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.
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.
Позавчера, 15:24
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

Сегодня, 08:29
5 минут
Сергей Васильев

Измерения, проведенные во время одного из сближений Parker с Венерой, позволили оценить плотность ее ионосферы и показали, что она меняется, следуя за изменениями активности Солнца.

6 часов назад
6 минут
Мария Азарова

Благодаря детским костям, покоившимся на протяжении более чем 78 тысяч лет в одной из пещер Кении, ученым удалось наконец узнать, как обращались с телами умерших в Африке.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

Позавчера, 15:24
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[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: