clatrat hidratată

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Clatrat hidrați (sau , alternativ , clatrați gazoși, hidrați gazoși, clatrați, hidrati, etc.) sunt o clasă de substanțe solide ale chimiei supramoleculare în care gaz moleculele ocupă „cuști“ compusă din apă molecule unite prin legături de hidrogen . Odată golit, aceste „cuști“ devin instabile și în colaps obișnuite de cristale de gheață , dar poate fi stabilizată prin includerea unor molecule cu dimensiuni corespunzătoare din cadrul acestora. Majoritatea gazelor cu greutate moleculară mică ( de exemplu , O 2 , N 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 S , argon , kripton și xenon ), precum și unele gaze cu greutate mai mare , cum ar fi hidrocarburile și freonilor formează clatrați hidratate în anumite condiții de presiune și temperatura. Clatrați hidratate nu sunt compuși chimici . Formarea și descompunerea hidraților de clatrat sunt primele ordine tranzițiilor de fază și nu reacții chimice .

Clatrați hidratate sunt considerate a fi prezente în cantități mari , pe unele exterioare planete , sateliți, și obiecte trans-uraniu , sub formă de gaze legate la temperaturi relativ ridicate. Clatrați au fost descoperite în cantități mari pe Pământ în depozite mari de clatrați metan adânc în ocean ( de exemplu , pe flancul nordic al Storegga submarin alunecări de teren, care face parte din norvegian platoului continental ) și în permafrost ( de exemplu gaz câmpuri hidrații Mallik în delta Mackenzie în nordul Arcticul canadian ). Hidrocarbonate clatrați sunt o problemă în industria petrolieră, în formarea lor în gaz conductele frecvent duce la ocluzie lor. Depunerile de clatrați de dioxid de carbon în adâncul oceanului a fost propusă ca metodă pentru a elimina acest gaz cu efect de seră din atmosferă .

Structura

Cuști care constituie diferitele tipuri de structuri de hidrați de gaz.

Hidrati de gaz formează de obicei două cubice cristalografice structuri - structura (tip) I și structura (Type) II [1] de grupuri spațiale Pm 3 n și Fd , respectiv , 3 m. Mai rar, o a treia structură de grup spațiu hexagonal este observabilă (Tip H). [2]

Unitatea celulei de tip I este format din 46 de molecule de apă, care formează două tipuri de celule - mici și mari. Micile cuștile din unitate sunt două, față de cele șase mari. Micul colivie are forma unui pentagonal dodecaedru (5 12) și una mare un tetrakaidecahedron (5 12 6 2). Moleculele care formează în mod tipic hidrați de tip I sunt CO 2 și CH 4.

Unitatea de celule de tip II este format din 136 [ Necesită citare ] moleculele de apă, care formează , de asemenea , două tipuri de cuști - mari și mici. În acest caz, micile cuștile din unitatea de șaisprezece, față de cele opt mari. Micul cușcă încă are forma unui dodecaedru pentagonal (5 12) , în timp ce unul mare de data aceasta este un hexakaidecahedron (5 12 6 4). Type hidrați II constau gaze cum ar fi O 2 și N 2.

Unitatea de celule de tip H este format din 34 de molecule de apă, care formează trei tipuri de cuști - două tipuri mici și diferite și unul imens. În acest caz, unitatea de celule este format din trei cuști mici de tip 5 12, douăsprezece cuști mici de tipul celor 4 3 5 6 6 3 și unul unul mare de tipul 5 12 6 8. Formarea de tip H necesită cooperarea a două gaze gazdă (mari și mici) să fie stabil. Este mare cavitate care permite hidrații H-structura pentru a se potrivi în molecule mari ( butan , hidrocarburi ), având în vedere prezența altor gaze auxiliare mai mici pentru a umple și să sprijine cavitățile rămase. Hidrații H-structura se crede a fi prezent în Golful Mexic , unde producția termogenic de hidrocarburi grele este comun.

Hidratul în univers

Iro și colab. [3] , încercând să interpreteze azot pierderea comete , au formulat cele mai multe dintre condițiile pentru formarea de hidrați în nebuloase protoplanetară , în jurul secvenței pre-principală și principală . Cheia a fost de a oferi suficiente particule microscopice de gheață expuse la un mediu gazos. Observațiile radiometrice continuum de discuri circumstelar în jurul valorii de stele T Tauri și Herbig Ae / Be sugerează prezența unor discuri de praf masive constând din granule de dimensiuni milimetrice, care dispar după câteva milioane de ani. [4] [5] O mare lucrare pe detectarea apoasa gheata in Univers se face pe Space Observatory în infraroșu (ISO). De exemplu, larg spectrele de emisie a gheții apoase la 43 e 60 pm sunt detectate în discurile de izolate stele Herbig Ae / Be HD 100546 din Moscova . Cel de la 43 pm este mult mai slabă decât cea de la 60 pm, ceea ce înseamnă că gheața apoasă este plasată în partea exterioară a discului la temperaturi sub 50 K. [6] Există , de asemenea , o altă caracteristică de gheață între 87 și 90 pm, care este foarte similar cu cel din NGC 6302 [7] (viermele sau fluture nebuloasa in Scorpion ). CIEM cristaline sunt , de asemenea , găsite în protoplanetare discurile de ε-Eridani și izolat în stea Fe HD 142527 [8] [9] în constelația Wolf .

Hidratul pe Pământ

Hidrați de gaz natural

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: hidrat de metan .

În mod natural pe Pământ , hidrati de gaz pot fi detectate pe fundul mării, în sedimentele depuse pe fundul oceanului, sau în lacuri adânci (cum ar fi lacul Baikal ), precum și în permafrost regiuni. Cantitatea de metan potențial prins în hidrat de metan depozite pot fi semnificative, ceea ce le face mai atractive ca posibile surse de energie în viitor. Eliberarea catastrofală a metanului din descompunerea acestor depozite poate duce la nivel mondial climatice schimbare, [ nici o sursă ] ca metan este mai eficient de gaze cu efect de seră chiar decât CO2 . La rândul său, descompunerea rapidă a acestor depozite este considerată un Geohazard , datorită capacității sale de a provoca alunecări de teren , cutremure și tsunami . [ Necesită citare ] Cu toate acestea, hidrați de gaze naturale conțin nu numai metan , ci și alte hidrocarburi precum H 2 S și CO 2 . Clatrați de aer sunt frecvent observate în gheață polare miezuri . Pingos sunt structuri comune în regiunile permafrost. [10] Structuri similare sunt detectabile în apă adâncă în raport cu scurgerile de metan.

Hidrați gazoși din conductele

Condițiile termodinamice care favorizează formarea de clatrați sunt adesea prezente în conductele de gaz . Acest lucru este extrem de dăunător ca și cristale de clatrat pot aglomera și întrerupe fluxul de gaz, valve și instrumentație dăunătoare. Rezultatele pot varia de la flux redus la deteriorarea fizică a plantei.

Prevenirea formării clatrat și tehnici deatenuare

Clatratii au tendinta marcata de a se aglomera și să adere la pereții conductelor, blocarea conductei. Odată formate, ele pot fi descompuse prin creșterea temperaturii și / sau scăderea presiunii . Chiar și în aceste condiții, disocierea clatrații este un proces lent.

De aceea, prevenirea formării clatrații pare a fi cea mai bună soluție. O filozofie de prevenire a formării clatrat se poate baza pe trei criterii de siguranță, în ordinea priorității:

  1. Evitați condițiile de funcționare care pot provoca formarea de clatrați;
  2. modifica temporar condițiile de operare pentru a se evita formarea acestora;
  3. Trebuie evitată formarea lor prin adăugarea de substanțe care (a) în schimburi starea de echilibru a clatrații spre temperaturi mai scăzute și presiuni mai mari sau (b) crește timpul formării clatrați ( inhibitori ).

Tehnica utilizată depinde de condițiile de funcționare, cum ar fi presiunea, temperatura, tipul de fluid (gaz, lichid, prezența apei, etc.)

Inhibitorii

Operarea în cadrul unui sistem de parametri în care clatrații pot forma, există totuși modalități de a evita formarea lor. Alterarea compoziția gazului de substanțe adăugarea poate scădea temperatura de formare a clatrații și / sau întârzia formarea lor. Există, în general, două opțiuni:

  • inhibitorii termodinamice
  • Inhibitorii cinetic / anti-aglutinare

Cele mai frecvente sunt inhibitori termodinamice:

  1. metanol
  2. monoetilenglicol (MEG)
  3. glicol dietilen (DEG).

Toate sunt disponibile, dar economia de recuperare a metanolului nu este favorabil, în multe cazuri. MEG este preferat ° pentru aplicații în care se așteaptă ca temperatura să fie -10 ° C sau mai mici, datorită ridicate vâscozitatea la temperaturi scăzute. Trietilenglicol (TEG) are prea scăzută o presiune de vapori pentru a fi utilizat ca inhibitor injectat într - o conductă.

Utilizarea inhibitorilor cinetice și agenți anti-aglutinare în domeniul practic este o tehnologie nouă și în continuă evoluție. Este nevoie de teste extinse și optimizare pentru sistemul real. In timp ce inhibitori de cinetică acționează prin încetinirea cinetica de nucleație, agenții anti-aglutinanți face nucleată nu întrerup, mai degrabă prin întreruperea aglomerarea de cristale de hidrat gazoase. Aceste două tipuri de inhibitori sunt cunoscute ca inhibitori de clatrat Doze mici , deoarece acestea necesită concentrații mult mai mici decât inhibitorii termodinamice convenționali. Inhibitorii Kinetic (care nu necesită un amestec de apă și hidrocarburi pentru a fi eficace) sunt , de obicei polimeri sau copolimeri în timp ce agenții anti-aglutinanți (care necesită un astfel de amestec a) sunt amfionici polimeri sau agenți activi de suprafață ( de obicei , de amoniu și COOH ) , care sunt atrase de ambii hidrați decât din hidrocarburi.

Notă

  1. ^ M. von Stackelberg, M. și HM Müller, Zeitschrift für Elektrochemie, 58 1, 16, 83, 1954.
  2. ^ (EN) ED Sloan Jr., hidrați clatrat de gaze naturale, 2nd ed., New York, Marcel Dekker Inc. 1998.
  3. ^ (RO) nr Iro, D. Gautier, F. Hersant, D. Bockelée-Morvan și JI Lunine, O interpretare a deficitului de azot în comete, în Icar , n. 161, 2003, p. 513.
  4. ^ (EN) SVW Beckwith și Henning T. Y. Nakagawa, proprietăți de praf și de asamblare de particule mari în discuri protoplanetare, în protostele și planete, IV, 2000, p. 533.
  5. ^ (EN) A. Natta, Grinin V. și V. Mannings, Proprietăți și Evoluția Discuri în jurul pre-Main-sequence Stele de Intermediar de masă în protostars și planete, IV, 2000, p. 559.
  6. ^ (EN) Malfait K., C. Waelkens, LBFM Waters, B. Vandenbussche, E. Huygen și MS de Graauw, Spectrul tinerei stele HD 100546 Observat cu Space Observatorul în infraroșu. Scrisoare catre Editor, în Astron. Astrophys. , Nu. 332, 1998, pp. L25-L28.
  7. ^ (EN) MJ Barlow, în cadrul unei proceduri de 'viziunea ISO asupra evoluției stelare', Noordwijkerhout , 4-1 iulie 1997.
  8. ^ (EN) A. Li, JI Lunine și GJ Bendo, Modelarea emisiei în infraroșu de pe disc-ε Eridani, în Astrophys. J. , nr. 598, 2003, pp. L51-L54.
  9. ^ (EN) Malfait K., C. Waelkens, J. Bouwman, A. de KOTER și LBFM Waters, Spectrul ISO al tinerei stele HD 142527, în Astron. Astrophys. , Nu. 345, 1999, p. 181.
  10. ^ Ussler, W.; Paull, CK; Lorenson, T.; Dallimore, S.; Medioli, B.; Blasco, S.; McLaughlin, F.; Nixon, FM, Metan Scurgerile din Pingo-ca Caracteristici pe raft Arctic, Marea Beaufort, TLN, Canada , de Fizică Abstract Service, SAO / NASA ADS, decembrie 2005. Adus 9 martie 2008.

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN (RO) sh85053228 · GND (DE) 4282527-1
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Clathrate_hydrate&oldid=114937222 “