[スポンサーリンク]

一般的な話題

メタンハイドレートの化学 ~その2~

[スポンサーリンク]

 

:ようようご隠居、昨日水とエーテルで分液振ったらよ、全然分離しなくてよ。あんまり分離しねえもんだからそのまま放っといて帰っちまったよ。
ご隠居:熊さん、そいつはいけないね。エーテルみたいな引火物を放っておくなんて。
:そこが頭の柔らかさってもんよ。次の日来てみたら有機相が表面にきれいに分離するんだな。しかもエーテルが全部飛んじまったからエバポもいらねえときた。パスツールで上の方をちょいと吸ったら、ほらきれいな生成物のできあがりって寸法よ。
ご隠居:ちゃんと抽出してエバポしないと収量がへっちまわないかい?
:へいへい。ご隠居は相変わらず細かいねぇ。そんなんだからツラまでご隠居しちまうんだ。でも水と油たぁよく言ったもんだ。どんなにブンブン分液振ってもいつかは分かれちまうんだからよ。水と油ってのはさしずめおいらとハチ公みたいなもんだ。ご隠居の前では我慢してるが、どうもやつだけは受け付けねえ。
ご隠居:水ってやつは強く水素結合を作るから、イオン性のものや極性の強いものには水素原子やら酸素原子やらが寄ってきて良く溶かすけど、そうでない奴らは水素結合の邪魔になるってんで避けちまうんだね。界面活性剤入れると分離しないこともあるからね。マヨネーズなんかもそうやって出来てるな。さしずめ私が界面活性剤と言うところだね。
:こないだもハチ公がよ、「今時蒸留なんて古くさいことしてやがる。溶媒精製装置も買えねえ貧乏人じゃあるめえし」なんておいらの蒸留をバカにしやがった。蒸留、蒸留って簡単に言うが、おいらの蒸留は職人芸よ。グラブスだかコロンブスだかしらねえが、おいらの蒸留にかなうかってんだ。だからよ、ここで引いちゃ男がすたる、火事と喧嘩は江戸の華ってんで腕まくりあげて、拳あげちまったよ。
ご隠居:全く懲りないねえ。・・・その割りには怪我してないみたいだけど、そんなに熊は喧嘩が強かったかねえ。
:いやよ、ここぞ、ってところでかみさんが出てきやがって、「喧嘩する暇があったら2人でそこのナトリウム潰すんだね。終わるまで飯食わせないからね」だってよ。結局ハチとおいらでナトリウムとエキチとエタノールを交互に入れて「ああ、危ない、もう少しゆっくり頼むよ」なんてやってんだから世話ないね。
ご隠居:水と油も力ずくでやればくっつくってことか、はやりのメタンハイドレートじゃないか。

 


前回、氷というのは水素結合によりスカスカの構造を取ると言うことをお話ししました。

すき間だらけ、とは言っても水分子も小さいので、このすき間は1.5~2.8 Å程度しかありません。
但し同じ四面体を色々つないでいけば、もう少し大きなすき間を作ることが出来ます。
また水分子の水素結合は全て使われているので、水とは言ってもそこまで親水的なすき間ではないのが面白いところです。

そのため「広めのすき間を作り、そのすき間にガス分子を吸着する」ということが可能になります。取り込む分子の大きさに従って、氷の水素結合のネットワークも様々になります。
初めてガスハイドレートを見つけたのは19世紀の初め、あのデイビー卿のようですが、1930年代には研究がなされております。
メタン、エタン、等のガスが取り込まれたものもありますし、エチレンオキシド、四塩化炭素、ジメチルペンタンなんかを取り込んだ構造も報告されています。
このすき間にメタンを取り込んだもの、それがメタンハイドレートです。

メタンハイドレートは、このようなすき間だらけの水の結合体の中にメタンを取り込んだものです。
相図を見ると、そんなに過酷な条件は必要なく、ー20 ℃で15気圧程度、10 ℃でも50気圧程度あれば安定なようです。
つまり水が凍らない温度でも、メタンと圧力があればメタンハイドレートとして凍ってしまうのです。
むしろロシアでは、ガスのパイプラインを通るメタンと水がメタンハイドレートを作ってしまい、パイプを詰めてしまって問題になっているようです。

このように簡単に出来るために、海の底などの高圧力、そこそこ低温の条件ではメタンハイドレートが貯まってしまった、と考えられます。
しかもその埋蔵量は石油を遙かに上回ると言われており、メタンなどの炭素数の少ない天然ガスは、CO2排出量が少ないため、未来のエネルギー源として極めて興味深いのです。

構造の話
メタンと水、という小さくて単純な分子を押して固めただけで出来るメタンハイドレートですが、水素結合のすき間とメタンが合うようにやりくりするので、その構造はなかなかに複雑で、しかもなかなかにきれいです。

ja049247csi20040211_052221-e Image.jpg
全体としては対称性の高い立方晶ですが、繰り返し構造は約12 Åになります。

ちなみにプロパンを取り込んだプロパンハイドレートでは、SIIと呼ばれるさらに複雑な構造となり、一辺が17 Åの単位胞の中に水が136個も入ります。

メタンハイドレートでも単位胞に水分子が46個入っています。
単位胞中に正12面体のカゴが体心立方格子のように詰まっており、

そのすき間を八つの14面体のカゴが取り囲んでいます。
12面体のカゴの中のすき間は4.4 Åと、メタンの4.3 Åにピッタリのサイズになっております。

有機物でもC20H20という正十二面体がありますが、合成するのには大変な苦労が必要です(ここも有機化学美術館を参照下さい)。
ところが、水とメタンを混ぜて押しつぶすと、この正12面体のカゴが出来てしまうのです。

ja049247csi20040211_052221-c Image.jpg

天然の「メタンハイドレート」は、メタンだけでなく、多様なガスの混合物です。しかし、他のガスと混合して結晶化した場合もメタンは12面体カゴに取り込まれており、この組み合わせが極めて安定であることを示唆しています。

一方、14面体カゴは4.9 × 6.0 Åほどのすき間が有り、メタンが中心付近で少し動ける余裕があることがわかります。

ja049247csi20040211_052221-a Image.jpg

常温・常圧でガスのメタンを、全く混ざらない水と混ぜて圧縮すると、
あら不思議!美しい構造を作って凍ってしまう。
そのため海底深くにこのような物質が、大量に埋まっている。

というお話しでした。

では埋まっているメタンハイドレートをどうやって取り出すか?
エネルギーの損得は?
採算は?

関連書籍

関連記事

  1. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」⑦
  2. ケムステイブニングミキサー2018へ参加しよう!
  3. リンダウ会議に行ってきた②
  4. 海外学会出張でeSIMを使ってみました
  5. 有機合成化学協会誌2019年7月号:ジアステレオ選択的Joull…
  6. ケムステVシンポ「最先端有機化学」開催報告(前編)
  7. 円偏光発光を切り替える色素ー暗号通信への応用に期待ー
  8. 化学者がコンピューター計算を行うべきか?

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 令和4年度(2022年度)リンダウ・ノーベル賞受賞者会議派遣事業募集開始のお知らせ
  2. 第32回 液晶材料の新たな側面を開拓する― Duncan Bruce教授
  3. 新薬と併用、高い効果
  4. 風力で作る燃料電池
  5. 「サリドマイド」投与医師の3割が指針”違反”
  6. コランヌレン : Corannulene
  7. 官能基「プロパルギル基」導入の道
  8. 第32回「生きている動物内で生理活性分子を合成して治療する」田中克典 准主任研究員
  9. プロドラッグって
  10. 有機合成化学者が不要になる日

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2013年3月
« 2月   4月 »
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

注目情報

最新記事

PEG化合物を簡単に精製したい?それなら塩化マグネシウム!

ケミカルバイオロジー・生体関連化学用途の分子構造において、とにかくよく見かけるポリエチレングリコール…

バリー・ハリウェル Barry Halliwell

バリー・ハリウェル (Barry Halliwell、1949年10月18日-)は、イギリスの生化学…

湾曲したパラフェニレンで繋がれたジラジカルの挙動  〜湾曲効果による電子スピン状態の変化と特異性〜

第342回のスポットライトリサーチは、広島大学大学院 先進理工系科学研究科・宮澤友樹 さんにお願いし…

第165回―「光電変換へ応用可能な金属錯体の開発」Ed Constable教授

第165回の海外化学者インタビューは、エドウィン(エド)・コンステイブル教授です。バーゼル大学化学科…

MEDCHEM NEWSと提携しました

「くすり」に関係する研究者や技術者が約1万7専任が所属する日本薬学会。そ…

抗体を液滴に濃縮し細胞内へ高速輸送:液-液相分離を活用した抗体の新規細胞内輸送法の開発

第341回のスポットライトリサーチは、京都大学 薬学研究科(二木研究室)博士後期課程1年の岩田恭宗さ…

革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体験記

夏休みも去って新学期も始まり、研究者としては科研費申請に忙しい時期ですね。学会シーズン到来の足音も聞…

実験手袋をいろいろ試してみたーつかいすてから高級手袋までー

前回は番外編でしたが、試してみたシリーズ本編に戻ります。引き続き実験関係の消耗品…

第164回―「光・熱エネルギーを変換するスマート材料の開発」Panče Naumov教授

第164回の海外化学者インタビューは、パンチェ・ナウモフ教授です。大阪大学大学院工学研究科 生命先端…

SNS予想で盛り上がれ!2021年ノーベル化学賞は誰の手に?

今年もノーベル賞シーズンの到来です!化学賞は日本時間 10月6日(水) 18時45分に発表です。昨年…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP