こんにちは、東大合格請負人の時田です。
2019年度 慶應義塾大学 医学部 化学の解説です。
メタンハイドレート(methane hydrat)について。
「燃える氷」と呼ばれ、
天然物は砂質の堆積物であり、人工物は白の氷状態である。
hydratは、水和物という意味です。
液体状態の水分子は、水素結合の形成と解離を繰り返し、
クラスター構造をつくっている。
クラスター構造は、加圧したり、冷却したりすると
構成する水分子の数が増えて、徐々に安定してきます。
安定した状態では、疎水性の気体分子が存在すると、
水分子がつくるカゴ状構造になって、その構造内に
色んな分子が入り込める空間ができます。
これを、疎水性水和といいます。
とくに、メタン分子が入り込んでいると、
「メタンハイドレート」という。
(特に、日本産はほぼ100%メタン分子が入り込んでいる）
他の分子が入っていると、一般的に「ガスハイドレート」という。
小さなメタン分子が入り込んでいるので、
正１２面体と１４面体の構造になる。
メタンハイドレート中では、メタン分子は
水分子のカゴ状構造と分子間力によって結合しており、
生成反応は、発熱反応になる。
構造上、体積が小さく、密度は大きい。
よって、高圧で、低温なほどメタンハイドレートが生成しやすい。
これを考えると、実際の採掘場所も納得できるはずです。
ツンドラ(地下に永久凍土が広がっており、降水量の少ない荒原)の
永久凍土部分や氷河の氷床、
海洋底の地層
日本の近海では、
北海道の沖合、南海トラフ(静岡～和歌山沖)、四国沖合にある。
埋蔵量は、国内の天然ガス消費量の100年分以上と推定され、
「資源が少ない日本」の常識を覆してくれる存在です。
ちなみに、メタンの生成方法は、
工業的に、一酸化炭素と水素から合成される。
CO+3H2→CH4+H2O
実験室内では、酢酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとを混合させ、
空気を絶ち、加熱すると得られる。
CH3COONa+NaOH→CH4+Na2CO3
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