Газовые гидраты

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.Ломоносова

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ГЕОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

РЕФЕРАТ

На тему:

Газовые гидраты

Выполнил:

Студент 1 курса гр. 104

Мареев Максим

 МОСКВА – 2019

Газовые гидраты

Газовые гидраты – это кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из и газа, с низкой молекулярной массой. Эти соединения относятся к нестехиометрических (т. е. к соединениям переменного состава) и описываются формулой , где M – молекула газа-гидратообразователя, n – число, характеризующее состав, и зависящее от термобарических условий получения гидратов (n=5,75-17). Помимо индивидуальных гидратов известны двойные и смешанные (в состав которых входит несколько газов). Газовые гидраты представляют собой твердые кристаллические вещества, напоминающие своим внешним видом снег или рыхлый лед. [pic 1]

Первым был получен гидрат хлора (Дэви, 1811 г.) при охлаждении насыщенного хлором водного раствора до 9°. В первой половине XIX столетия таким же способом были получены гидраты . Первоначально состав гидрата хлора предложил М. Фарадей (), а гидрат сернистого газа – А. де ля Рив (). Однако в результате установлено, что формула гидрата хлора .[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

Компоненты природного газа  образуют как индивидуальные так и смешанные гидраты.[pic 6]

Установлено, что молекулы воды образуют полиэдрический каркас (т. е. решетку хозяина), в котором имеются полости. Эти полости могут занимать молекулы газов (молекулы-гости). Молекулы-гости связаны с каркасом хозяина ван-дер-ваальсовским взаимодействием. Следовательно, гидраты газов относятся к клатратным соединениям (или соединениям включения).

Таким образом, в газовых гидратах вода служит структуро-определяющим компонентом, образуя ажурный каркас из своих молекул, тогда как второй компонент (молекулы газов или некоторых летучих органических жидкостей) частично или полностью заполняет полости этого каркаса.

Анализ возможных типов полостей в льдо-подобных структурах, образованных из молекул воды, проводился в работах Г. Г. Маленкова, Джеффри, Ю. А. Дядина и других авторов. Наиболее стабильная структура, построенная из молекул воды, т. е. обычный гексагональный лед, – конструкция довольно «рыхлая» и ее плотность в 1,5 раза ниже, чем соответствующая плотнейшей упаковки молекул воды. Как показал кристаллохимический анализ, проведенный А. Ю. Намиотом и Э. Б. Бухгалтером, в канальных плоскостях гексагонального льда могут поместиться лишь весьма малые молекулы водорода и гелия. Из-за известной гибкости водородных связей и тетраэдрической координации кислорода имеется возможность построения из молекул воды ряда близких по энергетическим характеристикам структур, в которых в отличие от гексагонального льда имеются полости клеточного типа, причем значительного (молекулярного) размера. Показано, что энергетически наиболее выгодными полостями (а их можно представить в виде многогранников, вершины которых символизируют атомы кислорода, а ребра изображают водородную связь) являются 12-, 14-, 15-, 16- и 20-гранники, обычно обозначаемые D, Dʹ, T, P, H, E, соответственно. При этом 12-гранник (D-полость или пентагональный додекаэдр) оказывается наиболее выгодным – в нем угол между водородными связями (108°) практически не отличается от тетраэдрического.[pic 7][pic 8]