Formación de Hidrato de Gas

Hidratos son estructuras parecidas al hielo que se forman cuando la combinación perfecta existe entre el agua, gas, temperatura y presión. Hidratos se pueden formar en temperaturas sobre el punto de congelación del agua y no son estables comparados con el hielo ordinario.

Cuando hielo se forma de agua líquida, la disminución en entropía es relativamente pequeño ya que agua, en sí, es bastante ordenada. Cuando hidrato de gas se forma, hay una disminución considerable en entropia ya que el gas es condensado a un volumen pequeño. Esto es compensado por la disponibilidad de energía cinética de las moleculas de gas y una contribución de las atracciones de Van der Waals entre la jaula y la molecula huésped.

Hidrato de metano existe naturalmente en areas de “permafrost” y en sedimentos marinos donde las condiciones de temperatura y presión son convenientes y donde suficiente metano llega a la zona de estabilidad del hidrato dentro de los sedimentos. Aunque el interés actual en hidrato sea en gran parte relacionado a la energía, en que los hidratos de gas naturales pueden ser abastecedores importantes de metano para combustible, los hidratos naturales aparentan tener un impacto en el cambio climático y la estabilidad del lecho marino, así como tener un efecto sutil en la base de la cadena alimentaria global. Hidratos industriales, sin embargo, los cuales son hidratos de gas formados de ciertas mezclas de gases o de otra manera, se aprovechan de una cierta característica inherente de la especie mineral, como lo es la extracción de moléculas de agua del agua de mar, están comenzando a ser entendidos ahora.

El proceso de cristalización de hidrato ocurre en dos pasos: nucleación y crecimiento. Nucleación puede ocurrir sobre un cristal “semilla” o en alguna imperfección del recipiente. Por una parte, cristales crecen por medio de la depositación ordenada de material en estado líquido o en solución a una superficie del cristal. Nucleación y crecimiento del hidrato no dependen solamente de la temperatura, presión o concentración pero también de la disponibilidad de la superficie. La transportación de iones a la superficie, reacciones en la superficie y el retiro de los productos de la reacción de la superficie necesitan ser renovados continuamente con solución nueva, si no la solución alrededor del cristal estará subsaturada y el crecimiento del hidrato parará.

El calor de formación y de disociación del hidrato son iguales en magnitud absoluta pero son de signos opuestos. Cuando se forma hidrato se desprende calor desde el sistema (exotérmico) y cuando el hidrato se disocia, el sistema absorbe calor (endotérmico).