1. Построение кристаллической
структуры клатратных гидратов и
исследование ее механических свойств
Насретдинов Ю.А., Стегайлов В.В.
МФТИ, ОИВТ РАН
51-я научная конференция МФТИ

2. План доклада
газовые гидраты, гидрат метана
структуры гидрата метана, структура sI
потенциалы взаимодействия для воды и
для метана
МД расчет температуры и давления
вывод системы на равновесие
расчет модуля всестороннего сжатия
выводы

3. Газовые гидраты
(клатратные) гидраты природных газов -
кристаллические соединения,
образованные водой и молекулами газа,
причем молекулы газа окружены
молекулами воды, которые образуют
«полости»
clathratus - «сажать в клетку» (лат.)
гидраты на основе метана в изобилии
содержатся на дне в прибрежной
океанской зоне (100-200м)
метановые гидраты образуются при
транспортировке природного газа в трубах
при наличии воды

4. Структуры метановых гидратов
на данный момент известны структуры sI, sII и sH
метановых гидратов, которые имеют различную
конфигурацию, различные формы элементарной ячейки и
различные количества молекул в ячейке
sI51262
512 (додекаэдр)

5. Потенциалы взаимодействия
вода: SPC/E
длина связи O-H
равна 1Å
угол H-O-H составляет
109.47°
парциальный заряд
δq(O) = -0.8476 |e|
δq(H) = +0.4238 |e|
параметры LJ (12-6)
σ = 3.166 Å
ε = 0.650 кДж/моль
109.47°
1Å
H
H
O

6. Потенциалы взаимодействия
метан: united-atom
параметры LJ (12-6)
σ = 3.370 Å
ε = 1.229 кДж/моль
σ

7. МД расчет T и P
Температура получается из средней кинетической
энергии:
Давление - из теоремы вириала:

8. Вывод системы на равновесие
T, K
шаг интегрирования

9. Расчет модуля всестороннего сжатия
P, атм
ln V
Kэксп = 5,6 ÷ 8,8 ГПа
K = 6,5 ± 0,4 ГПа

10. Спонтанный распад t = 3.6 ps
t = 191.4 ps

11. Выводы
построена МД модель sI структуры гидрата метана на основе
моделей SPC/E для воды и модели объединенного атома для
метана
рассчитан модуль всестороннего сжатия в хорошем согласии
с экспериментом (~20%)
получены предварительные результаты по моделированию
спонтанного распада sI структуры