22.12.2020
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, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

2 декабря
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

Позавчера, 12:49
Алиса Гаджиева

У погибшего почти 70 миллионов лет назад хищника была трудная жизнь: помимо обычного набора проблем, таких как схватки с сородичами, он страдал от зубной боли.

Позавчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

2 декабря
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

DELETED
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?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: