Hidrati plinov
From Wikipedia, the free encyclopedia
Hidrati plinov, hidrati ali klatrati so kristalne trdne snovi na vodni osnovi, podobne ledu, v katerih so majhne nepolarne molekule, običajno plini, ali polarne molekule z velikimi hidrofobnimi deli ujete v »kletke« zamrznjenih molekul vode, vezanih z vodikovimi vezmi.[1][2] Hidrati plinov so torej nekakšne spojine, v katerih je gostiteljska molekula voda, gostujoča molekula pa običajno plin ali tekočina. Brez podpore ujetih molekul bi se mrežasta struktura klatratov zrušila v običajno strukturo ledenih kristalov ali tekočo vodo. Klatrate tvori večina plinov z nizko molekulsko maso, vključno z O2, H2, N2, CO2, CH4, H2S, Ar, Kr in Xe, in pri ustreznih temperaturah in tlakih nekateri višji ogljikovodiki in freoni. Klatrati uradno niso kemične spojine, saj gostujoče molekule niso vezane na mrežo s kemičnimi vezmi. Tvorba in razgradnja klatratov sta fazna prehoda prvega reda in ne kemični reakciji. Podrobni mehanizmi njihovega nastanka in razgradnje na molekularni ravni še vedno niso dobro razumljeni.[3][4][5] Hidrate plinov je prvi dokumentiral Humphry Davy leta 1810, ki je ugotovil, da je voda glavna sestavina tistega, za kar so prej mislili, da je trden klor.[6][7]
Ugotovljeno je, da se klatrati v naravi pojavljajo v velikih količinah. Približno 6,4 bilijona (6,4 × 1012) ton metana je ujetega v usedlinah metanovega hidrata na globokem oceanskem dnu.[8] Nahajališča metanovega hidrata so tudi na norveškem epikontinentalnem pasu v severnem boku čelne stene Storegge Slidea. Klatrati lahko obstajajo tudi kot permafrost, na primer na severozahodu kanadske Arktike. Ti hidrati zemeljskega plina veljajo za potencialno obsežen vir energije, zato ima več držav nacionalne programe za razvoj tega vira energije.[9]
Klatrati so zanimivi tudi s tehnološkega vidika, ker omogočajo na primer razsoljevanje morske vode,[10] skladiščenje plinov,[11] na primer ogljikovega dioksida,[12] lokalno[13] in daljinsko hlajenje itd. V naftni industriji lahko povzročijo težave, saj lahko nastanejo tudi znotraj plinovodov. Globokomorsko odlaganje hidrata ogljikovega dioksida je bilo predlagano kot metoda za odstranitev tega toplogrednega plina iz ozračja in nadzor podnebnih sprememb. Domneva se, da klatrati v velikih količinah nastajajo tudi na nekaterih zunanjih planetih, lunah in transneptunskih objektih, pri čemer vežejo plin pri dokaj visokih temperaturah.[14]