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
170 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.
26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

26 февраля
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

28 февраля
75 минут
Редакция

Наверное, еще с того момента, как первые наши прапрапредки обрели сознание, человек боялся смерти и искал пути ее предотвратить или отсрочить. Древний человек жаждал утешения в представлениях о загробном мире, позже алхимики пытались изобрести зелья, которые помогли бы достичь бессмертия. С развитием науки ученые стремились понять, как работает наша смертность на клеточном уровне и еще глубже – и можно ли серьезно изменить отмеренный человеку век. Именно о теломерах часто говорят как о некоем секрете долголетия, том самом волшебном рычаге в ДНК, который может прибавить один-два десятка лет к нашей жизни. Так ли это?

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

22 февраля
5 минут
Илья Ведмеденко

Новое видео демонстрирует использование новейшего российского разведывательно-ударного БПЛА «Орион» на территории Сирии. Ранее этот комплекс приняли на вооружение.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

22.12.2020
-
0
+
И каково соотношение по массе водяной "упаковки" и водорода? Каковы энергетические затраты на насыщение и хранение такой "смеси"? Стоит ли овчинка выделки?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: