clatrato de hidrógeno

Un clatrato de hidrógeno es un clatrato que contiene hidrógeno en una red de agua. Esta sustancia es interesante debido a su posible uso para almacenar hidrógeno en una economía del hidrógeno . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Una revisión reciente que describe el estado del arte y las perspectivas y desafíos futuros del almacenamiento de hidrógeno como hidratos de clatrato es reportada por Veluswamy et al. (2014). ^{[ 3 ]} Otra característica inusual es que pueden existir múltiples moléculas de hidrógeno en cada sitio de jaula en el hielo, una de las pocas moléculas huésped que forman clatratos con esta propiedad. La proporción máxima de hidrógeno a agua es 6 H ₂ a 17 H ₂ O. ^{[ 4 ]} Puede formarse a 250 K en un yunque de diamante a una presión de 300 MPa (3000 bares). Tarda aproximadamente 30 minutos en formarse, por lo que este método no es práctico para la fabricación rápida. ^{[ 5 ]} El porcentaje en peso de hidrógeno es 3,77 %. ^{[ 4 ]} Los compartimentos de la jaula son hexakaidecaédricos y albergan de dos a cuatro moléculas de hidrógeno. A temperaturas superiores a 160 K, las moléculas giran dentro de la jaula. Por debajo de 120 K, las moléculas dejan de girar rápidamente dentro de la jaula, y por debajo de 50 K quedan fijas en una posición determinada. Esto se determinó con deuterio en un experimento de dispersión de neutrones . ^{[ 4 ]}

Bajo presiones más altas, se puede formar un clatrato con una proporción 1:1. Cristaliza en una estructura cúbica, donde tanto el H₂ _como el H₂O _se disponen en una red de diamante. Es estable por encima de 2,3  GPa. ^{[ 6 ]}

Bajo presiones aún mayores (superiores a 38  GPa) se predice la existencia de un clatrato con una estructura cúbica y una proporción 1:2: 2H ₂ •H ₂ O. ^{[ 7 ]}

Pueden formarse clatratos más complejos con hidrógeno, agua y otras moléculas como el metano , ^{[ 8 ]} y el tetrahidrofurano . ^{[ 9 ]}

Dado que el hidrógeno y el hielo de agua son componentes comunes del universo, es muy probable que, bajo las circunstancias adecuadas, se formen clatratos de hidrógeno naturales . Esto podría ocurrir, por ejemplo, en lunas heladas. ^{[ 8 ]} Es probable que los clatratos de hidrógeno se formaran en las nebulosas de alta presión que dieron origen a los gigantes gaseosos , pero no en los cometas. ^{[ 10 ]}

• Vos, Willem L.; Larry W. Finger; Russel J. Hemley y Ho-kwang Mao (8 de noviembre de 1993). " Nuevos clatratos de H2-H2O a alta presión" (PDF) . Physical Review Letters . 71 (19): 3150–3153 . Bibcode : 1993PhRvL..71.3150V . doi : 10.1103/physrevlett.71.3150 . PMID 10054870 .