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粉末中性子回折によるメタンハイドレートの水素原子の観測

机译：粉末中子衍射观察甲烷水合物中的氢原子

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Structure I（Pm3n,立方晶）の結晶構造をもつCH_4ハイドレートとCD_4ハイドレート（どちらも水分子は重水素化されている）に関して，Rietveld法とMEMによる結晶構造解析を行った研究を紹介した．内包されているメタン分子および，カゴを構成する水分子の様子を散乱長密度分布として捉え，その結果，12面体と14面体によってメタン分子に対応する散乱長密度分布に違いが生じた．CH_4ハイドレートの結果では，メタンのH原子のみが負の散乱長をもつことから，メタンの水素に着目した結果が得られ，CD_4ハイドレートではより精度の高い，散乱長密度分布を捉えることができた．その中で，カゴを構成している水分子中の水素原子のD_(kc)サイトの散乱長密度分布が極端に広がっていることがわかった．このサイトは水分子のD－O－Dの角度が他サイトの角度より極端に大きく，密度分布が広がっているので，カゴを構成する水素結合のネットワークがこの部分で弱くなっていることが示唆された．一方，内包されているメタン分子に関しては低温でもC－D結合が水分子のO－D結合と比較してはっきりしていない．このことは，メタン分子の配向が無秩序になったためと考えられる．また，温度の上昇とともにメタン分子の回転運動や熱による運動を反映した散乱長密度分布の変化を捉えることができた．このように運動の変化を構造として捉える試みは，今後の粉末中性子回折の利用方法として発展するのではないかと期待している．
机译：介绍了一种具有结构I（Pm3n，立方）晶体结构的CH_4水合物和CD_4水合物（两个水分子均脱氢）的研究，并通过Rietveld方法和MEM对其进行了分析。 ..捕获的甲烷分子和构成篮的水分子的状态被捕获为散射长度密度分布，结果十二面体和14面体之间的甲烷分子对应的散射长度密度分布存在差异。在CH_4水合物的结果中，只有甲烷的H原子具有负的散射长度，因此可以获得集中于甲烷氢的结果，而CD_4水合物可以捕获更准确的散射长度密度分布。做到了。其中，发现组成篮的水分子中氢原子的D_（kc）位点的散射长度密度分布非常宽。该位点的水分子DOD角比其他位点的角大，并且密度分布较宽，这表明组成网篮的氢键网络在此部分被削弱。做完了另一方面，关于所含甲烷分子，即使在低温下，与水分子的OD键相比，CD键也不清楚。认为这是由于甲烷分子的取向紊乱。另外，有可能捕获散射长度密度分布中的变化，该变化反映了甲烷分子的旋转运动以及随着温度升高而由热引起的运动。希望将来将这种尝试掌握作为结构的运动变化的尝试作为利用粉末中子衍射的方法来发展。

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