Onder zeer hoge druk mengt methaan ineens wél met water. Een ontdekking die wellicht perspectieven biedt bij de vergroening van de chemische industrie, stellen Schotse onderzoekers in Science Advances.

Die ‘zeer hoge druk’ ligt rond deze 2 GPa oftewel 20.000 bar. Als er een 200 km diepe zee bestond, zou dit de druk op de bodem zijn. Maar de temperatuur hoeft slechts 330 K te zijn, dus methaan en water worden niet superkritisch of zo.

Normaal gesproken is deze combinatie een schoolvoorbeeld van niet-mengbare stoffen. Net als oliemoleculen zijn methaanmoleculen immers apolair terwijl watermoleculen polair zijn. Met elkaar reageren doen ze ook niet. Alleen bij lage temperatuur en wat hogere drukken krijg je clathraten of methaanhydraten, waarbij methaanmoleculen in de kristalstructuur van het bevroren water opgesloten zitten. Maar dat is iets anders dan mengen.

John Loveday en collega’s van de unversiteit van Edinburgh hebben nu zo’n clathraat samengeperst tussen twee diamanten aambeelden. Bij kamertemperatuur en 1,3 GPa bleef het een vaste stof, maar bij verhitting tot 330 K smolt het en ontstonden vloeibare methaandruppeltjes in vloeibaar water. Toen daarna de druk werd opgevoerd tot 2 GPa verdwenen de druppeltjes, als teken dat methaan en water zich mengden. Zie respectievelijk links en rechts op de foto.

Hoe het precies kan, weten ze nog niet zeker. Maar bekend is dat vloeibaar methaan samendrukbaar is: bij 1 bar bedraagt de afstand tussen twee centrale koolstofatomen 4,22 Å, en bij 2 GPa is het naar schatting nog maar 3,81 Å. De moleculen worden dus iets kleiner, en mogelijk passen ze daardoor beter in het door waterstofbruggen bij elkaar gehouden netwerk van watermoleculen.

Het betekent ten eerste dat de huidige definities van het begrip ‘hydrofoob’ aan herziening toe zijn. Ten tweede kun je diep onder de oppervlakte van sommige ijsplaneten wel degelijk voldoende hoge drukken en temperaturen verwachten om water/methaanmengsels te krijgen.

Maar in zijn artikel speculeert Loveday ook over de mogelijkheid dat methaan niet alleen beter oplosbaar wordt maar tevens reactiever, en dat je er dus gemakkelijker methanol of een halogeenverbinding van kan maken. En dat er misschien wel iets te bedenken valt dat je aan water kunt toevoegen om het bij lagere drukken te laten werken, zodat je een soort super-oplosmiddel voor groene organische chemie krijgt.

bron: University of Edinburgh