Was macht Germane in der Atmosphäre des Jupiters?

Wie viel bestimmte Elemente in einem planetaren Kessel mit Variationen von Hitze und Thermik und Chemie sinken, hängt nicht nur von ihrer Dichte ab, sondern auch von der Chemie des Elements. Diese Frage behandelt Uran im Erdkern und die oberste Antwort legt nahe (ich glaube richtig), dass es im Erdkern im Wesentlichen kein Uran gibt. Es befindet sich größtenteils in der Kruste, da Uran leicht oxidiert und daher leichtere Elemente bildet, die nicht sinken, sondern mit den Silikaten aufsteigen und Basalt mit (ungefähr) ähnlicher Dichte. Uran schwimmt im Erdmantel, weil es Sauerstoff bindet.

Freier Sauerstoff (O2) sollte jeden Germanen zerstören, aber es gibt wahrscheinlich so wenig freien Sauerstoff in Jupiters Atmosphäre, dass der Germane vorhanden sein kann (in einem Bruchteil von Teilen pro Milliarde - es ist sehr selten auf Jupiter, aber es ist nachweisbar).

Auch thermodynamisch ungünstig spielt angesichts der inneren Hitze des Jupiter keine große Rolle. Es gibt genug Wärme, dass die Chemie dazu neigt, eher in einem Gleichgewichtsgleichgewicht zu arbeiten und nicht immer in der exothermen Richtung, wie wir es normalerweise bei den meisten natürlichen Reaktionen bei Temperaturen sehen, die wir auf der Erde sehen.

Schließlich, und auf die Gefahr hin, das Offensichtliche zu sagen, ist Germane aufgrund der atomaren elektrischen Symmetrie eines dieser "seltsamen" schweren Gase, und weil es ein Gas ist, kein Feststoff, und angesichts der erheblichen thermischen Strömungen von Jupiter, mischt es sich in Jupiters Atmosphäre. Es friert wahrscheinlich aus Jupiters oberer Atmosphäre aus, wenn es zu kalt wird, aber es ist in der unteren Atmosphäre vorhanden, ausreichend vorhanden, um trotzdem entdeckt zu werden. (Ich denke, es ist weniger als 1 ppb). - Das ist sowieso eine kurze Antwort. Ich habe keinen der letzten Artikel dazu gelesen. Sie sind alle Lohnartikel. Ich bitte jeden, der sie gelesen hat, eine ausführlichere Antwort zu geben.

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Also, was zum Teufel macht es dort, wenn man bedenkt, dass freies Germanium sinken und freier Wasserstoff schwimmen würde?

Ich möchte hinzufügen, dass sich Gase anders verhalten als Feststoffe oder Flüssigkeiten. In der Chemie mischen sich manchmal Dinge und bilden Lösungen (wie Wasser und Alkohol), manchmal nicht und für Schichten (wie Öl und Wasser).

Gase sind besonders gut darin, gemischt zu bleiben und sich nicht zu schichten, besonders wenn Wind und Aufwinde vorhanden sind.

Warum werden in Diskussionen über Jupiters Atmosphäre nicht Unmengen anderer einfacher Komponenten wie Methylamin erwähnt?

Es gibt Methylamin in Jupiters Atmosphäre. Saturn auch. Diese Forschungsstudie erwähnt "Bands" davon. Dieser diskutiert es auch .

Harnstoff und Oxaminsäure, um nur einige zu nennen?

Harnstoff ist bei Raumtemperatur ein Feststoff. Es zersetzt sich beim Schmelzen und ist daher nicht gasstabil. Es schmilzt bei 133-135 C. Es könnte auf Jupiter niemals als Gas stabil sein, da es nicht einmal als Flüssigkeit über 135 C stabil ist.

Oxaminsäure ist von sich aus nicht einmal stabil, sie ist wasserlöslich. Es ist auch reichlich Sauerstoff vorhanden, und freier Sauerstoff ist auf Jupiter selten.

Die letzten 2 sind also keine guten Beispiele, und auch kein stabiles Gas, Germane ist in der Atmosphäre des Jupiters stabil, obwohl es in sehr geringen Mengen vorhanden ist.

Ein wichtiger Punkt, der bei Spurengasen in Planetenatmosphären zu berücksichtigen ist, ist die Bildung und Halbwertszeit. Methan zum Beispiel ist in der Erdatmosphäre nicht stabil. Es reagiert mit Sauerstoff, obwohl es bei einigen hundert Teilen pro Milliarde selten genug ist, dass es nicht viel reagiert. Methan wird auch ständig in den Mägen von Säugetieren (Gas) produziert, aber es wird auch zerstört, indem es mit Sauerstoff reagiert, wenn es sich einer Flamme oder einem Blitz nähert, und sich mit Sauerstoff verbindet, um CO2 und Wasser zu bilden. Es hat eine Halbwertszeit von etwa 10-15 Jahren, aber weil es ständig durch unvollständige Verdauung und Zersetzung entsteht, ist es immer in unserer Atmosphäre vorhanden - in etwa 1 Teil pro Million.

CO2 hat in unserer Atmosphäre eine längere Halbwertszeit, meist wird es nicht zerstört, es muss ausgeregnet werden. Es wird auch ständig resperiert, in der Photosynthese zerstört und durch Atmung neu erstellt.

Der Punkt von all dem ist, dass jedes Spurenelement in der Atmosphäre eines Planeten eine Quelle der Schöpfung und eine Halbwertszeit der Zerstörung haben muss, wenn Sie so wollen.

Eine merkwürdige Ausnahme auf der Erde ist Argon. Argon ist ein Nebenprodukt des radioaktiven Zerfalls und als Edelgas reagiert es mit nichts, also entsteht es und bleibt einfach in unserer Atmosphäre. Es entsteht langsam, aber weil es nie zerstört wird, macht es derzeit etwa 1 % unserer Atmosphäre aus.

GeH4 folgt der gleichen grundlegenden Richtlinie. Es wird im Jupiter erzeugt und ist in Jupiters Atmosphäre stabil genug, dass sein Gleichgewicht zwischen Schöpfung und Zerstörung zu etwa 1 Teil pro Milliarde führt. Ich weiß nicht annähernd genug, um zu sagen, was die atmosphärische Halbwertszeit ist.

Wie Sie sagten, gibt es in Jupiters Atmosphäre „Schwärme“ von Elementen. Es gibt unzählige weitere, die sich NICHT in seiner Atmosphäre befinden. Damit ein Element in einer Atmosphäre vorhanden ist, braucht es ein gewisses Maß an Stabilität und eine Form der Schöpfung.

Jupiter besteht zu fast 90 % aus Wasserstoff. Es ist nicht praktikabel, dass sein Wasserstoff um die schwereren Elemente schwebt. Stellen Sie es sich als ein Meer aus Wasserstoff vor, mit anderen Stoffen im Wasserstoff, einige mischen und schwimmen, einige sinken, einige reagieren chemisch, aber der Wasserstoff ist immer vorhanden.

Wie auch immer, ich wollte nur einige der Grundlagen anreißen und nicht so lange darauf antworten.

Ich meine wörtlich, wie hast du es herausgefunden? Was hast du gegoogelt? Ich frage, weil ich es mit Hunderten von Verbindungen zu tun habe und ich hoffe, Sie haben einen schönen zentralen Ort für solche Informationen gefunden.

Wir kommen hier etwas außerhalb der Richtlinien, aber kurz, ich habe die molekulare Struktur jeder der von Ihnen vorgeschlagenen Verbindungen nachgeschlagen und sie sahen für mich nicht wie Gase aus. Sie sahen zu komplex und schief aus, also war ich von Anfang an misstrauisch.

Aber die Antwort auf Ihre Frage ist einfach, dass ich Wikipedia überprüft habe, das lang (Harnstoff) oder sehr kurz (Oxalsäure) und nicht immer 100% zuverlässig sein kann. Dort angekommen habe ich eine Wortsuche nach "Siedepunkt" und "Schmelzpunkt" durchgeführt, als der Siedepunkt nicht auftauchte. Damit ein Molekül ein Gas ist, braucht es einen Siedepunkt, also ist das die erste schnelle und einfache Suche.

Sie können auch nach Phasendiagrammen suchen , die großartig, aber selten für alles andere als die häufigsten Moleküle sind.

Bei Oxalsäure habe ich mich geirrt, es ist ein Feststoff. Wikipedia erwähnte es nur in einer wässrigen Lösung. Diese Seite gibt ihm einen Schmelzpunkt, aber keinen Siedepunkt, was mir nahelegt, dass es als Gas nicht oder zumindest nicht leicht zu machen ist. Vielleicht unter sehr speziellen Umständen, vielleicht in einem mit Edelgasen gefüllten Drucktank, aber ich spekuliere nur.

"Schmelzpunkt" "Siedepunkt" neben dem Namen des Elements zu googeln ist nicht brillant, kann aber eine schnelle Antwort liefern.

Längerer Zusatz:

Gase sind in der Regel kleinere Moleküle, Edelgase oder, wenn sie massiver sind, müssen sie symmetrisch sein. Ein Chemiker würde es wahrscheinlich nicht so ausdrücken, aber das ist die Quintessenz.

Nehmen Sie Zeile 2 des Periodensystems, Lithium (Nummer 3) bis Florin (Nummer 9) – ignorieren Sie vorerst Edelgase. Diese Atome haben in ihrer äußeren Schale 4 Elektronenpaarorbitale, die einen Tetraeder bilden wollen. CO2 hat 2 Doppelbindungen - es ist also eine gerade Linie oder unpolar ist der chemische Begriff. Ich habe das Wort symmetrisch in meiner ersten Antwort verwendet. Unpolar ist meiner Meinung nach richtiger.

Diese Unpolarität oder Symmetrie ist der Grund, warum sich CO2 nicht leicht mit anderen Dingen verbindet, weil es eine gerade Linie mit gleichen Ladungen an jedem Ende ist. Da es sich nicht leicht mit anderen Molekülen verbindet, ist es ein Gas mit relativ niedriger Temperatur. CH4 ist zwar ein Tetraeder, keine Linie, aber auch unpolar und auf allen Seiten gleich geladen, so dass es auch bei ziemlich kalten Temperaturen ein Gas bleibt.

Wasser (H20) ist anders. Sauerstoff teilt 2 Einfachbindungen oder Elektronenpaare mit Wasserstoff, er füllt seine anderen 2 äußeren Elektronenpaare selbst, also hat er eine gebogene Form und ist polar. Diese Polarität gibt H20 eine Seite mit positiver Ladung und eine Seite mit negativer Ladung. Diese Polarität hilft ihm, sich mit sich selbst zu verbinden. Aus diesem Grund bleibt Wasser bei viel wärmerer Temperatur nass oder Eis als Moleküle mit ähnlicher Masse wie CH4 und schwerere Moleküle wie CO2.

Bei einem Gas hilft Unpolarität. Ein gerades oder tetraedrisches oder flaches Dreieck oder sechsseitiges Polyeder (eine Art Würfelform) und ein paar Kohlenstoffketten sind meines Wissens die einzigen Optionen für Nichtpolarität. Auch sehr leichte, polare Moleküle können Gasmoleküle sein. All dies variiert etwas mit Temperatur und Druck, daher gibt es keine genauen Antworten.

Übliche Gase bei Raumtemperatur. - Beachten Sie, dass dies keine vollständige Liste ist.

Ich werde sie umsortieren und ein paar hinzufügen.

Elementare Gase

H2 (Wasserstoff) 2,02 N2 (Stickstoff) 28,01
O2 (Sauerstoff) 32,00
F2 (Fluor) 38,00
Cl2 (Chlor) 70,91
BR2 (Brom) – bei etwa 60 Grad C. I2 (Jod) – bei etwa 180 Grad C. AT2 (Astatin ) - bei etwa 337 Grad C.

Es ist erwähnenswert, dass alle diese, mit Ausnahme von Wasserstoff und Stickstoff, sich leichter mit anderen Elementen verbinden und wahrscheinlich nicht in einer Planetenatmosphäre vorhanden sind. (Die Photosynthese, die O2 erzeugt, ist eine Ausnahme von dieser Regel).

Edelgase

He (Helium) 4,00
Ne (Neon) 20,18
Ar (Argon) 39,95
Kr (Krypton) 83,80
Xe (Xenon) 131,30
Radon (radioaktiv, kurze Halbwertszeit, aber es ist ein Gas)

Diese können in der Atmosphäre eines Planeten vorhanden sein, da sie größtenteils chemisch inaktiv sind. (Xenon ist leicht reaktiv).

Gasmoleküle (unpolar)

CH4 (Methan) 16,04
NH3 (Ammoniak) 17,03 C2H6 (Ethan) 30,07
PH3 (Phosphin) 34,00
CO2 (Kohlendioxid) 44,01
C3H8 (Propan) 44,10
C4H10 (Butan) 58,12
BF3 (Bortrifluorid) 67,80
SF6 (Schwefelhexafluorid) 146

(Ich werde in Kürze mehr darüber sagen).

Gasmoleküle, polar

HCN (Cyanwasserstoff) 27,03
CO (Kohlenmonoxid) 28,01
NO (Stickoxid) 30,01
H2S (Schwefelwasserstoff) 34,08
HCl (Chlorwasserstoff) 36,46
N2O (Distickstoffoxid) 44,01
NO2 (Stickstoffdioxid) 46,01
O3 (Ozon) 48,00
SO2 (Schwefel Kohlendioxid) 64,06
CF2Cl2 (Dichlordifluormethan) 120,91 (nur wenig polar) H20 (ein Gas bei richtiger Temperatur und richtigem Druck)

Es gibt mehr polare als unpolare Moleküle, aber außer dem etwas seltsamen CF2CL2 sind alle polaren Gase relativ leicht, wobei SO2 mit einem Molekulargewicht von 64 das massereichste ist.

Sie haben Methylamin erwähnt, bei dem es sich im Grunde um Ammoniak (NH3) handelt, bei dem einer der Wasserstoffatome durch eine Methylgruppe (CH3) ersetzt ist. NH2CH3.

DiMethylamin (CH3)2NH ist bei etwa 7 Grad C und darüber (Siedepunkt) ebenfalls ein Gas.

Herumspielen mit Temperatur und Variationen der Gasmoleküle (Ersetzen von H durch CH3, Ersetzen von H durch NH2, Ersetzen von H durch OH, aber denken Sie daran, für Sauerstoff wird tendenziell gesprochen, wie für eine perfekte 10 bei einem Tanz, also ist das nicht gut , es sei denn, es gibt Leben und eine Sauerstoffquelle (Photosynthese).

Ähnlich die "Ane"-Serie, genauer gesagt die Hydride der Gruppe 14 . Gruppe 14: Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Zinn und Blei und die Hydride, Methan, Silan, Germane, Stanane, Plumbane. Alle diese sind polar und alle sind Gasmoleküle. Die meisten sind sehr reaktiv mit Sauerstoff. Methan benötigt eine Flamme, aber die anderen 4 reagieren ziemlich leicht mit Sauerstoff.

Und wenn die Temperatur steigt, fügen Sie neue Gase hinzu, aber Hitze neigt dazu, komplexe Chemie zu zerstören, also gibt es einen kleinen Kompromiss. Es gibt keine einfache Antwort darauf, was ein Gas sein könnte und was nicht, aber mit den Bausteinen zu beginnen und auszutauschen, könnte ein Anfang sein. Das klappt aber nicht immer. CO2 ist unpolar und ein Gas. SO2 ist, obwohl Silizium in der Kohlenstoffgruppe ist, polar und gebogen. Es ist kein Gas (es ist näher an Sand) mit einem sehr hohen Schmelzpunkt.

Die enttäuschende Antwort ist also, manchmal kann man die Spalte im Periodensystem nach unten gehen und ein anderes und ein anderes Gas einfach durch Ersetzen finden, und manchmal nicht. Bei SIO2 sind die Bindungen ganz anders als bei CO2 und der Schmelzpunkt liegt bei über 3.000 Grad. Ausführlich in dieser Frage hier erklärt .

Einige der Hexaflouride-Reihen sind interessant. 4 von ihnen sind bei Erdtemperatur stabile Gase und im Allgemeinen nicht reaktiv genug, um zu atmen und wie James Earl Jones zu klingen, wenn Sie sprechen, aber sie werden wahrscheinlich nicht in der Atmosphäre eines Planeten gefunden, da sie anfällig für Photodesintigration sind und dies wahrscheinlich nicht tun in beträchtlicher Zahl neu gebildet werden. Es ist wahrscheinlicher, dass sich andere Moleküle bilden.

Und natürlich könnten Sie einen Planeten mit einer Oberflächentemperatur von 3.000 Grad und allen möglichen elementaren Gasen haben, siehe kühles Periodensystem mit Temperaturrutsche ) und bei 6.000 Grad sind alle Elemente im Grunde Gase, aber eine so hohe Temperatur zerstört jede komplexe Chemie Sie erhalten also keine komplexen Moleküle. Außerdem ist bei so hohen Temperaturen die exo/endothermische Richtung nicht mehr anwendbar. Moleküle neigen dazu, sich in einem Gleichgewichtsverhältnis hin und her zu bilden. Daran erinnere ich mich aus der Schule.

In Bezug auf die Germane in Jupiter-Frage wirft es einige andere Fragen auf, was ist mit den anderen Hydriden der Gruppe 14? Was ist mit Saturn? Es ist möglich, dass Saturn zu wenig metallischen Wasserstoff hat, um viel Germane zu erzeugen.

Der Trick im Allgemeinen ist sowohl Formation als auch Stabilität. Wenn ein Gas eine zu kurze Halbwertszeit hat (z. B. wenn es anfällig für Photozersetzung ist, wie es viele Kohlenstoffketten sind), ist es wahrscheinlich nicht von Dauer.

Jupiter hat auch Stürme und Wind, die stark genug sind, um einige Elemente hochzubringen, die nicht unbedingt Gas sind - wie Staub in gewisser Weise hoch in seine Atmosphäre, einige Kohlenstoffketten, Schwefel und Phosphor und Ammoniumhydrosulfid (die, obwohl sie es haben ein Siedepunkt, genauer gesagt trennt es sich bei 56,6 Grad C in Ammoniak und Schwefelwasserstoff, in den kalten oberen Wolken des Jupiters könnten sich die beiden Elemente zu etwas wie einem Staub verbinden. Technisch gesehen ist es ein Salz. Quelle .

Entschuldigung, wenn ich mitgerissen wurde. Ich liebe es, über Planetenatmosphären nachzudenken. Ich kann es kaum erwarten, bis das JWST ein Bild von einigen in anderen Sonnensystemen bekommt.

Mein Kätzchen versucht zu löschen, was ich geschrieben habe, also werde ich es jetzt posten - werde später aufräumen.