Estudio computacional de hidratos de gas en medio marino

Resumen

Los hidratos de gas son compuestos de inclusión, no estequiométricos formados por agua y gas. Las moléculas de agua atrapan estas moléculas de gas en el interior de una estructura cristalina, similar a la del hielo y estabilizada por enlaces de hidrógeno. En este trabajo se realiza un estudio teórico de estos compuestos bajo el enfoque de la simulación molecular. Este perspectiva nos permite estudiar los procesos que tienen lugar durante la nucleación, crecimiento, fusión de estos compuestos que no son posibles de percibir desde un punto de vista macroscópico en un laboratorio experimental. Empleando la mecánica cuántica comprobamos las interacciones que tienen lugar entre las moléculas de gas y la estructura cristalina del agua y la posibilidad de que estas moléculas puedan difundir cuando a la estructura se le dota de cierta flexibilidad. Desde una escala de espacio y tiempo un poco mayor, estudiamos la estabilidad de estos compuestos empleando la dinámica molecular. Este enfoque permite obtener la trayectoria de los átomos y las moléculas a lo largo del tiempo, por lo que es posible emplear las leyes de la Física clásico. Empleando la técnica de coexistencia directa obtenemos los diagramas de fase de los hidratos de metano, CH3F, CH2F2, CHF3 y CF4. Además en el caso del hidrato de metano, comparamos su estabilidad cuando se encuentra en condiciones de salinidad oceánica. De este modo comprobamos que este hidrato es menos estable cuando hay sal disuelta. También se observa el crecimiento de este hidrato en condiciones de confinamiento, como las que se encuentran en el fondo marino.