О влиянии гостевых молекул CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S на стабильность sI-гидрата

В настоящее время гидраты вызывают заметный интерес среди исследователей, что обусловлено: во-первых, использованием газогидратов в качестве перспективных источников углеводородной энергии, а во-вторых возможностью применения таких молекулярных систем в качестве резервуаров для хранения водорода. Термодинамические свойства, кинетика образования и фазовые диаграммы газовых гидратов хорошо изучены, на что свидетельствует большое число экспериментальных и теоретических исследований. Несмотря, на это остаются открытыми вопросы, связанные с отсутствием понимания механизмов структурообразования и стабильности молекулярных комплексов по типу «гость-хозяин». В данной работе в рамках теории функционала плотности были исследованы некоторые аспекты структурной стабильности газовых гидратов. Показано, что включение молекулы газа в полости гидрата приводит к отталкиванию узлов полости, что свидетельствует о структурной стабилизации гидрата. Были рассчитаны энергии связей для таких газов как CH$_4$, C$_2$H$_6$, CO$_2$, Xe и H$_2$S, помещенные в малые (D-) и большие (T-) полости клатратных гидратов. Выяснено, что небольшие молекулы CH$_4$, Xe, H$_2$S лучше стабилизуют D-полости, в то время как большие молекулы C$_2$H$_6$ и CO$_2$ лучше стабилизируют T-полости гидратов. Получены плотности электронных состояний для гидрата с/без включения молекулы газа. При включении молекулы газа обнаружено смещение энергии электронной подсистемы гидрата, что свидетельствует о снижении полной энергии системы и повышению ее стабильности.