Klatrat

"Sagorevanje leda“. Klatrat hidrat metana na prvi pogled izgleda kao led. Metan oslobođen zagrevanjem, gori dok voda kaplje dole. Umetak: struktura klatrata: molekuli vode (crvene loptice - kiseonik, bele loptice - vodonik, narandžaste linije - vodonične veze) obrazuju kristalnu rešetku sa sistemom kaveza u kojima su zarobljeni neki drugi molekuli, u ovom slučaju metan (siva loptica - ugljenik, zelene loptice - vodonik).
Source: USGS

Klatrati su čvrste supstance koje se obično sastoje od dve komponente (hemijska elementa ili jedinjenja) od kojih jedna gradi mrežu kaveza u kojima su zarobljeni molekuli drugog. Pošto je mreža pravilna, odnos komponenata može biti precizno definisan, dakle, stehiometrijski gledano, klatrati bi se mogli smatrati hemijskim jedinjenjima. S druge strane, među komponentama se interakcija ostvaruje pomoću međumolekulskih sila, znatno slabijih od hemijske veze. Osobine klatrata zavise kako od hemijskog sastava tako i od fizičkih uslova pod kojima se obrazuju tako pa se za njihovo ispitivanje koriste brojne metode fizičke hemije.

Klatrati u kojima mrežu kaveza sačinjavaju molekuli vode (H₂О) nazivaju se klatratni hidrati a ako su u mrežu zahvaćeni molekuli nekog gasa onda gasni hidrati. Poznati su gasni hidrati vodonika, argona, metana, ugljovodonika… Recimo, idealni sastav hidrata metana je CH₄·5,75H₂О a elemntarni strukturni motiv sastoji se od 46 molekula vode koji obrazjuju 8 šupljina u koje mogu da se smeste molekuli metana (CH₄). Nekada se smatralo da se hidrati metana u prirodi mogu naći samo na ledenim satelitima udaljenih planeta (Saturn) no otkriveno je da se ogromne količine klatrata metana nalaze na Zemlji u dubinama ledenih mora tamo gde su u kontaktu voda i metan na niskoj temperaturi i visokom pritisku. Pretpostavlja se da klatrati metana predstavljaju najveći, još neiskorišćen, rezervoar prirodnog gasa.

Dakle, ispitivanje klatrata ima mnogo širi interes od čiste naučne radoznalosti. Pored potencijalne ekspolatacije metana iz klatrata sa dna polarnih mora, postoji i drugi niz vrlo praktičnih, i važnih razloga za njihovo izučavanje. Na primer, postoji opasnost da u slučaju zemljotresa dođe do velikih odrona klatrata metana i naglog oslobađanja gasovitog metana što bi moglo da izazove katastrofalni cunami talas. Pored toga, metan je poznati izazivač efekta staklene bašte te bi njegovo oslobađanje u velikim količinama imalo poguban efekat po klimu.

Poznato je da u polarnim predelima u gasovodima dolazi do obrazovanja klatrata koji dovode do zapušavanja cevi. To je podstaklo razmišljanja o transportu prirodnog gasa u obliku klatratnih hidrata itd…

Klatrati se još nazivaju i inkluziona jedinjenja jer su u šupljinama koje obrazuje jedna molekulska vrsta zarobljeni (inkludovani) molekuli druge vrste.