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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 debido a su posible uso para almacenar hidrógeno en una economía del hidrógeno . [1] [2] Veluswamy et al. (2014) informan sobre una revisión reciente que da cuenta del estado del arte y las perspectivas y desafíos futuros del almacenamiento de hidrógeno como hidratos de clatrato. [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 forman clatratos con esta propiedad. La relación 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). Tarda unos 30 minutos en formarse, por lo que este método no es práctico para una fabricación rápida. [5] El porcentaje de peso de hidrógeno es del 3,77%. [4] Los compartimentos de la jaula son hexacaudecaédricos 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 girar dentro de la jaula y por debajo de 50 K se quedan fijas en una posición fija. Esto se determinó con deuterio en un experimento de dispersión de neutrones . [4]

Bajo presiones más altas se puede formar un clatrato en proporción 1:1. Cristaliza en una estructura cúbica, donde H2 y H2O están dispuestos en una red de diamante. Es estable por encima de 2,3 GPa. [6]

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

Pueden formarse 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 en los cometas. [10]

Referencias

  1. ^ Hirscher, Michael (4 de agosto de 2010). "Clathrate Hydrates". Capítulo 3. Clathrate Hydrates . 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; Greathouse, Jeffery; Martin, Marcus; Leung, Kevin; Varma, Sameer; Cygan, Randall; Alam, Todd (7 de marzo de 2007). "Hidratos de clatrato de hidrógeno como un material potencial de almacenamiento de hidrógeno". MAR07 Reunión de la American Physical Society . 52 (1): S39.012. Código Bibliográfico :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 de la técnica y direcciones futuras". Applied Energy . 122 : 112–132. Bibcode :2014ApEn..122..112V. doi :10.1016/j.apenergy.2014.01.063.
  4. ^ abc Lokshin, Konstantin A.; Yusheng Zhao; Duanwei He; 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". Physical Review Letters . 93 (12): 125503–1–125503–4. Código Bibliográfico :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.; Finger, Larry W.; Hemley, Russell J.; Mao, Ho-kwang (agosto de 1996). "Dependencia de la presión de los enlaces de hidrógeno en un nuevo clatrato H2O-H2". Chemical Physics Letters . 257 (5–6): 524–530. Bibcode :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". Scientific Reports . 4 : 5606. Bibcode :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 huésped en hidratos de gas hidrógeno". High Temperature . 53 (6): 829–836. doi :10.1134/S0018151X15060188. S2CID  123843390.
  10. ^ Lunine, Jonathan I.; Stevenson, David J. (1985). "Termodinámica del hidrato de clatrato a presiones bajas y altas con aplicación al sistema solar exterior". The Astrophysical Journal Supplement Series . 58 : 493. Bibcode :1985ApJS...58..493L. doi :10.1086/191050 . Consultado el 10 de septiembre de 2011 .

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