Особенности Структурной Стабилизации D- И T-Полостей Si-Гидрата Молекулами Газов

Abstract

В данной работе в рамках метода функционала плотности исследуются механизмы структурной стабилизации гидратов sI молекулами газов CH4, H2S, H2, N2, Ar, Kr, Xe, CO2, C2H6, C3H6. Показано, что включение молекул газа в D- и T- полости гидрата приводит к деформации полостей и изменению их радиусов (до –0.23 %). Рассчитаны энергии связи газов в D- и T- полостях. Установлено, что молекулы с диаметром d < 5 Å лучше стабилизуют D-полости, в то время как молекулы с диаметром d > 5 Å лучше стабилизируют T-полости. По характеру зависимости величины энергии связи от массы молекулы выделяются две группы газов: молекулярные, для которых dEb/dM ∈ [−0.008; −0.006] эВ·моль/г и атомарные, для которых dEb/dM ∈ [−0.002; −0.0015] эВ·моль/г. Показано, что ориентации протяженных молекул CO2, C2H6 и C3H6 вдоль длинной оси T-полости является наиболее энергетически выгодной. Рассчитаны плотности электронных состояний N(E) для незаполненного гидрата sI и гидратов sI с содержанием CH4 и CO2. Обнаружено, наличие гостевой молекулы приводит к снижению энергии электронной подсистемы и повышению стабильности гидрата.