Por: Nina Padme Eufracio Rojas / Departamento de Químico en Fármacos. Centro de Enseñanza Técnica Industrial Plantel Colomos. C. Nueva Escocia 1885, 44630 Guadalajara, Jal. Correo : neufraciorojas@gmail.com / Instagram:@ninapadme

En las capas heladas de los gigantes gaseosos como Neptuno o Saturno, donde la temperatura puede descender a menos de –180 °C y las moléculas se mueven con la lentitud de una sinfonía congelada, ocurren procesos que desafían nuestra visión clásica de la química. Allí, sin intervención humana, sin laboratorios ni frascos de vidrio, el universo construye estructuras moleculares con una precisión que roza lo arquitectónico. Estas estructuras se llaman clatratos. Su función atrapar átomos que no desean ser atrapados. Pero empecemos por lo extraño. Los gases nobles —como el argón (Ar), el kriptón (Kr) o el xenón (Xe)— son famosos por su indiferencia química. No les gusta formar compuestos, no se enlazan con facilidad, y por eso se les llama “nobles”, como si se negaran a relacionarse con el resto de la tabla periódica. Sin embargo, incluso estos solitarios pueden quedar atrapados. No mediante enlaces químicos clásicos, sino dentro de jaulas formadas por otras moléculas que se ensamblan alrededor de ellos.

Figura 1. Representación de clatratos formados en atmósferas criogénicas de gigantes gaseosos. Las estructuras tipo jaula, compuestas por moléculas de agua congelada, encapsulan átomos de gases nobles como xenón, kriptón o argón mediante interacciones de dispersión, sin enlaces químicos directos.
Figura 1. Representación de clatratos formados en atmósferas criogénicas de gigantes gaseosos. Las estructuras tipo jaula, compuestas por moléculas de agua congelada, encapsulan átomos de gases nobles como xenón, kriptón o argón mediante interacciones de dispersión, sin enlaces químicos directos.

 

Un clatrato es exactamente eso: una jaula. Imagina una red de moléculas de agua o compuestos similares que se organizan en el espacio tridimensional formando cavidades huecas. Si en ese momento un átomo de xenón anda cerca, puede quedar encerrado dentro de la jaula sin reaccionar químicamente, como un gato dentro de una caja de cartón: no está unido a la caja, pero tampoco puede escapar fácilmente. Esta captura ocurre gracias a fuerzas de dispersión (fuerzas de London), que son interacciones sutiles pero efectivas entre las paredes de la jaula y el huésped.

Existen dos tipos principales de clatratos: tipo sI y tipo sII, que difieren en el tamaño y el número de cavidades por unidad cristalina. El tipo sI tiene jaulas más pequeñas, ideales para moléculas pequeñas como el metano o el argón. El tipo sII contiene una mezcla de cavidades grandes y pequeñas, lo que permite alojar gases más voluminosos como el xenón. Esta selectividad geométrica es tan precisa que podría usarse como una herramienta para clasificar moléculas según su volumen.

Pero ¿cómo se forman estos clatratos en planetas gigantes? Para que una jaula se forme, se necesitan temperaturas criogénicas, presión moderada, agua congelada y trazas de gases. Todo eso existe en abundancia en las capas profundas de Neptuno o Urano. Durante la formación de estos planetas, las partículas de hielo y compuestos orgánicos atraparon gases nobles provenientes de la nebulosa solar. Con el tiempo, la reorganización del hielo en estructuras energéticamente estables favoreció la formación de clatratos, encapsulando estos átomos como si fueran trofeos. Este fenómeno no es solo una curiosidad química. Ayuda a explicar por qué ciertos gases nobles están ausentes o en concentraciones extrañas en las atmósferas planetarias. Por ejemplo, Júpiter tiene niveles inusualmente bajos de xenón y kriptón. Una de las hipótesis más sólidas es que estos elementos no están desaparecidos, sino atrapados en clatratos estables en el núcleo o en las capas más profundas del planeta. Es decir, la química sólida del hielo los ocultó.

Los clatratos estelares también son importantes fuera de la química planetaria. En la Tierra, se han estudiado clatratos de metano atrapados en los océanos polares. Se teme que, si estos hidratos se liberan por calentamiento global, se liberen grandes cantidades de metano, un potente gas de efecto invernadero. Pero en el espacio, estos mismos clatratos podrían servir como almacenes naturales de compuestos volátiles o como laboratorios de síntesis molecular de baja energía.

¿Y si aplicáramos esto a la tecnología humana? En el diseño de materiales porosos, en la captura de CO₂ o en el transporte seguro de gases comprimidos, los clatratos se perfilan como modelos moleculares excepcionales. Aprender cómo el universo los construye sin ayuda —sólo con geometría, temperatura y tiempo— podría revolucionar nuestras propias formas de almacenar y manipular sustancias químicas.

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