笼形水合物

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笼形水合物(英語:Clathrate hydrate)又称气体水合物(英語:Gas hydrates),是一类水性固态晶体,其物理性质类似于,其中体积较小的气体疏水分子被水分子组成的笼形结构包围,通过氢键连接。换言之,笼形水合物属于笼形化合物英语clathrate compounds,其中主体分子为水分子,客体分子一般为气体。若没有客体分子的支撑作用,这类化合物的晶体结构便会坍塌为冰或水的结构。绝大多数相对分子质量较低的气体都能形成笼形水合物,比如O2H2N2CO2, CH4H2SArKrXe等。一些高级烃类以及氟利昂也能形成笼形水合物。

结构[编辑]

不同气体水合物的结构

气体水合物通常有两种立方晶体结构,分别称为I类(sI)和II类(sII)[1],,它们的空间群分别为。人们也观测到过一种空间群为的结构(H类),但较为少见。[2]

I类水合物的每个晶胞含有46个水分子,它们形成了大笼与小笼两种笼型结构,其中大笼有六个,小笼有两个。小笼的形状为五角十二面体(512)(并非正十二面体),大笼的形状则为十四面体,具体而言为一截角六方偏方面体英语hexagonal truncated trapezohedron (51262)。这两种笼合在一起形成了一种韋爾—費倫結構。典型的I类水合物有二氧化碳水合物甲烷水合物等。

II类水合物的每个晶胞含有136个水分子,同样形成大笼与小笼两种结构,分别有八个与十六个。小笼的形状也为五角十二面体(512),而大笼的形状为十六面体(51264)。II类水合物有氧气水合物氮气水合物等。

H类水合物的每个晶胞含有34个水分子,形成三种笼结构:两种不同的小笼结构与一种“巨大”的笼结构。其中包括三个形状为512的小笼,两个形状为435663的小笼,一个形状为51268的大笼。形成H类水合物的必要条件是有一大一小两种稳定客体分子。H类水合物中大空腔可容纳较大的客体分子(如丁烷烃类),较小的客体分子则填入剩余的空隙中,起到辅助的作用。已经表明墨西哥湾存有H类水合物。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ von Stackelberg, M. & Müller, H. M. (1954) Zeitschrift für Elektrochemie 58, 1, 16, 83
  2. ^ Sloan E. D., Jr. (1998) Clathrate hydrates of natural gases. Second edition, Marcel Dekker Inc.:New York.

拓展阅读[编辑]

  • Shuqiang Gao, Waylon House, and Walter Chapman, “NMR/MRI Study of Clathrate Hydrate Mechanisms”, J. Phys. Chem. B, 109(41), 19090–19093, 2005.
  • N Sultan, P Cochonat, JP Foucher, J Mienert, Effect of gas hydrates melting on seafloor slope instability – ►ifremer.fr [PDF], – Marine Geology, 2004 – Elsevier http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0025322704002798

外部链接[编辑]