Kimyagerler Yeni Bir Buz Şekli Keşfetti
Fotoğraf:Yeni bir hidrojen klatrat hidrat. Pavel Odinev / Skoltech
Amerika Birleşik Devletleri, Çin ve Rusya’dan bilim insanları, oda sıcaklığında ve nispeten düşük basınçta oluşan yeni bir hidrojen klatrat hidratın yapısını ve özelliklerini tanımladılar. Hidrojen hidratlar, en çevre dostu yakıt olan hidrojen depolama ve taşıma için potansiyel bir çözüm olduğu belirtildi. Yapılan bu araştırma, Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
Buz, bilim insanları keşifler yaptıkça sayıca artmaya devam eden çoklu polimorfik modifikasyonlara sahip oldukça karmaşık bir maddedir. Buzun fiziksel özellikleri de oldukça değişkendir. Örneğin; hidrojen bağları yüksek basınçlarda simetrik hale gelir bu durum tek bir su molekülünü ayırt etmemizi imkansız hale getirir, düşük basınçlar da ise bu hidrojen bağları, proton bozukluğuna neden olarak su moleküllerini kristal yapı içinde birçok olası uzaysal yönelimde yerleştirir. Kar taneleri de dahil olmak üzere etrafımızdaki buz her zaman proton bozukluğuna sahiptir. Buz, ksenon, klor, karbon dioksit veya metan moleküllerini içerebilir ve genellikle saf buzdan farklı bir yapıya sahip olan gaz hidratları oluşturabilir. Dünya’da ki doğal gazın büyük bir kısmı gaz hidratları biçiminde bulunur.
Amerika Birleşik Devletleri, Çin ve Rusya’dan kimyagerler yaptıkları yeni araştırmalarda hidrojen hidratlara odaklandılar. Gaz hidratlar, hem teorik araştırmalar hem de hidrojen depolama gibi pratik uygulamalar için büyük ilgi görüyor. Doğal haliyle depolanırsa, hidrojen patlama tehlikesi oluştururken, sıkıştırılmış hidrojende bile yoğunluk çok düşüktür. Bu yüzden bilim insanları uygun maliyetli hidrojen depolama çözümleri arıyorlar.
Skoltech profesörü Artem R. Oganov “Hidrojeni hidratlarına dönüştürmek ilk kez yaptığımız bir şey değil. Önceki araştırmamızda, su molekülü başına 2 hidrojen molekülü ile yeni bir hidrojen hidrat öngördük. Ne yazık ki, bu olağanüstü hidrat sadece 380.000 atmosferin üzerindeki basınçlarda mevcut olabilir, bu hidratı laboratuvarda elde etmek oldukça kolay ancak pratik uygulamalarda neredeyse hiç kullanılamaz. Yaptığımız araştırmalar sonucu yazdığımız yeni makalede daha az hidrojen içeren ve çok daha düşük basınçlarda var olabilen hidratları tanımladık.” dedi.
Hidrojen hidratların kristal yapısı büyük ölçüde basınca bağlıdır. Düşük basınçlarda, Oganov’a göre her biri hidrojen moleküllerini barındıran Çin fenerlerine benzeyen büyük boşluklara sahiptir. Basınç arttıkça, kristal yapıya daha fazla hidrojen molekülü yerleştirilerek yapı daha yoğun hale gelir ancak serbestlik dereceleri önemli ölçüde azalır.
Physical Review Letters’da yayınlanan araştırmalarında, Washington Carnegie Enstitüsü’nden (ABD) ve Hefei’deki (Çin) Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden bilim insanları, bu iki kurumda profesör olan Alexander F.Goncharov liderliğindeki deneyler yaptılar ve çeşitli hidrojen hidratların özelliklerini inceledi ve hidrojen molekülü başına 3 su molekülüne sahip olağandışı bir hidrat keşfetti. Profesör Oganov liderliğindeki ekip, bileşiğin kendine özgü davranışından sorumlu yapısını çözmek için Oganov ve öğrencileri tarafından geliştirilen USPEX evrimsel algoritmasını kullandı. Araştırmacılar, deneyin koşullarını simüle ettiler ve bilinen proton sıralı C1 hidrata çok benzer, ancak su molekülü yönelimlerinde C1’den farklı yeni bir yapı buldular. Ekip, proton bozukluğunun oda sıcaklığında meydana gelmesi gerektiğini göstererek, deneyde elde edilen X-ışını kırınımı ve Raman spektrum verilerini açıkladı.
Kaynak:scitechdaily.com
