clatrato de oxígeno

El clatrato de oxígeno o hidrato de oxígeno es un hidrato de clatrato que consiste en una estructura de hielo de agua con cavidades cristalinas regulares que contienen moléculas de oxígeno (O₂ _{) .} ^{[ 1 ]} Se ha propuesto que se produce de forma natural en los hielos superficiales y subsuperficiales de lunas heladas con atmósfera de oxígeno, como Europa y Ganímedes , donde se cree que el oxígeno se origina por radiólisis del hielo de agua por partículas cargadas. ^{[ 1 ]}

A baja presión, el clatrato de oxígeno adopta la estructura de clatrato cúbico CS-II (también llamado sII), con dos tipos de jaulas distintas: 16 jaulas dodecaédricas más pequeñas (de 12 caras) y 8 jaulas hexakaidecaédricas más grandes (de 16 caras) por celda unitaria, caracterizadas por primera vez mediante difracción de neutrones en polvo. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Al igual que con el clatrato de hidrógeno, múltiples moléculas de oxígeno pueden ocupar la jaula más grande, con una ocupación que aumenta desde aproximadamente 1 O ₂ por jaula grande a baja presión hasta 2,8 O ₂ por jaula cerca de 1,4 GPa. ^{[ 1 ]}

Bajo presión a temperatura ambiente, el clatrato de oxígeno sufre una secuencia de transformaciones estructurales antes de descomponerse en hielo y oxígeno libre: ^{[ 1 ]}

• Clatrato CS-II (estable desde la presión ambiente hasta aproximadamente 1,0 GPa)
• una estructura de clatrato ST tetragonal (aproximadamente 1,0–1,2 GPa), también observada en los sistemas argón-agua y nitrógeno-agua.
• una estructura de hidrato quiral C ₀ (aproximadamente 1,2–1,6 GPa), en la que el oxígeno ocupa canales abiertos en una red de agua no relacionada con ninguna fase de hielo estable, también observada en los sistemas hidrógeno-agua y dióxido de carbono-agua.
• una fase de hielo llena isoestructural con el hidrato de metano III (aproximadamente 1,6–2,6 GPa), en la que el oxígeno ocupa canales dentro de una estructura de agua similar al hielo I _h

Por encima de 2,6 GPa a temperatura ambiente, esta fase de hielo relleno se descompone en oxígeno y hielo VII por separado . ^{[ 1 ]} Esta presión de descomposición es baja en comparación con otros hidratos de gas de hielo relleno: el hielo relleno de hidrógeno permanece estable hasta al menos 90 GPa y el hielo relleno de metano hasta al menos 150 GPa. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

A baja temperatura (66 K), representativa de las condiciones de la superficie de la luna helada, el clatrato CS-II permanece estable hasta aproximadamente 1,4 GPa, por encima de la cual la red anfitriona experimenta una amorfización inducida por la presión en lugar de una transición estructural más ordenada. ^{[ 1 ]}

Se ha detectado oxígeno espectroscópicamente en la superficie de Ganímedes, donde se cree que se encuentra principalmente como un clatrato de baja presión, ^{[ 6 ]} y se ha propuesto que los clatratos de oxígeno son un componente de los hielos subsuperficiales de Europa. ^{[ 7 ]} Debido a que el hidrato de oxígeno es estable hasta al menos 2,6 GPa, en principio puede penetrar a profundidades dentro de las lunas heladas tanto por encima como por debajo de cualquier océano de agua líquida subsuperficial. ^{[ 1 ]}

Los clatratos de oxígeno e hidrógeno comparten similitudes estructurales, ya que ambos forman fases CS-II y C ₀ con ocupación múltiple de la jaula más grande. ^{[ 1 ]} Dado que tanto el O ₂ como el H ₂ se producen juntos por radiólisis del hielo de agua, se ha propuesto su retención preferencial en proximidad dentro de una red anfitriona compartida como un mecanismo para una mayor recombinación en agua, lo que ofrece una posible explicación para la discrepancia entre las tasas modeladas y medidas de producción de oxígeno en Europa. ^{[ 1 ]}

• hielo lleno
• clatrato de hidrógeno
• clatrato de nitrógeno
• clatrato de metano
• Hidrato de clatrato
• Europa (luna)