Análisis de clatratos orgánicos como forma de almacenamiento de
gases mediante métodos de Simulación Molecular

Brais Rodríguez García, Manuel Martínez Piñeiro (tutor). CINBIO – Universidad de Vigo

Los clatratos son sólidos no estequiométricos que se han consolidado en los últimos años como un campo de investigación prometedor dentro de la ciencia moderna. Sus aplicaciones son diversas: desde el almacenamiento de sustancias gaseosas como el hidrógeno, hasta la purificación de aguas residuales y captura de CO2 mediante clatración selectiva. Es precisamente la amplia variedad de utilidades que ofrecen estos compuestos la que ha fomentado su investigación y ha posicionado su entendimiento y descripción como objetivo de interés prioritario. En este trabajo se ha analizado un sistema cristalino compuesto por el clatrato de hidroquinona en su fase β y diversos átomos denominados “huéspedes”, que son capaces de difundir por su interior mediante saltos entre las celdas que deja la propia estructura cristalina. Sin embargo, muchas de estas moléculas invitadas en el medio sólido presentan un mecanismo de difusión muy lento que no puede ser observado y caracterizado empleando técnicas convencionales como Dinámica Molecular. En este trabajo se emplea la técnica conocida como Umbrella Sampling, pensada originalmente para corregir el muestreo deficiente que sufren habitualmente aquellos sistemas en los que una barrera de potencial separa dos regiones del espacio. Para ello, se generan una serie de configuraciones a lo largo de la coordenada de reacción a partir de las cuales se lleva a cabo el muestreo general. Esta técnica permite monitorear la variación de energía a lo largo del recorrido que describe la partícula invitada en su tránsito de una celda a otra y, por lo tanto, es posible obtener una medida de la facilidad con la que estos huéspedes difunden a través del sólido. Los resultados han sido: 11,9 kJ mol-1; 22,0 kJ mol-1; 64,5 kJ mol-1; 89,3 kJ mol-1; 107,3 kJ mol-1 para los huéspedes He, Ne, Ar, CH4 y Kr respectivamente. Los datos obtenidos han sido representados en función de uno de los parámetros de Lennard-Jones proporcional al radio de van der Waals y comparados con aquellos presentes en la literatura. A partir de los resultados, se ha concluido que la técnica empleada es adecuada para el estudio de procesos de difusión extremadamente lentos en clatratos orgánicos y proporciona valores fiables.

(Resumen completo: Brais Rodríguez García)