Újfajta jég fedezhető fel

A XVI jég vízmolekulák ketreceit képezi, amelyek többek között metán-hidrátokat tartalmaznak

Egy darab metán-hidrát - a metánt egy jégkosárban tartják. © Wusel007 / CC-by-sa 3.0
felolvasta

A ketrecben lévő víz: A kutatók felfedezték a vízjég új konfigurációját. Ebben a vízmolekulák ketrecet képeznek, amelyben más molekulák csapdába eshetnek. Ez a felfedezés fontos, mivel ezek a jégketrecek képezik a metán-hidrátot is - az a vegyület, amelyben millió tonna metán gázt tárolnak a tengerfenékben. A jégszerkezet ismerete segíthet jobban megérteni a metán-hidrátok stabilitását - állítják a "Nature" folyóirat kutatói.

A metán-hidrátok csak viszonylag magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten fordulnak elő, mivel azok dominálnak például a kontinentális lejtők tengerfenékén. Ilyen körülmények között a metán gázmolekulák egyfajta ketrecben vannak csapdába esve. A hőmérséklet emelkedésével azonban ez a ketrec feloldódik, és metángáz szabadul fel, amelyet jelenleg az éghajlatváltozás támaszt elő.

Ugyanakkor a metán potenciális energiaforrást képez ezekben a gázhidrátokban, mivel kémiailag nem más, mint földgáz. Eddig azonban hiányoznak az ötletek, hogyan lehetne ezt megoldani a hidrátokból anélkül, hogy az egész tengeri váltások destabilizálnák. Ennek egyik oka a hidrátok jége: Noha szerkezete elméletileg ismert volt, lehetetlennek ítélték a törékeny jégketrecek előállítását vagy megőrzését tartalom nélkül. Ennek eredményeként e jégforma tulajdonságait nem lehetett tovább vizsgálni.

Üres üres ketrecben

Andrzej Falenty, a Göttingeni Egyetem és munkatársai most először sikerült e vízjég forma szintézisében - és kiderült, hogy ez egy teljesen új típusú jég. Az általuk felfedezett XVI jég a vízjég 17. ismert szerkezete. Csak 0, 81 gramm / köbcentiméter sűrűséggel ez is a legalacsonyabb. Az ebben a jégben található vízmolekulák nagyon szimmetrikus ketrecek szerkezetét képezik, amelyek idegen molekulákat és atomokat csapdába ejtve képesek gázhidrátok és hasonló vegyületek képződésére.

Az újonnan létrehozott XVI fagylalt szerkezete: egy üres ketrec a vízmolekulákból - Falenty et al./ Nature

A laboratóriumban a XVI jég előállításához a kutatók először neongáz-atomokkal töltött gáz-hidrátot szintetizáltak 140 Kelvin körüli hőmérsékleten. Aztán kifújták a környezeti levegőt és vákuumot hoztak létre, amely fokozatosan kiszívta a neon atomokat a jégkockaból. A tudósok neutrondiffrakciót alkalmaztak a most üres jégkocka szerkezetének meghatározására: neutronsugarakkal bombázták a molekulákat, amelyek jellegzetesen diffúztak a molekulán. Ezek a diffrakciós képek információkat adnak a szerkezetről. kijelző

Az üres sokkal stabilabb, mint megtöltve

További elemzés során a kutatók megállapították, hogy az üres jégketrecek még hosszabb ideig megmaradnak, mint a töltött társaik: csak 20 fokkal magasabb hőmérsékleten bomlanak le, ahogyan a kísérletek azt mutatták. Csak a jégben levő vendégmolekulákkal való kölcsönhatás közelebb húzza a teheneket, ugyanakkor instabilsá teszi őket. "Az üres XVI jég mechanikailag stabilabb és nagyobb rácsállandókkal rendelkezik, mint alacsony hőmérsékleten töltött hidrátnál" - közölte Falenty és munkatársai.

"Az üres inkluzív vegyületek évek óta intenzív tudományos spekulációk tárgyát képezik, mivel valódi létezésük meglehetősen bizonytalan volt" - kommentálta Helmut Schober, a Grenoble-i Laue-Langevin Intézet (ILL) tudományos igazgatója. "Ezzel a felfedezéssel a spekuláció területéről származunk. Sőt, új gyöngyszemmel lát el minket a lenyűgöző jégfázisok kincsesládjából. "

Fontos a gázvezetékek és az éghajlat védelme szempontjából

A XVI jég tulajdonságainak ismerete különös előnyökkel jár a földgázvezetékek karbantartása során. Ezekben a metánt magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten szállítják. Ilyen körülmények között a csövekben gyakran képződnek gáz-hidrátok, amelyek eltömíthetik azokat. Ezek eltávolításához évente körülbelül 400 millió eurót kell költeni világszerte. A K fig tulajdonságok jobb megismerése segíthet megakadályozni a gázhidrátok képződését.

A XVI jég döntő szerepet játszik az örökkévalóságban lévő metánhidrátokban és a kontinentális lejtők tengerfenékében is. A jégkocka laboratóriumi előállítása segíthet jobban felmérni ezen labilis rezervoárok viselkedését. Mivel a metánnak mintegy harmincszor nagyobb üvegházhatása van, mint a szén-dioxiddal, bármi, ami megvédi a metán-hidrátokat a bomlástól, szintén hozzájárul az éghajlat védelméhez. (Nature, 2014; doi: 10.1038 / nature14014)

(Institut Laue-Langevin, 2014.12.11. - NPO)