Estabilidad y distorsión de Clatratos Hidratos de Etileno: Un estudio mediante un modelo de gas de red en 2 Dimensiones

Abstract

Los hidratos de clatrato son compuestos de inclusión caracterizados por la formación de una red regular que consta de espacios que pueden alojar moléculas de un huésped. En particular, es de interés desarrollar modelos que permitan predecir las condiciones de formación de diversos hidratos y describir sus propiedades. El modelo más utilizado en aplicaciones técnicas es el de van der Waals y Platteeuw (vdW-P). Este modelo es útil para la correlación de datos de formación de hidratos, pero tiene limitaciones en la predicción y el cálculo de variables derivadas, como la capacidad de almacenamiento del hidrato, que son de interés para el desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas. Estas limitaciones se deben a suposiciones y simplificaciones introducidas en el modelo, entre las que destaca que se asume que la red de moléculas de agua tiene una geometría fija, mientras que se sabe que las moléculas de huésped distorsionan o deforman la red. Con un modelo de gas de red en 2D, múltiple ocupación de sitios y mediante simulación de Monte Carlo, se desarrolló un estudio del grado de deformación de las cavidades de los hidratos de clatrato de estructura tipo sI en presencia de la especie huésped tal como el Etileno (C2H4). Con este estudio se logró determinar la condición de mayor estabilidad de este hidrato de clatrato. Como resultado se obtuvo un diagrama de fase calculado a partir del mínimo de la energía libre. Ya que el mínimo de la energía libre coincidía con el mínimo de la deformación de la fase de hidratos. La ocupación total de la molécula de etileno corresponde a un 60% de las cavidades. Donde la molécula de etileno tiene preferencia por las cavidades más grandes. Luego se puede calcular el valor de potencial químico donde existe el valor mínimo de energía libre para cualquier temperatura y desarrollar un diagrama de fase cualitativo que tiene muy buena correspondencia con los experimentos y simulaciones en el continuo en 3D.