Structure and reactivity of astrochemical model ices under high pressure

Questa tesi di dottorato riguarda miscele di due o tre componenti a pressioni e temperature di interesse astrochimico, tipiche delle superficie e degli interni di pianeti/satelliti ghiacciati. La struttura e la reattività di tali miscele sono state studiate mediante tecniche spettroscopiche (spettroscopia Raman, spettroscopia IR, scattering quasi elastico di neutroni) e di diffrazione (diffrazione di raggi X, diffrazione di neutroni). In particolare, è stato studiato il comportamento in pressione e temperatura di soluzioni acqua-ammoniaca (formazione di cristalli idrati) e di clatrati idrati di metano, diossido di carbonio e azoto (miscele binarie di acqua-metano, acqua-diossido di carbonio e acqua-azoto). Clatrati idrati misti di metano e azoto e di metano e diossido di carbonio sono stati esaminati in seguito. Sono inoltre stati osservati e investigati in vista di studi di reattività indotta per irraggiamento UV cambiamenti nelle pressioni e temperature di solidificazione dei vari componenti di miscele ternarie di acqua-metanolo/metano-ammoniaca rispetto ai puri, dovuti alla formazione di miscele eutettiche. Infine, è stata riportata per la prima volta la sintesi di cristalli idrati di acido carbonico a partire dal clatrato idrato di diossido di carbonio e la loro evoluzione in pressione e temperatura è stata approfonditamente investigata. ---------------------------------------- This thesis revolves around binary and ternary mixtures at pressures and temperatures of astrochemical interest, typical of surfaces and internal layers of icy planets/satellites. The structure and reactivity of these mixtures have been studied by means of spectroscopic techniques (Raman spectroscopy, IR spectroscopy, quasi-elastic neutron scattering) and diffraction techniques (x-ray diffraction neutron diffraction). In particular, we studied the pressure and temperature behaviour of the hydrated crystals arising from the water-ammonia mixtures and the clathrate hydrates formed in binary mixtures of water-methane, water-carbon dioxide, and water-nitrogen. Mixed clathrate hydrates of methane and nitrogen and of methane and carbon dioxide have also been studied. Moreover, we observed and investigated (in view of future studies of UV induced reactivity) the changes in the solidification pressure and temperature of the various components of ternary mixtures of water-methanol/methane-ammonia with respect to the pure ones, due to the formation of eutectic solutions. Finally, we reported for the first time the synthesis of hydrated crystals of carbonic acid starting from the carbon dioxide clathrate hydrate and we examined their evolution in pressure and temperature.