Scienziati degli Stati Uniti, Cina e Russia hanno descritto la struttura e le proprietà di un nuovo idrogeno clatrato idrato che si forma a temperatura ambiente ea pressione relativamente bassa. Gli idrati di idrogeno sono una potenziale soluzione per lo stoccaggio e il trasporto di idrogeno, il carburante più ecologico. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Il ghiaccio è una sostanza altamente complessa che ha molteplici modificazioni polimorfiche che continuano a crescere di numero man mano che gli scienziati fanno nuove scoperte. Le proprietà fisiche del ghiaccio variano notevolmente, anche:per esempio, i legami idrogeno diventano simmetrici ad alte pressioni, rendendo impossibile distinguere una singola molecola d'acqua, considerando che le basse pressioni causano il disordine protonico, posizionando le molecole d'acqua in molti possibili orientamenti spaziali all'interno della struttura cristallina. Ghiaccio intorno a noi, compresi i fiocchi di neve, è sempre protonico disordinato. Il ghiaccio può incorporare xeno, cloro, molecole di anidride carbonica o metano e formano idrati di gas che spesso hanno una struttura diversa dal ghiaccio puro. La maggior parte del gas naturale terrestre esiste sotto forma di idrati di gas.

Nel loro nuovo studio, chimici degli Stati Uniti, Cina e Russia si sono concentrate sugli idrati di idrogeno. Gli idrati di gas sono di grande interesse sia per la ricerca teorica che per le applicazioni pratiche, come lo stoccaggio dell'idrogeno. Se conservato nella sua forma naturale, l'idrogeno rappresenta un pericolo di esplosione, mentre la densità è troppo bassa anche nell'idrogeno compresso. Ecco perché gli scienziati sono alla ricerca di soluzioni di stoccaggio dell'idrogeno convenienti.

"Questa non è la prima volta che ci rivolgiamo agli idrati di idrogeno. Nella nostra precedente ricerca, abbiamo previsto un nuovo idrato di idrogeno con 2 molecole di idrogeno per molecola d'acqua. Sfortunatamente, questo eccezionale idrato può esistere solo a pressioni superiori a 380, 000 atmosfere, che è facile da ottenere in laboratorio, ma è difficilmente utilizzabile in applicazioni pratiche. Il nostro nuovo articolo descrive gli idrati che contengono meno idrogeno ma possono esistere a pressioni molto più basse, " Dice il professore di Skoltech Artem R. Oganov.

La struttura cristallina degli idrati di idrogeno dipende fortemente dalla pressione. A basse pressioni, ha grandi cavità che, secondo Oganov, somigliano alle lanterne cinesi, ciascuno contenente molecole di idrogeno. All'aumentare della pressione, la struttura diventa più densa, con più molecole di idrogeno impacchettate nella struttura cristallina, sebbene i loro gradi di libertà diventino significativamente inferiori.

Nella loro ricerca pubblicata su Lettere di revisione fisica , gli scienziati della Carnegie Institution di Washington (USA) e dell'Institute of Solid State Physics di Hefei (Cina) guidati da Alexander F. Goncharov, un professore in queste due istituzioni, eseguì esperimenti per studiare le proprietà di vari idrati di idrogeno e scoprì un insolito idrato con 3 molecole d'acqua per molecola di idrogeno. Il team guidato dal professor Oganov ha utilizzato l'algoritmo evolutivo USPEX sviluppato da Oganov e dai suoi studenti per decifrare la struttura del composto responsabile del suo comportamento peculiare. I ricercatori hanno simulato le condizioni utilizzate nell'esperimento e hanno trovato una nuova struttura molto simile al noto idrato C1 ordinato dai protoni ma diverso da C1 nell'orientamento delle molecole d'acqua. Il team ha dimostrato che il disturbo protonico dovrebbe verificarsi a temperatura ambiente, spiegando così la diffrazione dei raggi X e i dati dello spettro Raman ottenuti nell'esperimento.