Clathrate d'ammoniac

Le clathrate d'ammoniac, ou clathrate hydrate d'ammoniac[alpha 1], est un composé cristallin formé d'eau et d'ammoniac, dans lequel l'arrangement spatial régulier des molécules H₂O forme des cages pouvant enfermer une ou plusieurs molécules NH₃.

Ce clathrate pourrait avoir été formé au cours de l'histoire précoce du Système solaire, et pourrait être présent aujourd'hui parmi les glaces du milieu interstellaire, des comètes et des satellites des planètes géantes. Il pourrait aussi avoir joué un rôle dans la formation d'acides aminés dans ces glaces.

Existence et stabilité

Le clathrate d'ammoniac n'a pas encore été observé dans la nature, mais il a été synthétisé en 2012 par déposition directe en présence de méthane[1]. Le clathrate d'ammoniac a été identifié par diffraction des rayons X et par spectrométrie Raman.

La stabilité ou la métastabilité du clathrate d'ammoniac a été caractérisée en 2018 grâce à des simulations numériques de type Monte-Carlo[2]^,[3]. Les simulations ont été réalisées pour des températures de 100, 150 et 180 K et pour une vaste gamme de pressions partielles d'ammoniac. Le clathrate est stable à basse pression, et incorpore jusqu'à 8 molécules NH₃ par maille (donc par cage). Quand la pression augmente le clathrate se déstabilise pour former de la glace amorphe, dans laquelle les molécules d'ammoniac remplacent partiellement les molécules d'eau.

Ces résultats sont étonnants car on pensait que les molécules piégées par les clathrates devaient être hydrophobes, et même que l'ammoniac devait inhiber leur formation.

Notes et références

Notes

L'expression « clathrate hydrate d'ammoniac » est une transcription presque littérale de l'anglais ammonia clathrate hydrate. En fait l'anglais clathrate hydrate signifie « hydrate de type clathrate ».

Références

(en) Kyuchul Shin, Rajnish Kumar, Konstantin A. Udachin, Saman Alavi et John A. Ripmeester, « Ammonia clathrate hydrates as new solid phases for Titan, Enceladus, and other planetary systems », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 109, n^o 37,‎ 11 septembre 2012, p. 14785-14790 (DOI 10.1073/pnas.1205820109).
« Le clathrate hydrate d'ammoniac : une nouvelle phase solide à prendre en compte pour Titan, Encelade et d'autres objets du système solaire », sur INSU, 5 avril 2018 (consulté le 10 avril 2018).
(en) Balázs Fábián, Sylvain Picaud, Pál Jedlovszky, Aurélie Guilbert-Lepoutre et Olivier Mousis, « Ammonia Clathrate Hydrate As Seen from Grand Canonical Monte Carlo Simulations », ACS Earth and Space Chemistry,‎ 9 mars 2018 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.7b00133).

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[1] L'expression « clathrate hydrate d'ammoniac » est une transcription presque littérale de l'anglais ammonia clathrate hydrate. En fait l'anglais clathrate hydrate signifie « hydrate de type clathrate ».

[2] (en) Kyuchul Shin, Rajnish Kumar, Konstantin A. Udachin, Saman Alavi et John A. Ripmeester, « Ammonia clathrate hydrates as new solid phases for Titan, Enceladus, and other planetary systems », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 109, n^o 37,‎ 11 septembre 2012, p. 14785-14790 (DOI 10.1073/pnas.1205820109).

[3] « Le clathrate hydrate d'ammoniac : une nouvelle phase solide à prendre en compte pour Titan, Encelade et d'autres objets du système solaire », sur INSU, 5 avril 2018 (consulté le 10 avril 2018).

[4] (en) Balázs Fábián, Sylvain Picaud, Pál Jedlovszky, Aurélie Guilbert-Lepoutre et Olivier Mousis, « Ammonia Clathrate Hydrate As Seen from Grand Canonical Monte Carlo Simulations », ACS Earth and Space Chemistry,‎ 9 mars 2018 (DOI 10.1021/acsearthspacechem.7b00133).