笼形水合物

笼形水合物（英语：Clathrate hydrate）又称气体水合物（英语：Gas hydrates），是一类水性固态晶体，其物理性质类似于冰，其中体积较小的气体疏水分子被水分子组成的笼形结构包围，通过氢键连接。换言之，笼形水合物属于笼形化合物（英语：clathrate compounds），其中主体分子为水分子，客体分子一般为气体。若没有客体分子的支撑作用，这类化合物的晶体结构便会坍塌为冰或水的结构。绝大多数相对分子质量较低的气体都能形成笼形水合物，比如O₂、H₂、N₂、CO₂, CH₄、H₂S、Ar、Kr、Xe等。一些高级烃类以及氟利昂也能形成笼形水合物。

气体水合物通常有两种立方晶体结构，分别称为I类（sI）和II类（sII），，它们的空间群分别为${\displaystyle Pm\stackrel{¯<!--\; ¯\; -->}{3}n}$与${\displaystyle Fd\stackrel{¯<!--\; ¯\; -->}{3}m}$。人们也观测到过一种空间群为${\displaystyle P6/mmm}$的结构（H类），但较为少见。

I类水合物的每个晶胞含有46个水分子，它们形成了大笼与小笼两种笼型结构，其中大笼有六个，小笼有两个。小笼的形状为五角十二面体（512）（并非正十二面体），大笼的形状则为十四面体，具体而言为一截角六方偏方面体（英语：hexagonal truncated trapezohedron） (51262)。这两种笼合在一起形成了一种韦尔—费伦结构。典型的I类水合物有二氧化碳水合物与甲烷水合物等。

II类水合物的每个晶胞含有136个水分子，同样形成大笼与小笼两种结构，分别有八个与十六个。小笼的形状也为五角十二面体（512），而大笼的形状为十六面体（51264）。II类水合物有氧气水合物与氮气水合物等。

H类水合物的每个晶胞含有34个水分子，形成三种笼结构：两种不同的小笼结构与一种“巨大”的笼结构。其中包括三个形状为512的小笼，两个形状为435663的小笼，一个形状为51268的大笼。形成H类水合物的必要条件是有一大一小两种稳定客体分子。H类水合物中大空腔可容纳较大的客体分子（如丁烷等烃类），较小的客体分子则填入剩余的空隙中，起到辅助的作用。已经表明墨西哥湾存有H类水合物。