Что происходит в атмосфере Юпитера?

Насколько конкретные элементы погружаются в планетарный котел с вариациями тепла, термиков и химии, зависит не только от их плотности, но и от химического состава элемента. В этом вопросе обсуждается уран в ядре Земли, и главный ответ предполагает (я считаю, правильно), что в ядре Земли практически нет урана, он в основном находится в коре, потому что уран легко окисляется, поэтому он образует более легкие элементы, которые не тонут, а поднимаются вместе с силикатами. и базальт, имеющий (примерно) такую ​​же плотность. Уран плавает в мантии Земли, потому что он связывается с кислородом.

Свободный кислород (O2) должен уничтожить любой германец, но, вероятно, в атмосфере Юпитера так мало свободного кислорода, что германин может присутствовать (доли на миллиард — он очень редок на Юпитере, но его можно обнаружить).

Кроме того, учитывая внутреннее тепло Юпитера, термодинамическая неблагоприятность не имеет большого значения. Там достаточно тепла, чтобы химия имела тенденцию работать в равновесном балансе, а не всегда в экзотермическом направлении, как мы обычно наблюдаем в большинстве естественных реакций при температурах, которые мы наблюдаем на Земле.

Наконец, рискуя констатировать очевидное, герман — один из тех «странных» тяжелых газов из-за атомной электрической симметрии, а также из-за того, что это газ, а не твердое тело, и учитывая значительные тепловые потоки Юпитера, он смешивается с юпитерианской атмосферой. Вероятно, он вымерзает из верхних слоев атмосферы Юпитера, когда становится слишком холодно, но он присутствует в нижних слоях атмосферы, и в любом случае его достаточно, чтобы его можно было обнаружить. (Я думаю, что это меньше, чем 1 ppb). - Это краткий ответ в любом случае. Я не читал ни одной из последних статей на эту тему. Все статьи платные. Приглашаю всех, кто их читал, дать более развернутый ответ.

Редактировать

Так какого черта он там делает, учитывая, что свободный германий тонет, а свободный водород всплывает?

Я хочу добавить, что газы ведут себя иначе, чем твердые тела или жидкости. В химии иногда вещества смешиваются и образуют растворы (например, вода и спирт), а иногда — нет и образуются слои (например, масло и вода).

Газы особенно хороши в том, что они остаются смешанными и не расслаиваются, особенно при наличии ветра и восходящих потоков.

почему в обсуждениях атмосферы Юпитера не упоминается множество других простых компонентов, таких как метиламин?

В атмосфере Юпитера есть метиламин . Сатурн тоже. В этом исследовании упоминаются его «полосы». Этот также обсуждает это .

мочевина и оксамовая кислота, и это лишь некоторые из них?

Мочевина представляет собой твердое вещество при комнатной температуре. Он разлагается при плавлении, поэтому нестабилен в виде газа. Он плавится при температуре 133-135°С. Возможно, он никогда не будет стабильным на Юпитере в виде газа, поскольку он нестабилен даже в жидком состоянии при температуре выше 135°С.

Оксамовая кислота сама по себе не стабильна, она растворима в воде. Кроме того, на Юпитере много кислорода, а свободный кислород редко встречается на Юпитере.

Таким образом, последние 2 не являются хорошими примерами, как и газ, который вообще не является стабильным. Герман стабилен в атмосфере Юпитера, хотя и присутствует в очень малых количествах.

Важный момент, который следует учитывать в отношении газовых примесей в атмосферах планет, - это образование и период полураспада. Метан, например, нестабилен в атмосфере Земли. Он реагирует с кислородом, хотя при концентрации в несколько сотен частей на миллиард это достаточно редко, чтобы не реагировать сильно. Метан также постоянно вырабатывается в желудках млекопитающих (газ), но он также разрушается, реагируя с кислородом всякий раз, когда приближается к огню или молнии, объединяясь с кислородом с образованием СО2 и воды. У него период полураспада около 10-15 лет, но поскольку он постоянно образуется в результате неполного переваривания и разложения, он всегда присутствует в нашей атмосфере — примерно в 1 части на миллион.

CO2 имеет более длительный период полураспада в нашей атмосфере, в основном он не разрушается, его нужно выливать дождем. Он также постоянно восстанавливается, разрушается при фотосинтезе и воссоздается при дыхании.

Суть всего этого в том, что любой микроэлемент в атмосфере планеты должен иметь источник создания и период полураспада, если хотите, разрушения.

Любопытным исключением на Земле является Аргон. Аргон — побочный продукт радиоактивного распада, и как благородный газ он ни с чем не реагирует, поэтому он создается и просто остается в нашей атмосфере. Он создается медленно, но поскольку он никогда не уничтожается, в настоящее время он составляет около 1% нашей атмосферы.

GeH4 следует тому же основному правилу. Он создается внутри Юпитера и достаточно стабилен в атмосфере Юпитера, так что его равновесие между созданием и разрушением приводит к примерно 1 части на миллиард. Я почти не знаю достаточно, чтобы сказать, каков его атмосферный период полураспада.

Как вы сказали, в атмосфере Юпитера есть «сады» элементов. Есть бесчисленное множество других, которые НЕ находятся в его атмосфере. Чтобы элемент присутствовал в атмосфере, ему нужна определенная степень стабильности и некоторая форма созидания.

Юпитер почти на 90% состоит из водорода. Водороду нецелесообразно плавать вокруг более тяжелых элементов. Думайте об этом как о водородном море, с другими веществами в водороде, некоторые смешиваются и всплывают, некоторые тонут, некоторые вступают в химические реакции, но водород всегда присутствует.

В любом случае, я хотел лишь коснуться некоторых основ и не давать столь длинного ответа.

Я имею в виду буквально, как ты это понял? Что ты гуглил? Я спрашиваю, потому что имею дело с сотнями соединений, и я надеюсь, что вы нашли хорошее централизованное место для такой информации.

Здесь мы немного выходим за рамки рекомендаций, но вкратце: я изучил молекулярную структуру каждого из предложенных вами соединений, и мне они не показались газами. Они выглядели слишком сложными и кривоватыми, поэтому я с самого начала заподозрил неладное.

Но ответ на ваш вопрос заключается в том, что я просто проверил Википедию, которая может быть длинной (мочевина) или очень короткой (щавелевая кислота), и не всегда на 100% достоверной. Оказавшись там, я выполнил поиск по словам «точка кипения» и «точка плавления», когда точка кипения не появилась. Чтобы любая молекула была газом, ей нужна точка кипения, так что это первое, что нужно быстро и легко найти.

Вы также можете поискать фазовые диаграммы , которые великолепны, но редки для всего, кроме самых распространенных молекул.

Насчет щавелевой кислоты я ошибся, это твердое вещество. В Википедии он упоминается только в водном растворе. Этот сайт дает ему точку плавления, но не точку кипения, что говорит мне о том, что он не превращается в газ или, по крайней мере, не так легко. Возможно, при очень особых обстоятельствах, возможно, в резервуаре высокого давления, наполненном инертными газами, но я просто предположил.

Поиск в Google «точка плавления» «точка кипения» рядом с названием элемента не гениален, но может дать быстрый ответ.

Более длинное дополнение:

Газы, как правило, представляют собой более мелкие молекулы, благородные газы или, когда они более массивны, они должны быть симметричными. Химик, вероятно, так не выразился бы, но в этом суть.

Возьмем строку 2 периодической таблицы, литий (номер 3) до флорина (номер 9) — пока игнорируем благородные газы. Эти атомы имеют 4 орбитали электронной пары на внешней оболочке, которые хотят сформировать тетраэдр. CO2 имеет 2 двойные связи, что делает его прямой или неполярной, как это называют в химии. Я использовал слово «симметричный» в своем первоначальном ответе. Неполярный, как мне кажется, более правильный.

Именно из-за этой неполярности или симметрии CO2 не может легко соединиться с другими вещами, потому что это прямая линия с одинаковыми зарядами на каждом конце. поскольку он не связывается легко с другими молекулами, это газ при относительно низкой температуре. CH4, будучи тетраэдром, а не линией, тоже неполярен и имеет одинаковый заряд со всех сторон, поэтому и при достаточно низких температурах остается газом.

Вода (H20) отличается. Кислород разделяет 2 одинарные связи или пары электронов с водородом, он сам заполняет свои 2 внешние пары электронов, поэтому он имеет изогнутую форму и полярен. Эта полярность дает H20 ​​сторону с положительным зарядом и сторону с отрицательным зарядом. Эта полярность помогает ему соединиться с самим собой. Вот почему вода остается влажной или ледяной при гораздо более высокой температуре, чем молекулы с аналогичной массой, такие как CH4, и более тяжелые молекулы, такие как CO2.

Для газа неполярность помогает. Насколько я знаю, единственными вариантами неполярности являются прямой или тетраэдрический, или плоский треугольник, или шестигранный многогранник (вид кубической формы) и несколько углеродных цепей. Очень легкие полярные молекулы также могут быть молекулами газа. Все это несколько меняется в зависимости от температуры и давления, поэтому точных ответов нет.

Обычные газы при комнатной температуре. - обратите внимание, это не полный список.

Я прибегну к ним и добавлю несколько.

Элементарные газы

H2 (водород) 2,02 N2 (азот) 28,01
O2 (кислород) 32,00
F2 (фтор) 38,00
Cl2 (хлор) 70,91
BR2 (бром) – примерно при 60°С. I2 (Йод) – примерно при 180°С. ) - около 337 градусов С.

Стоит отметить, что все они, за исключением водорода и азота, легче связываются с другими элементами и вряд ли присутствуют в планетарной атмосфере. (Фотосинтез, создающий O2, является исключением из этого правила).

благородные газы

He (гелий) 4,00
Ne (неон) 20,18
Ar (аргон) 39,95
Kr (криптон) 83,80
Xe (ксенон) 131,30
Радон (радиоактивный, короткий период полураспада, но это газ)

Они могут присутствовать в атмосфере планеты, поскольку в основном химически неактивны. (Ксенон слабо реактивен).

Молекулы газа (неполярные)

CH4 (метан) 16,04
NH3 (аммиак) 17,03 C2H6 (этан) 30,07
PH3 (фосфин) 34,00
CO2 (двуокись углерода) 44,01
C3H8 (пропан)
44,10 C4H10 (бутан) 58,12
BF3 (трифторид бора) 67,80
SF6 (гексафторид серы 14,05 ) 44,01 C3H8 (пропан) 44,10 C4H10 (бутан)

(Я скажу больше об этом в ближайшее время).

Молекулы газа, полярные

HCN (цианистый водород) 27,03
CO (монооксид углерода) 28,01
NO (оксид азота) 30,01
H2S (сероводород) 34,08
HCl (хлороводород) 36,46
N2O (оксид азота) 44,01
NO2 (диоксид азота) 46,01
O3 (озон) 48,00
SO2 (сера ) диоксид) 64,06
CF2Cl2 (дихлордифторметан) 120,91 (лишь немного полярный) H2O (газ при правильной температуре и давлении)

Полярных молекул больше, чем неполярных, но, за исключением несколько странного CF2CL2, все полярные газы относительно легкие, причем SO2 является самым массивным, его молекулярная масса равна 64.

Вы упомянули метиламин, который в основном представляет собой аммиак (NH3), в котором один из атомов водорода заменен метильной (CH3) группой. NH2CH3.

Диметиламин (CH3)2NH также является газом при температуре около 7 градусов C и выше (точка кипения).

Игра с температурой и вариациями молекул газа (замена H на CH3, замена H на NH2, замена H на OH, но помните, что за кислород обычно говорят, как за идеальную 10 на танце, так что это не очень хорошо) , если нет жизни и источника кислорода (фотосинтез).

Точно так же серия «Ане», более точно называемая гидридами Группы 14 . Группа 14: углерод, кремний, германий, олово и свинец, а также гидриды, метан, силан, герман, станан, плюмбан. Все они полярны и все являются молекулами газа. Большинство из них очень реактивны с кислородом. Для метана требуется пламя, но остальные 4 легко реагируют с кислородом.

И когда температура повышается, вы добавляете новые газы, но тепло имеет тенденцию разрушать сложные химические процессы, так что есть небольшой компромисс. Нет простого ответа на вопрос, что может быть газом, а что нет, но можно начать со строительных блоков и замены. Хотя это не всегда работает. CO2 неполярен и является газом. SO2, несмотря на то, что кремний находится в углеродной группе, полярен и изогнут. Это не газ (это ближе к песку) с очень высокой температурой плавления.

Итак, разочаровывающий ответ заключается в том, что иногда вы можете пройти по колонке в периодической таблице и найти еще и еще газ, просто заменив его, а иногда нет. В случае SIO2 связи сильно отличаются от связей CO2, а температура плавления превышает 3000 градусов. Подробно объясняется в этом вопросе здесь .

Некоторые из серии Hexafouride интересны. 4 из них являются стабильными газами при температуре Земли и, как правило, достаточно нереактивны, чтобы дышать и звучать как Джеймс Эрл Джонс, когда вы говорите, но их вряд ли можно найти в атмосфере планеты, потому что они уязвимы для фоторасщепления и вряд ли быть реформированы в значительном количестве Другие молекулы, скорее всего, образуются.

И, конечно, у вас может быть планета с температурой поверхности 3000 градусов и всевозможными элементарными газами, см. крутую периодическую таблицу с температурным слайдом ) и при 6000 градусов все элементы в основном газы, но такая высокая температура разрушает любую сложную химию. так что вы не получите сложные молекулы. Кроме того, при таких высоких температурах экзо/эндотермическое направление больше не применимо. Молекулы имеют тенденцию формироваться вперед и назад в равновесном соотношении. Этот момент я помню из школы.

Что касается вопроса о Германе в Юпитере, то он поднимает некоторые другие вопросы, а как насчет других гидридов Группы 14? А Сатурн? Возможно, на Сатурне слишком мало металлического водорода, чтобы создать много германия.

Хитрость в целом заключается и в формировании, и в стабильности. Если газ имеет слишком короткий период полураспада (например, если он уязвим для фоторасщепления, как многие углеродные цепи), то он вряд ли продлится долго.

На Юпитере также есть бури и ветер, достаточно мощные, чтобы поднять некоторые элементы, которые не обязательно являются газом, например пыль, высоко в атмосферу, некоторые углеродные цепи, серу, фосфор и гидросульфид аммония (которые, несмотря на наличие температура кипения, точнее сказать, он разделяется на аммиак и сероводород при 56,6 градусах Цельсия, в холодных верхних облаках Юпитера эти два элемента могут соединиться в нечто вроде пыли. Технически это соль. Источник .

Извиняюсь, если увлекся. Я люблю думать об атмосферах планет. Не могу дождаться, когда JWST сделает снимки других солнечных систем.

Мой котенок пытается удалить то, что я написала, поэтому сейчас выложу - потом приберусь.