Científicos de los Estados Unidos, China y Rusia han descrito la estructura y propiedades de un nuevo hidrato de clatrato de hidrógeno que se forma a temperatura ambiente y una presión relativamente baja. Los hidratos de hidrógeno son una solución potencial para el almacenamiento y transporte de hidrógeno, el combustible más ecológico. La investigación fue publicada en la revista Cartas de revisión física .

El hielo es una sustancia muy compleja que tiene múltiples modificaciones polimórficas que siguen creciendo en número a medida que los científicos realizan nuevos descubrimientos. Las propiedades físicas del hielo varían mucho, también:por ejemplo, los enlaces de hidrógeno se vuelven simétricos a altas presiones, haciendo imposible distinguir una sola molécula de agua, mientras que las bajas presiones causan trastorno de protones, colocando moléculas de agua en muchas orientaciones espaciales posibles dentro de la estructura cristalina. Hielo a nuestro alrededor incluidos los copos de nieve, siempre está desordenado por protones. El hielo puede incorporar xenón, cloro, moléculas de dióxido de carbono o metano y forman hidratos de gas que a menudo tienen una estructura diferente a la del hielo puro. La mayor parte del gas natural de la Tierra existe en forma de hidratos de gas.

En su nuevo estudio, químicos de los Estados Unidos, China y Rusia se centraron en los hidratos de hidrógeno. Los hidratos de gas tienen un gran interés tanto para la investigación teórica como para las aplicaciones prácticas, como el almacenamiento de hidrógeno. Si se almacena en su forma natural, el hidrógeno representa un peligro de explosión, mientras que la densidad es demasiado baja incluso en hidrógeno comprimido. Es por eso que los científicos buscan soluciones de almacenamiento de hidrógeno rentables.

"Esta no es la primera vez que recurrimos a los hidratos de hidrógeno. En nuestra investigación anterior, predijimos un nuevo hidrato de hidrógeno con 2 moléculas de hidrógeno por molécula de agua. Desafortunadamente, este hidrato excepcional solo puede existir a presiones superiores a 380, 000 atmósferas, que es fácil de lograr en el laboratorio, pero apenas se puede utilizar en aplicaciones prácticas. Nuestro nuevo artículo describe hidratos que contienen menos hidrógeno pero que pueden existir a presiones mucho más bajas, ", Dice el profesor de Skoltech Artem R. Oganov.

La estructura cristalina de los hidratos de hidrógeno depende en gran medida de la presión. A bajas presiones, tiene grandes cavidades que, según Oganov, parecerse a linternas chinas, cada uno acomodando moléculas de hidrógeno. A medida que aumenta la presión, la estructura se vuelve más densa, con más moléculas de hidrógeno empaquetadas en la estructura cristalina, aunque sus grados de libertad se vuelven significativamente menores.

En su investigación publicada en el Cartas de revisión física , los científicos de la Carnegie Institution de Washington (EE. UU.) y el Instituto de Física del Estado Sólido en Hefei (China) dirigido por Alexander F. Goncharov, un profesor en estas dos instituciones, realizó experimentos para estudiar las propiedades de varios hidratos de hidrógeno y descubrió un hidrato inusual con 3 moléculas de agua por molécula de hidrógeno. El equipo dirigido por el profesor Oganov utilizó el algoritmo evolutivo USPEX desarrollado por Oganov y sus estudiantes para descifrar la estructura del compuesto responsable de su peculiar comportamiento. Los investigadores simularon las condiciones utilizadas en el experimento y encontraron una nueva estructura muy similar al conocido hidrato C1 ordenado por protones, pero que difiere de C1 en las orientaciones de las moléculas de agua. El equipo demostró que el desorden de protones debería ocurrir a temperatura ambiente, explicando así la difracción de rayos X y los datos del espectro Raman obtenidos en el experimento.