klatrat

Yunanca κλαθρον'dan ( klathron ) gelen ve "kapatma" anlamına gelen bir klatrat , "içerilmiş molekül" olarak adlandırılan başka bir molekülü yakalayan "konakçı moleküller" adı verilen bir molekül veya molekül ağından oluşan bir inklüzyon bileşiğidir .

Metan hidrat , en iyi bilinen klatrat herkese açık "tutuştuğunda o buz". Ev sahibi yapı, metan moleküllerini yakalayan nanokafesler oluşturan su moleküllerinin kristal bir kafesidir. Bir metan kaynağı, güçlü bir sera gazı ve diğer şaşırtıcı özellikleriyle bilinir . Deepwater Horizon
felaketi sırasında, kuyu başının üzerine yerleştirilen malzemede klatrat oluşumu, çalışmasını engelledi.

etimoloji

"Klatrat" ​​kelimesi, Yunanca "klethra" veya "clèthre" anlamına gelen kızılağaç kelimesinden türemiştir ve kendisi "kapatıyorum" veya "sınırlıyorum" anlamına gelen "kleio"dan gelmektedir. Bu tekil kökenini açıklama metaforfizmaya mitinin Virgil'ın sürümde göründüğü Heliads içinde Eneid . Gerçekten de Helios'un çocukları olan Phaeton'un kızkardeşleri Heliades, erkek kardeşlerini Oracle adasında ölümüne hapseden kızılağaç dallarına (bazen kavaklara rastlıyoruz) dönüştürüldü.

Kelime bilgisi

"Klatrat kompleksi" ( İngilizce için klatrat kompleksi ) kavramı, hidrokinonun inklüzyon kompleksini belirtmek için kullanıldı , ancak son zamanlarda , bir konakçı molekülden ve "içerilmiş bir molekülden (konakçıda tutulan) oluşan düşük kompozitler olan diğer birçok malzemeye genişletildi. moleküller arası etkileşimler kümesi ile molekül).

tipoloji

Geometrilerine, boyutlarına ve temel bir hücrede bulunan kafeslerin sayısına bağlı olarak , gaz klatratlarının üç ana kristal yapısı vardır:

Bu farklı yapıları oluşturmak için beş temel çokyüzlü desen bir araya gelir:

Gaz hidratların özellikleri

Termodinamik kararlılıkları, hidrat-sıvı-buhar denge eğrisi ile basınç ve sıcaklıkta sınırlıdır. Belli bir sıcaklığın ve/veya yüksek basıncın ötesinde su “kafesi” gaz molekülünü serbest bırakır (faz değişimi).
Bu kararsızlık, termodinamik inhibitörler olarak bilinen bileşiklerin ( elektrolitler veya bileşikler ( örn: alkoller ), “kafesin” tutarlılığına müdahale eden hidrojen bağları oluşturan) sulu fazında varlığında artar .
Tersine, "doğal gaz hidratları, metan ve etan gibi küçük moleküllerin küçük boşlukları, propan gibi daha büyük moleküllerin ise büyük boşlukları işgal ettiği Yapı II klatratlarıdır. En -20  ° C termodinamik açıdan kararlı olmayan doğal gaz hidrat ile stabilize olmasına rağmen, atmosfer basıncında ve hala tam olarak kinetik mekanizması anlaşılmış. Daha sonra içerdiği gazın sadece küçük bir kısmını kaybederek birkaç gün saklanabilir” .

Klatrat kompleksleri, özellikle konakçı moleküllere yakalanan molekülleri ( az ya da çok güçlü kimyasal bağlar yoluyla ) bağlayan moleküler etkileşimlerin tipine göre değişen özelliklerle çeşitlidir . Her su kafesi genellikle yalnızca bir gaz molekülü içerir, ancak bazı küçük moleküller ( dihidrojen , argon veya dinitrojen ), çok yüksek basınçta, büyük boşluğun 2 ila 4 gaz molekülü grupları tarafından işgal edildiği bir sII yapısı oluşturabilir .

Klatratlar farklı kimyasal türler olarak izole edilebilir ve yapısal ve konumsal izomerlere ( enantiyomerler ve diastereomerler ) sahip olabilir.

Mevcut veya önerilen kullanımlar

Klatratlar keşfedilir keşfedilmez şaşkınlık yarattı ve yeni enerji ve diğer kullanımlar için umutlar uyandırdı, bugüne kadar büyük ölçüde hayal kırıklığına uğradı, ancak araştırma konusu olmaya devam ediyor.

Deniz hidratlarının kullanımı

Deniz suyu , soğuk doğal klatratlar (oluşturur metan hidrat birçok teknik ve çevresel sorunlar teşkil etmektedir) bir kullanımı gibi. Öngörülen çözümlerin hemen hemen hepsinin sera etkisi üzerinde olumsuz bir etkisi olacaktır  : hidratı yerinde dengesizleştirmek ve gazını salmasını sağlamak için ısı sağlayarak termal uyarım ; veya gaz gidermeye neden olmak için basınçsızlaştırma veya klatratları parçalamak için hidrat oluşumunun antifriz inhibitörleri ile karıştırma; Kontrollü otomatik yanmaya yönelik yanıcı bir karışımın kullanılması bile düşünülmüştür .

CO ikame olarak oluşan Ohgaki tarafından önerilen tek çözüm, 2 gaz hidratları metan, sekestrasyon en azından kısmen, sera etkisi açısından kompanse izin verir. Bir tez CO uygulanmak üzere stabilize gaz hidratların ayrışma koşullarının ölçümü ve modelleme üzerinde duruldu 2 yakalama .

Deniz suyu ile depolama ve doğal gaz veya hidrojenin taşınması incelenmiştir.

Çünkü dihidrojen mağazasına zordur percolates yoluyla normal derece çeliklerin ve en yaygın malzemeler. Yine de, hidrojen depolama için aşılması gereken bir engel olarak, oluşumu için gerekli olan yüksek basınç hidrat ( 200  MPa ile -0.15  ° C ); Bununla birlikte, bir çift hidrat (yaklaşık daha düşük bir sıcaklıkta ve basınçta üretilebilir 5  MPa az 6.85  ° C (ya da bir de ikinci molekül varlığında) : örneğin , tetrahidrofuran ya da tetra- n- butilamonyum tuzu ).

Öykü

Klatrat bileşiklerinin tarihi nispeten yenidir. Hidrat klatratlar 1810'da Humphry Davy tarafından keşfedildi . daha sonra 1930'da P. Pfeiffer (1927) tarafından incelenen E. Hertel, moleküler bileşikleri , çözelti veya gaz halinde kütle hareketi yasasına göre ayrı ayrı bileşenlere ayrışabilen maddeler olarak tanımladı .
Olarak 1945 HM Powell bu bileşiklerin kristal yapısı analiz ve bunları adı klatratlar . Parafinin ayrılması için bir üre
klatratı ve bir tiyoüre klatratı kullanıldı . Daha sonra siklodekstrinler , taç eterler ve kriptanlar konak moleküller olarak keşfedildi (şekle bakınız). İyi çalışılmış bir konak molekül, Dianin (in) 'den oluşur .

 

Notlar ve referanslar

  1. Kimya ve malzeme sözlüğü, Resmi Gazete, FranceTerme, 2018'de yayınlanan terimler, ifadeler ve tanımlar
  2. (in) "  klatrat  " Kimyasal Terminoloji Özeti [ "  Altın Kitap  "], IUPAC 1997, online (2006-) versiyonunu düzeltilmiş 2 inci  ed.
  3. John Timmer Frozen metan, körfezdeki petrol sızıntısından iklim değişikliğine , Ars Technica danıştı 2010-05-16, Mayıs 2010
  4. "  Clèthre - Vikisözlük  " , fr.wiktionary.org'da ( 11 Temmuz 2017'de erişildi )
  5. A. San Miguel ve P. Toulemonde , “  IV. grup klatratların yüksek basınç özellikleri  ”, Yüksek Basınç Araştırması , cilt.  26, n o  1,1 st Mart 2006, s.  51–51 ( ISSN  0895-7959 , DOI  10.1080 / 08957950600646154 , çevrimiçi okuma , erişim tarihi 11 Temmuz 2017 )
  6. McMullan, R. ve Jeffrey, GA (1959) Tetra n-butil ve tetra i-amil kuaterner amonyum tuzlarının hidratları , Journal of Chemical Physics , 31 (5), 1231-1234.
  7. Ripmeester, JA ve Ratcliffe, CI (1990) 129Xe Klatrat hidratların NMR çalışmaları: yapı II ve yapı H için yeni konuklar , Journal of Physical Chemistry , 94 (25), 8773-8776
  8. Nadia Mayoufi, CO içeren hidrat bulamacın Karakterizasyonu 2 soğutma sistemlerine uygulanabilir , doktora tezi, Ecole Polytechnique'de, 8 Aralık 2010
  9. Bkz. s.  Nadia Mayoufi bölgesi 64/172 CO içeren hidrat bulamacın Karakterizasyonu 2 soğutma sistemlerine uygulanabilir , doktora tezi, Politeknik, 8 Aralık 2010
  10. Mao et al. , 2002; Tanaka et al. , 2004
  11. B. Beauchamp, Doğal gaz hidratları: efsaneler, gerçekler ve sorunlar , CR Geoscience 2004, 336, 751.
  12. ED Sloan ve F. Fleyfel, Hidrat ayrışma entalpisi ve konuk boyutu , Akışkan Faz Dengesi. , 1992, 76, 123.
  13. MC Martinez, D. Dalmazzone, W. Fürst, A. Delahaye ve L. Fournaison, THF + CO 2 hidratların termodinamik özellikleri, soğutma uygulamaları ile ilgili , AiChE J. , 2008, 54, 1088.
  14. S. Marinhas, A. Delahaye, D. Dalmazzone, L. Fournaison, W. Fürst ve J.-P. Petitet, İkincil soğutmaya uygulanan bir gaz hidrat bulamacının dinamik çalışması , Congrès Français de Thermique SFT 2005
  15. John R. Mercer, M. John M. Duke, Stephen A. McQuarrie, 41Ar'ın argon klatrattan pratik reaktör üretimi , Uygulamalı Radyasyon ve İzotoplar , cilt.  52, bölüm 6, Haziran 2000, s.  1413-1417
  16. YD Kim, HJ Lee, YS Kim ve JD Lee, CO 2 hidrat teknolojisi kullanılarak tuzdan arındırma çalışması , 6. Uluslararası Gaz Hidratları Konferansı (ICGH) 2008 Bildirileri
  17. Daha önce alıntı yapılan N. Mayoufi'nin tezine bakınız , s.  74 / 172
  18. Ohgaki, K., Takano, K., Sangawa, K., Matsubara, H. ve Nakano, S. (1996) Gaz hidratlarından karbondioksit ile metan yararlanılabilmesi - CO faz dengesi 2 -CH 4 Karışık hidrat Sistemi , Chem . Müh. Japonya , 29 (3), 478-483
  19. Bölüm I-4.3'e bakın . Eşzamanlı metan çıkarma ve CO 2 depolama süreci , s.  61 (ya da , s.  67 [PDF] versiyonu ) arasında Nadia Mayoufi en tezi , CO içeren hidrat bulamacın karakterizasyonu 2 soğutma sistemlerine uygulanabilir , Doktora tezi, Politeknik, 8 Aralık 2010
  20. Wassila Bouchafaa, École Polytechnique doktora tezi, CO 2 yakalama uygulaması için stabilize gaz hidratlarının ayrışma koşullarının ölçülmesi ve modellenmesi , 22 Kasım 2011
  21. WL Mao, H.-k. Mao, AF Goncharov, VV Struzhkin, Q. Guo, J. Hu, J. Shu, RJ Hemley, M. Somayazulu ve Y. Zhao, Hydrogen Clusters in Clathrate Hydrate , Science , 2002, 297 (5590), 2247.
  22. TA Strobel, KC Hester, CA Koh, AK Sum ve ED Sloan, Hidrojen klatratlarının özellikleri ve hidrojen depolama için uygulanabilirliklerindeki gelişmeler , Chem. Fizik Lett. , 2009, 478, 97.
  23. TA Strobel, CJ Taylor, C. Keith, SF Dec, CA Koh, KC Hester, ED Sloan ve KT Miller, Binary THF-H 2 Clathrate Hydrates'te Molecular Hydrogen Storage , J. Phys. Kimya B , 2006, 110 (34), 17121-17125.
  24. Skiba, SS, Terekhova, IS, Larionov, EG ve Manakov, AY (2008) Tetraalkilamonyum formunda iyon değişim reçinelerinin klatrat hidratlarının çerçevelerine gaz moleküllerinin dahil edilmesi , Mendeleev Communications 18 (3), 126-127
  25. Bkz. s.  60 (ya da , s.  67 [PDF] versiyonu ) Nadia Mayoufi tezi, ve CO ihtiva eden hidrat bulamacın karakterizasyonu 2 soğutma sistemlerine uygulanan 8 Aralık 2010, doktora tezi, Politeknik,
  26. Ellen Thomas, Clathrates: Global karbon döngüsünün Az Bilinen bileşenleri , Kasım 2004'te, Wesleyan Üniversitesi, erişim tarihi 13 Aralık 2007

Şuna da bakın:

bibliyografya

İlgili Makaleler

Dış bağlantılar