Gázhidrátok

A gázhidrátok vagy klatrát-hidrátok a jéghez fizikailag hasonló, kristályos szerkezetű, vízalapú szilárd anyagok, amelyekben a kis, nem poláris molekulák (jellemzően a gázok: O₂, H₂, N₂, CO₂, CH₄, H₂S, Ar, Kr és Xe) vagy a nagy hidrofób poláris molekulák a hidrogénkötésű, fagyasztott vízmolekulákban megfelelő nyomáson és hőmérsékleten zárványként fordulnak elő. Más szavakkal, a klatrát-hidrátok klatrátvegyületek, amelyekben a gazdamolekula víz, és a vendégmolekula jellemzően gáz vagy folyadék. A klatrát-hidrátok hivatalosan nem kémiai vegyületek, mivel a fogva tartott molekulák soha nem kapcsolódnak a rácshoz. A klatrát-hidrátok képződése és bomlása elsőrendű fázisátalakulás, nem kémiai reakció. A molekuláris szinten kialakulásuk és bomlási mechanizmusuk még nem minden részletében ismert. A klatrát-hidrátokat 1810-ben Humphry Davy dokumentálta.^[1]^[2]

Klatrátok (jég-, vagy gáz-hidrátok, kalitka-vegyületek) szerkesztés

A klatrátokat a tudósok először a 18. évszázadban fedezték fel. A vízben csak igen kevéssé oldódó, nempoláris molekulájú gázok is kölcsönhatásba lépnek a vízzel, módosítják szerkezetét és megfelelő körülmények között szilárd kristályként - un. gáz-hidrátként - kiválnak. A gáz-hidrátok stabilis állapotukban mindig klatrát vegyületek, amelyekben a víz molekulái relatíve nagy üregeket tartalmazó un. "gazda" (host) rács-szerkezetet képeznek és ezeket az üregeket foglalják el a többi komponens - egyedi gázok, vagy gázkeverékek - "vendég" (guest) molekulái. Az üregeket kitöltő gázkomponensek nem kötődnek közvetlenül a vázszerkezet vízmolekuláihoz, helyüket azonban geometriai okok miatt nem tudják elhagyni.

Képződés szerkesztés

A klatrát képződésének elsőrendű kritériuma, hogy biztosított legyen a vízmolekulák rácsképzésre való törekvése, illetve a vendég molekulák mérete és alakja alkalmas legyen a vízmolekula rácsának üregeibe való beépülésére. A szerkezet létrejöttéhez még az is szükséges, hogy a vendég és a vízmolekula között ne lépjen fel kémiai reakció. A gyakorlatban leginkább előforduló gáz-hidrátok a szénhidrogének, hidrofób gázok, klór, stb. beépülésével jönnek létre.

Az ipari gáz- és a földgáz-termelésben a hidrát-képződés elsősorban a téli időszakban okoz problémát. Az ipari rendszerekben mindig előforduló víz és az alacsony hőmérséklet, valamint a rendszerek nyomása együttesen megteremti a gázhidrát képződés feltételeit. A csővezeték és gáztartályok leghidegebb pontjain (tipikusan a fúvókák környezetében, a zsompok leürítőinél) fokozott hidrát-kiválás jelentkezik. Az összeállt hidrát-szemcsék dugót képezve részben, vagy teljesen elzárják az érintett csővezetéki szakaszt. A kialakult hidrát-dugó stabilis, önmagától nem szűnik meg, eltávolítása során a hirtelen kilökődéssel balesetveszélyes gázkiáramlás léphet fel.

Előfordulás szerkesztés

A Mir mélyvízi merülőcsónakok nagy gázhidrát-mezőket fedeztek a Bajkál-tó mélyén. A jövőben a gázhidrátokból földgázt kívánnak kinyerni. A gáz-hidrátot joggal tartják a jövő fűtőanyagának. A „meleg jégnek" is nevezett gáz-hidrát egy köbméteréből mintegy 200 köbméter metánt lehet nyerni. A szakemberek számítása szerint a Fekete-tenger mélyén megkötött állapotban csaknem 25 trillió köbméter gáz található. Kanadában és az Alaszkán a szárazföldi kiaknázásáról van szó, a tengeren pedig a Mexikói-öböl, a Bengáli-öböl és Japán keleti partvidéke jöhet számításba. Kína és Dél-Korea partvidéke térségében is felfedezték a gázhidrátok jelenlétének jeleit.

Klíma szerkesztés

A kutatók érdeklődésének további aspektusa, hogy a gáz-hidrátok a klímaváltozásban is szerepet játszanak. Van egy hipotézis, hogy létezik úgynevezett „metánhidrát puska": az óceán növekvő hőfoka miatt beindulhat a metán spontán kiválása a gáz-hidrát rétegből. A metán erős üvegház-hatású gáz, ez a hőfok további emelkedését vonná magával. Vizsgálták a Bermuda-háromszög baleseteiben játszott szerepét is.

Jegyzetek szerkesztés

↑ Gao S (2005). „NMR MRI Study of Gas Hydrate Mechanisms”. The Journal of Physical Chemistry B 109 (41), 19090–19093. o, Kiadó: American Chemical Society. DOI:10.1021/jp052071w. PMID 16853461. (Hozzáférés: 2009. augusztus 3.)
↑ Gao S (2005). „NMR and Viscosity Investigation of Clathrate Formation and Dissociation”. Ind. Eng. Chem. Res. 44 (19), 7373–7379. o, Kiadó: Americal Chemical Society. DOI:10.1021/ie050464b. (Hozzáférés: 2009. augusztus 3.)

Források szerkesztés

Gázhidrátok – Dr. Füves V. - AFKI
http://hungarian.ruvr.ru/2010/07/16/12538905/^{[halott link]}
Römpp - Vegyészeti lexikon

[1] Gao S (2005). „NMR MRI Study of Gas Hydrate Mechanisms”. The Journal of Physical Chemistry B 109 (41), 19090–19093. o, Kiadó: American Chemical Society. DOI:10.1021/jp052071w. PMID 16853461. (Hozzáférés: 2009. augusztus 3.)

[2] Gao S (2005). „NMR and Viscosity Investigation of Clathrate Formation and Dissociation”. Ind. Eng. Chem. Res. 44 (19), 7373–7379. o, Kiadó: Americal Chemical Society. DOI:10.1021/ie050464b. (Hozzáférés: 2009. augusztus 3.)

[1]

[2]