей страны создать замену сверхмассовому биплану советской эпохи терпят неудачи вот уже тридцать лет. Причина проста: кризис легкомоторной авиации в целом. Когда-то самая передовая часть авиастроения сегодня застряла на решениях большой древности — и без резкого изменения всей концепции "летающего такси" так и не увидит заметных результатов.

4 января
7 минут
Василий Парфенов

Наступление Мирового океана на сушу, как правило, связывают с глобальным потеплением. Однако испанские геологи описали еще одну проблему, которая только усугубляет ситуацию. Они подсчитали, что из-за проседания почв территория, на которой проживает 19% населения Земли, окажется ниже уровня моря уже к 2040 году.

[miniorange_social_login]
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: