Cientistas dos Estados Unidos, A China e a Rússia descreveram a estrutura e as propriedades de um novo clatrato hidratado hidratado que se forma à temperatura ambiente e pressão relativamente baixa. Hidratos de hidrogênio são uma solução potencial para armazenamento e transporte de hidrogênio, o combustível mais ecológico. A pesquisa foi publicada na revista Cartas de revisão física .

O gelo é uma substância altamente complexa que possui várias modificações polimórficas que continuam crescendo à medida que os cientistas fazem novas descobertas. As propriedades físicas do gelo variam muito, também:por exemplo, ligações de hidrogênio tornam-se simétricas em altas pressões, tornando impossível distinguir uma única molécula de água, Considerando que baixas pressões causam distúrbio de prótons, colocar moléculas de água em muitas orientações espaciais possíveis dentro da estrutura cristalina. Gelo ao nosso redor, incluindo flocos de neve, está sempre com desordem de prótons. O gelo pode incorporar xenônio, cloro, moléculas de dióxido de carbono ou metano e formam hidratos de gás que geralmente têm uma estrutura diferente do gelo puro. A maior parte do gás natural da Terra existe na forma de hidratos de gás.

Em seu novo estudo, químicos dos Estados Unidos, China e Rússia focaram em hidratos de hidrogênio. Os hidratos gasosos têm grande interesse tanto para pesquisas teóricas quanto para aplicações práticas, como armazenamento de hidrogênio. Se armazenado em sua forma natural, hidrogênio representa um risco de explosão, ao passo que a densidade é muito baixa, mesmo no hidrogênio comprimido. É por isso que os cientistas estão procurando soluções econômicas de armazenamento de hidrogênio.

"Esta não é a primeira vez que recorremos aos hidratos de hidrogênio. Em nossa pesquisa anterior, previmos um novo hidrato de hidrogênio com 2 moléculas de hidrogênio por molécula de água. Infelizmente, este hidrato excepcional só pode existir em pressões acima de 380, 000 atmosferas, que é fácil de conseguir no laboratório, mas dificilmente pode ser usado em aplicações práticas. Nosso novo artigo descreve hidratos que contêm menos hidrogênio, mas podem existir em pressões muito mais baixas, "Diz o professor Artem R. Oganov da Skoltech.

A estrutura cristalina dos hidratos de hidrogênio depende fortemente da pressão. Em baixas pressões, tem grandes cavidades que, de acordo com Oganov, assemelham-se a lanternas chinesas, cada um acomodando moléculas de hidrogênio. Conforme a pressão aumenta, a estrutura se torna mais densa, com mais moléculas de hidrogênio empacotadas na estrutura do cristal, embora seus graus de liberdade sejam significativamente menores.

Em sua pesquisa publicada no Cartas de revisão física , os cientistas da Carnegie Institution of Washington (EUA) e do Instituto de Física do Estado Sólido em Hefei (China) liderados por Alexander F. Goncharov, um professor nessas duas instituições, realizou experimentos para estudar as propriedades de vários hidratos de hidrogênio e descobriu um hidrato incomum com 3 moléculas de água por molécula de hidrogênio. A equipe liderada pelo professor Oganov usou o algoritmo evolutivo da USPEX desenvolvido por Oganov e seus alunos para decifrar a estrutura do composto responsável por seu comportamento peculiar. Os pesquisadores simularam as condições usadas no experimento e descobriram uma nova estrutura muito semelhante ao conhecido hidrato de C1 ordenado por prótons, mas diferindo de C1 nas orientações das moléculas de água. A equipe mostrou que a desordem de prótons deve ocorrer em temperatura ambiente, explicando assim a difração de raios-X e os dados do espectro Raman obtidos no experimento.