Varios grupos de investigación de Canadá, Alemania Eslovaquia, Italia y EE UU han utilizado un nuevo método de estimulación por ordenador denominado metadinámica, en combinación con cálculos precisos de mecánica cuántica para transformar un solido molecular a una estructura polimerizada. Estos resultados ponen de manifiesto mecanismos de transformación microscópicos desconocidos hasta ahora.
El dióxido de carbono es un gas molecular en condiciones ambientales y un componente importante de la atmósfera de la Tierra. Además, es un componente probable del manto de la Tierra y desempeña un importante papel en el ciclo de la vida.
A alta presión, el dióxido de carbono se puede transformar en un sólido, denominado de forma común como “hielo seco”, un cristal molecular que tiene muchas aplicaciones como la producción y el almacenamiento de alimentos, la niebla artificial en espectáculos o la lluvia artificial.
Al aumentar la presión y variar la temperatura las interacciones intra e intermoleculares del dióxido de carbono cambian drásticamente. Esto da lugar a estructuras cristalinas diferentes en fases poliméricas densas con propiedades físicas interesantes, como la “súperdureza”.
Los investigadores han hallado que un sólido molecular denominado CO2-II se traslada a una estructura polimérica por capas a una presión de 60 GPa (1 GPa son aproximadamente 10.000 atmósferas). y a una temperatura de 600º Kelvin.
El experimento ha hallado una fase VI densa que se supone que es una estructura desordenada similar a la stishovita (mineral de sílice). Por ello, puede formarse un nuevo CO2 similar a la α-cristobalita, como el que se halla en el dióxido de silicio, a partir del CO2-III a través de una estructura intermedia a 80 GPa y a una temperatura inferior a la temperatura ambiente.
Los defectos en los cristales aumentan con la temperatura y el CO2 se transforma en una forma amorfa cuando la temperatura es superior a la temperatura ambiente, lo que concuerda con los experimentos anteriores.
La transformación tiene lugar a presiones dentro del intervalo que se halla en el manto de la Tierra, en el que se piensa que hay presente una cantidad significativa de carbono oxidado, bien en forma de carbonatos o como fluido.
Estos resultados ponen de manifiesto mecanismos de transformación microscópicos desconocidos hasta ahora y muestran la transformación de un sólido molecular caracterizado sólo por la unión intramolecular a una estructura polimerizada.
Los grandes y abruptos cambios en las propiedades de unión del CO2 que se comunican aquí apuntan a unas posibles interrupciones en la química del carbón del manto.
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Referencia bibliográfica:
Jian Sun, Dennis D. Klug, Roman Martonak, Javier Antonio Montoya, Mal-Soon Lee, Sandro Scandolo y Erio Tosatti: High-pressure polymeric phases of carbon dioxide, PNAS. http://www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0812624106
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