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clatrato de hidrógeno

Un clatrato de hidrógeno es un clatrato que contiene hidrógeno en una red de agua. Esta sustancia es interesante por su posible uso para almacenar hidrógeno en una economía de hidrógeno . [1] [2] Veluswamy et al. informan sobre una revisión reciente que presenta el estado del arte y las perspectivas y desafíos futuros del almacenamiento de hidrógeno como hidratos de clatrato. (2014). [3] Otra característica inusual es que pueden aparecer múltiples moléculas de hidrógeno en cada sitio de la jaula en el hielo, una de las pocas moléculas invitadas que forma clatratos con esta propiedad. La proporción máxima de hidrógeno a agua es de 6 H 2 a 17 H 2 O. [4] Se puede formar a 250 K en un yunque de diamante a una presión de 300 MPa (3000 bares). Se tarda unos 30 minutos en formarse, por lo que este método no es práctico para una fabricación rápida. [5] El porcentaje en peso de hidrógeno es 3,77%. [4] Los compartimentos de la jaula son hexacaidecaédricos y contienen de dos a cuatro moléculas de hidrógeno. A temperaturas superiores a 160 K, las moléculas giran dentro de la jaula. Por debajo de 120 K, las moléculas dejan de correr alrededor de la jaula y por debajo de 50 K quedan bloqueadas en una posición fija. Esto se determinó con deuterio en un experimento de dispersión de neutrones . [4]

Bajo presiones más altas se puede formar una proporción de clatrato de 1:1. Cristaliza en una estructura cúbica, donde el H 2 y el H 2 O están dispuestos en una red de diamante. Es estable por encima de 2,3 GPa. [6]

Bajo presiones aún mayores (más de 38 GPa) se predice la existencia de un clatrato con estructura cúbica y una relación 1:2: 2H 2 •H 2 O. [7]

Pueden producirse clatratos más complejos con hidrógeno, agua y otras moléculas como el metano , [8] y el tetrahidrofurano . [9]

Dado que el hidrógeno y el hielo de agua son componentes comunes del universo, es muy probable que, en las circunstancias adecuadas, se formen clatratos de hidrógeno naturales. Esto podría ocurrir, por ejemplo, en lunas heladas. [8] Es probable que el clatrato de hidrógeno se haya formado en las nebulosas de alta presión que formaron los gigantes gaseosos , pero no se formó en los cometas. [10]

Referencias

  1. ^ Hirscher, Michael (4 de agosto de 2010). "Hidratos de clatrato". Capítulo 3. Hidratos de clatrato . Wiley. págs. 63–79. doi :10.1002/9783527629800.ch3. ISBN 9783527629800. {{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )
  2. ^ Sabo, Dubravko; Sabo, Dubravko; Clawson, Jacalyn; Rempe, Susan; Gran casa, Jeffery; Martín, Marco; Leung, Kevin; Varma, Sameer; Cygan, Randall; Alam, Todd (7 de marzo de 2007). "El clatrato de hidrógeno se hidrata como posible material de almacenamiento de hidrógeno". MAR07 Reunión de la Sociedad Americana de Física . 52 (1): S39.012. Código Bib : 2007APS..MARS39012S . Consultado el 10 de septiembre de 2011 .
  3. ^ Veluswamy, Hari Prakash; Kumar, Rajnish; Linga, Praveen (2014). "Almacenamiento de hidrógeno en hidratos de clatrato: estado actual del arte y direcciones futuras". Energía Aplicada . 122 : 112-132. doi :10.1016/j.apenergy.2014.01.063.
  4. ^ abc Lokshin, Konstantin A.; Yusheng Zhao; Duanwei Él; Wendy L. Mao; Ho-Kwang Mao; Russell J. Hemley; Maxim V. Lobanov y Martha Greenblatt (14 de septiembre de 2004). "Estructura y dinámica de las moléculas de hidrógeno en el nuevo hidrato de clatrato mediante difracción de neutrones a alta presión". Cartas de revisión física . 93 (12): 125503–1–125503–4. Código Bib : 2004PhRvL..93l5503L. doi :10.1103/PhysRevLett.93.125503. PMID  15447276.
  5. ^ Mao, Wendy L .; Mao, AF Goncharov; VV Struzhkin; P. Guo; J. Hu, J. Shu; RJ Hemley; M Somayazulu e Y. Zhao (2002). "Clústeres de hidrógeno en clatratohidrato". Ciencia . 297 (5590): 2247–2249. Código Bib : 2002 Ciencia... 297.2247M. doi : 10.1126/ciencia.1075394. PMID  12351785. S2CID  24168225.
  6. ^ Vos, Willem L.; Dedo, Larry W.; Hemley, Russell J.; Mao, Ho-kwang (agosto de 1996). "Dependencia de la presión de los enlaces de hidrógeno en un nuevo clatrato de H2O-H2". Letras de Física Química . 257 (5–6): 524–530. Código Bib : 1996CPL...257..524V. doi :10.1016/0009-2614(96)00583-0.
  7. ^ Qian, Guang-Rui; Lyakhov, Andriy O.; Zhu, Qiang; Oganov, Artem R.; Dong, Xiao (8 de julio de 2014). "Nuevas estructuras de hidrato de hidrógeno bajo presión". Informes científicos . 4 : 5606. Código Bib : 2014NatSR...4E5606Q. doi :10.1038/srep05606. PMC 4085642 . PMID  25001502. 
  8. ^ ab Struzhkin, Viktor; Burkhard Militzer; Wendy L. Mao; Ho-kwang Mao y Russell J. Hemley (7 de diciembre de 2006). "Almacenamiento de hidrógeno en clatratos moleculares" (PDF) . Rev. Química . 107 (10): 4133–4151. doi :10.1021/cr050183d. PMID  17850164.
  9. ^ Smirnov, GS; Stegailov, VV (17 de diciembre de 2015). "Difusión anómala de moléculas invitadas en hidratos de gas hidrógeno". Alta temperatura . 53 (6): 829–836. doi :10.1134/S0018151X15060188. S2CID  123843390.
  10. ^ Lunine, Jonathan I.; Stevenson, David J. (1985). "Termodinámica del clatrato hidratado a baja y alta presión con aplicación al sistema solar exterior". Serie de suplementos de revistas astrofísicas . 58 : 493. Código bibliográfico : 1985ApJS...58..493L. doi : 10.1086/191050 . Consultado el 10 de septiembre de 2011 .

enlaces externos