什么是包合物(Clathrate)？

包合物是一種水合物或水化合物，其中另一種物質的分子被困在由水分子組成的籠狀結構中。被困分子通常是常壓和常溫下的氣體。包合物是冰狀固體，通常在高壓和低溫下形成。是最好的已知和研究最多的是一種天然存在于世界許...

包合物是一種水合物或水化合物，其中另一種物質的分子被困在由水分子組成的籠狀結構中。被困分子通常是常壓和常溫下的氣體。包合物是冰狀固體，通常在高壓和低溫下形成。是最好的已知和研究最多的是一種天然存在于世界許多地區海底大型沉積物中的甲烷水合物。這可能是一種潛在的能源，但也有人擔心，可能是全球變暖導致了大量籠狀甲烷的突然釋放，可能是災難性的。

大多數包合物的基本單元是由20個水分子組成的十二面體。大多數包合物的基本單元是由20個水分子組成的十二面體，這些水分子排列成12個五邊形面，它有一個中空的中心，可以被"客體分子"占據。這種結構基本上是由水分子之間的氫鍵連接在一起的，但被客體分子所穩定。由于十二面體不能填充在一起以填充所有可用的空間，所以也會出現其他多面體形狀，從而形成晶格由于籠形的變化，以及并非所有的籠都被占據，籠狀物不能給出精確的化學式。籠狀物的客體分子可以是碳氫化合物氣體，如甲烷或乙烷、氧，氮和二氧化碳。甲烷水合物是最受關注的包合物。這種化合物大量存在于所有大陸邊緣的不同位置以及西伯利亞和阿拉斯加的永久凍土區。據估計，這些礦床構成了地球上的碳氫化合物，遠遠超過已知的煤炭、石油和天然氣儲量它們被認為是由微生物活動產生的甲烷在海底表面以下的沉積物或溫度足夠低的陸地上的厭氧條件下產生的。即使在熱帶地區，海底溫度也很低，足以形成包合物，在那里壓力允許它們在幾度下凝固溫度高于冰點。鑒于這些礦床中儲存了大量的甲烷，它們被認為是天然氣的潛在來源。然而，在開采過程中可能會遇到嚴重的技術困難，使其變得不經濟。蘇聯曾多次嘗試開采天然氣，但均未成功人們還擔心，釋放被困氣體的方法可能會破壞沉積物的穩定性，從而可能導致沉降和滑坡。盡管包層沉積物可能代表著巨大的未開發能源，它們也可能造成嚴重危害。它們在它們發生的溫度和壓力條件之外并不穩定，人們擔心全球變暖可能使它們不穩定。這造成了雙重威脅：第一，與大陸邊緣沉積物混合的籠狀冰融化可能導致大規模滑坡和隨后的海嘯。從相對最近的地質歷史來看，這可能發生在挪威沿海。其次，甲烷是一種強大的"溫室效應"氣體，它在大氣中的蓄熱程度甚至超過二氧化碳。這種氣體的大量突然釋放可能會加速全球變暖，進而導致進一步的不穩定。同樣，有地質證據表明，這種情況可能在過去的自然環境中發生過從2011年開始，人們特別關注永久凍土中的甲烷水合物。

發表于 2020-09-06 21:51
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分類：科學教育

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