Hielo lleno

El hielo relleno es una clase de compuesto de clatrato en el que pequeñas moléculas huésped ocupan huecos dentro de una red de hielo de agua que se asemeja mucho a una de las fases cristalinas del hielo puro , en lugar de las jaulas poliédricas discretas características de los hidratos de clatrato convencionales . ^{[ 1 ]} Los hielos rellenos se forman típicamente a presiones de aproximadamente 1–2 GPa y superiores, cuando las estructuras de jaula abierta de los clatratos de baja presión colapsan bajo compresión y se reorganizan en una estructura anfitriona más densa, similar al hielo. ^{[ 2 ]}

A diferencia de los hidratos de clatrato, en los que las moléculas huésped están aisladas dentro de jaulas de agua cerradas, los hielos rellenos albergan moléculas huésped dentro de canales abiertos o huecos intersticiales de una red de hielo distorsionada. ^{[ 1 ]} Se ha descubierto que varios polimorfos de hielo de baja presión albergan especies huésped de esta manera, siendo los más comunes el hielo II y el hielo cúbico I _c , así como el hielo hexagonal I _h a mayor presión. ^{[ 2 ]} La inclusión de moléculas huésped puede estabilizar estas estructuras de hielo, que de otro modo serían metaestables, a presiones y temperaturas mucho más altas de las que la fase de hielo puro toleraría por sí sola. ^{[ 2 ]}

Se han observado estructuras de hielo rellenas para varias especies pequeñas invitadas, incluyendo helio (basado en hielo II), ^{[ 2 ]} hidrógeno (basado en hielo II y hielo I _c , con una fase adicional de hielo I _c de alta densidad , C ₃ , observada hasta al menos 90 GPa), ^{[ 3 ]} metano (una estructura basada en hielo I _h ​​conocida como hidrato de metano III, seguida de una fase más densa basada en hielo I _h , MH-IV, estable hasta al menos 150 GPa), ^{[ 4 ]} argón , nitrógeno y oxígeno (que forma un hielo relleno isoestructural con el hidrato de metano III antes de descomponerse a una presión comparativamente baja de 2,6 GPa). ^{[ 5 ]} Las presiones de descomposición varían considerablemente entre las especies huésped: los hielos llenos de hidrógeno y metano permanecen estables hasta al menos 90 y 150 GPa respectivamente, mientras que el hielo lleno de oxígeno se descompone en hielo y oxígeno libre por encima de 2,6 GPa, un límite inusualmente bajo atribuido al pequeño volumen molecular del oxígeno fluido comprimido en relación con otros huéspedes. ^{[ 5 ]}

Las especies iónicas también pueden incorporarse a las estructuras de hielo de alta presión de una manera estructuralmente análoga, formando los llamados hielos rellenos de sal, como el hielo VII dopado con cloruro de litio y cloruro de sodio , aunque se cree que estos se forman mediante una vía de cristalización distinta a partir de precursores amorfos en lugar de por compresión directa de una fase de clatrato. ^{[ 2 ]}

Debido a que los hielos rellenos pueden permanecer estables a presiones y temperaturas relevantes para los interiores profundos de lunas heladas y planetas gigantes , se han propuesto como un medio por el cual grandes cantidades de gases volátiles como hidrógeno, metano y oxígeno podrían almacenarse dentro de los hielos planetarios mucho más allá de las profundidades accesibles a los clatratos convencionales de baja presión. ^{[ 2 ] [ 5 ]} Se cree que la estabilidad del hielo relleno de oxígeno hasta al menos 2,6 GPa, por ejemplo, permite que el oxígeno producido radiolíticamente penetre en las capas de hielo de lunas como Europa y Ganímedes , tanto por encima como por debajo de cualquier océano de agua líquida subsuperficial. ^{[ 5 ]}

• Hidrato de clatrato
• compuesto de clatrato
• clatrato de metano
• clatrato de hidrógeno
• clatrato de oxígeno
• clatrato de nitrógeno
• clatrato de dióxido de carbono
• Hielo