¿Qué está haciendo Germane en la atmósfera de Júpiter?

La cantidad de elementos específicos que se hunden dentro de un caldero planetario con variaciones de calor, térmicas y química, depende no solo de su densidad sino también de la química del elemento. Esta pregunta trata sobre el uranio en el núcleo de la Tierra y la respuesta principal sugiere (creo que correctamente) que esencialmente no hay uranio en el núcleo de la Tierra, está en gran parte en la corteza porque el uranio se oxida fácilmente, por lo que forma elementos más ligeros que no se hunden sino que se elevan con los silicatos. y basalto, que tiene una densidad (aproximadamente) similar. El uranio flota en el manto de la Tierra porque se une al oxígeno.

El oxígeno libre (O2) debería destruir cualquier germano, pero es probable que haya tan poco oxígeno libre en la atmósfera de Júpiter que el germano pueda estar presente (en una fracción de partes por mil millones; es muy raro en Júpiter, pero es detectable).

Además, dado el calor interno de Júpiter, termodinámicamente desfavorable no importa mucho. Hay suficiente calor para que la química tiende a operar más en equilibrio, y no siempre en la dirección exotérmica, como solemos ver en la mayoría de las reacciones naturales a las temperaturas que vemos en la Tierra.

Finalmente, y a riesgo de decir lo obvio, Germane es uno de esos gases pesados ​​"extraños", debido a la simetría eléctrica atómica, y porque es un gas, no un sólido y dadas las importantes corrientes térmicas de Júpiter, se mezcla en la atmósfera de Júpiter. Es probable que se congele en la atmósfera superior de Júpiter cuando hace demasiado frío, pero está presente en la atmósfera inferior, lo suficientemente presente como para ser detectado de todos modos. (Creo que es menos de 1 ppb). - Esa es una respuesta breve de todos modos. No he leído ninguno de los artículos recientes sobre esto. Todos son artículos de pago. Invito a cualquiera que los haya leído a dar una respuesta más detallada.

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Entonces, ¿qué diablos está haciendo allí, considerando que el germanio libre se hundiría y el hidrógeno libre flotaría?

Quiero agregar que los gases se comportan de manera diferente a los sólidos o líquidos. En química, a veces las cosas se mezclan y forman soluciones (como el agua y el alcohol), otras veces no y por capas (como el aceite y el agua).

Los gases son particularmente buenos para permanecer mezclados y no formar capas, especialmente donde hay viento y corrientes ascendentes.

¿Por qué no se mencionan montones de otros componentes simples en las discusiones sobre la atmósfera de Júpiter, como la metilamina?

Hay metilamina en la atmósfera de Júpiter. Saturno también. Este estudio de investigación menciona "bandas" de la misma. Este también lo comenta .

urea y ácido oxámico, por nombrar sólo algunos?

La urea es un sólido a temperatura ambiente. Se descompone cuando se derrite, por lo que no es estable como gas. Se derrite a 133-135 C. Es posible que nunca sea estable en Júpiter como gas, ya que ni siquiera es estable como líquido por encima de 135 C.

El ácido oxámico , ni siquiera es estable por sí mismo, es soluble en agua. También es abundante en oxígeno, y el oxígeno libre es raro en Júpiter.

Entonces, esos últimos 2 no son buenos ejemplos, ni es un gas estable en absoluto, Germane es estable en la atmósfera de Júpiter, aunque está presente en cantidades muy pequeñas.

Un punto importante a considerar con los gases traza en las atmósferas planetarias es la formación y la vida media. El metano, por ejemplo, no es estable en la atmósfera de la Tierra. Reacciona con el oxígeno, aunque a unos pocos cientos de partes por mil millones, es lo suficientemente raro como para que no reaccione mucho. El metano también se produce constantemente en los estómagos de los mamíferos (gas), pero también se destruye, reaccionando con el oxígeno cada vez que se acerca a una llama o un rayo, combinándose con el oxígeno para formar CO2 y agua. Tiene una vida media de alrededor de 10 a 15 años, pero debido a que se crea constantemente por medio de una digestión y descomposición incompletas, siempre está presente en nuestra atmósfera, en aproximadamente 1 parte por millón.

El CO2 tiene una vida media más larga en nuestra atmósfera, en su mayoría no se destruye, necesita ser expulsado por la lluvia. También está siendo constantemente reparado, destruido en la fotosíntesis y recreado por la respiración.

El punto de todo esto es que cualquier elemento traza en la atmósfera de un planeta debe tener una fuente de creación y una vida media de destrucción, si se quiere.

Una curiosa excepción en la Tierra es Argon. El argón es un subproducto de la descomposición radiactiva y, como gas noble, no reacciona con nada, por lo que se crea y permanece en nuestra atmósfera. Se crea lentamente, pero debido a que nunca se destruye, actualmente representa alrededor del 1% de nuestra atmósfera.

GeH4 sigue la misma pauta básica. Se crea dentro de Júpiter y es lo suficientemente estable en la atmósfera de Júpiter que su equilibrio entre creación y destrucción conduce a aproximadamente 1 parte por billón. No sé lo suficiente para decir cuál es su vida media atmosférica.

Como dijiste, hay "montones" de elementos en la atmósfera de Júpiter. Hay incontables más que NO están en su atmósfera. Para que un elemento esté presente en una atmósfera necesita cierto grado de estabilidad y alguna forma de creación.

Júpiter es casi un 90% de hidrógeno. No es práctico que su hidrógeno flote alrededor de los elementos más pesados. Piense en ello como un mar de hidrógeno, con otras cosas en el hidrógeno, algunas se mezclan y flotan, algunas se hunden, algunas reaccionan químicamente, pero el hidrógeno siempre está presente.

De todos modos, solo quise tocar algunos de los conceptos básicos y no dar una respuesta tan larga.

Quiero decir literalmente, ¿cómo lo averiguaste? ¿Qué buscaste en Google? Pregunto porque estoy tratando con cientos de compuestos y espero que haya encontrado una buena ubicación centralizada para información como esa.

Nos estamos saliendo un poco de las pautas aquí, pero brevemente, busqué la estructura molecular de cada uno de los compuestos que sugirió y no me parecieron gases. Parecían demasiado complejos y de forma torcida, por lo que sospeché desde el principio.

Pero la respuesta a tu pregunta es simplemente que revisé Wikipedia, que puede ser larga (Urea) o muy corta (Ácido oxálico), y no siempre 100% confiable. Una vez allí, hice una búsqueda de palabras para "punto de ebullición" y "punto de fusión" cuando no apareció el punto de ebullición. Para que cualquier molécula sea un gas, necesita un punto de ebullición, por lo que esa es la primera cosa rápida y fácil de buscar.

También puede buscar diagramas de fase , que son geniales, pero raros para cualquier cosa que no sean las moléculas más comunes.

Para el ácido oxálico, me equivoqué, es un sólido. Wikipedia solo lo mencionó en una solución acuosa. Este sitio le da un punto de fusión pero no un punto de ebullición, lo que me sugiere que no se convierte en gas o, al menos, no fácilmente. Tal vez en circunstancias muy especiales, tal vez en un tanque de presión lleno de gases nobles, pero solo estoy especulando.

Buscar en Google "punto de fusión" "punto de ebullición", junto al nombre del elemento, no es brillante, pero puede proporcionar una respuesta rápida.

Adición más larga:

Los gases tienden a ser moléculas más pequeñas, gases nobles o, cuando son más masivos, necesitan ser simétricos. Un químico probablemente no lo diría de esa manera, pero esa es la esencia.

Tome la línea 2 de la tabla periódica, Litio (número 3) a Florine (número 9), ignorando los gases nobles por ahora. Estos átomos tienen 4 orbitales de pares de electrones en su capa externa que quieren formar un tetraedro. El CO2 tiene 2 enlaces dobles, lo que lo convierte en una línea recta o no polar es el término químico. Usé la palabra simétrico en mi respuesta inicial. No polar es, creo, más correcto.

Esa falta de polaridad o simetría es la razón por la cual el CO2 no se une fácilmente con otras cosas, porque es una línea recta, con cargas iguales en cada extremo. porque no se une fácilmente con otras moléculas, es un gas a temperatura relativamente baja. El CH4, aunque es un tetraedro, no una línea, tampoco es polar y tiene la misma carga en todos los lados, por lo que también sigue siendo un gas a temperaturas bastante frías.

El agua (H20) es diferente. El oxígeno comparte 2 enlaces simples o pares de electrones con el hidrógeno, llena sus otros 2 pares de electrones externos, por lo que tiene una forma doblada y es polar. Esta polaridad le da al H20 un lado con carga positiva y un lado con carga negativa. Esa polaridad lo ayuda a vincularse consigo mismo. Es por eso que el agua se mantiene húmeda o congelada a una temperatura mucho más cálida que las moléculas de masa similar como el CH4 y las moléculas más pesadas como el CO2.

Para un gas, la no polaridad ayuda. Un triángulo recto o tetraédrico, o plano o poliédrico de seis lados (una especie de forma de cubo) y algunas cadenas de carbono son, hasta donde yo sé, las únicas opciones para la no polaridad. Las moléculas polares muy ligeras también pueden ser moléculas de gas. Todo esto varía un poco con la temperatura y la presión, por lo que no hay respuestas exactas.

Gases comunes a temperatura ambiente. - tenga en cuenta que esta no es una lista completa.

Los recurriré y agregaré algunos.

gases elementales

H2 (hidrógeno) 2,02 N2 (nitrógeno) 28,01
O2 (oxígeno) 32,00
F2 (flúor) 38,00
Cl2 (cloro) 70,91
BR2 (bromo) - a unos 60 grados C. I2 (yodo) - a unos 180 grados C. AT2 (Astato) ) - a unos 337 grados C.

Vale la pena señalar que todos estos, con la excepción del hidrógeno y el nitrógeno, se unen más fácilmente con otros elementos y es poco probable que estén presentes en una atmósfera planetaria. (La fotosíntesis que crea O2 es una excepción a esta regla).

Gases nobles

He (helio) 4,00
Ne (neón) 20,18
Ar (argón) 39,95
Kr (criptón) 83,80
Xe (xenón) 131,30
Radón (radioactivo, vida media corta, pero es un gas)

Estos pueden estar presentes en la atmósfera de un planeta, ya que en su mayoría son químicamente inactivos. (El xenón es ligeramente reactivo).

Moléculas de gas (no polares)

CH4 (metano) 16,04
NH3 (amoniaco) 17,03 C2H6 (etano)
30,07 PH3 (fosfina) 34,00
CO2 (dióxido de carbono) 44,01
C3H8 (propano) 44,10
C4H10 (butano) 58,12
BF3 (trifluoruro de boro) 67,80
SF6 (hexafluoruro de azufre) 146,05

(Diré más sobre esto en breve).

Moléculas de gas, polares

HCN (cianuro de hidrógeno) 27,03
CO (monóxido de carbono) 28,01
NO (óxido de nitrógeno) 30,01
H2S (sulfuro de hidrógeno) 34,08
HCl (cloruro de hidrógeno) 36,46
N2O (óxido de dinitrógeno) 44,01
NO2 (dióxido de nitrógeno) 46,01
O3 (ozono) 48,00
SO2 (azufre ) dióxido de carbono) 64,06
CF2Cl2 (diclorodifluorometano) 120,91 (sólo un poco polar) H20 (un gas a temperatura y presión adecuadas)

Hay más moléculas polares que no polares, pero fuera del algo extraño CF2CL2, todos los gases polares son relativamente ligeros, siendo el SO2 el peso molecular más masivo de 64.

Usted mencionó la metilamina, que es básicamente amoníaco (NH3), donde uno de los hidrógenos se reemplaza por un grupo metilo (CH3). NH2CH3.

La dimetilamina (CH3)2NH también es un gas a aproximadamente 7 grados C y más (punto de ebullición).

Jugando con la temperatura y las variaciones en las moléculas de gas (reemplazando H con CH3, reemplazando H con NH2, reemplazando H con OH, pero recuerda, se tiende a hablar de oxígeno, como un 10 perfecto en un baile, por lo que no es bueno). , a menos que haya vida y una fuente de oxígeno (fotosíntesis).

De manera similar, la serie "Ane", más exactamente llamada hidruros del Grupo 14 . Grupo 14: carbono, silicio, germanio, estaño y plomo, y los hidruros, metano, silano, germano, estanano, plomo. Todos estos son polares y todos son moléculas de gas. La mayoría son muy reactivos con el oxígeno. El metano requiere una llama, pero los otros 4 reaccionan con el oxígeno con bastante facilidad.

Y a medida que aumenta la temperatura, agrega nuevos gases, pero el calor tiende a destruir la química compleja, por lo que hay un poco de compensación. No hay una respuesta fácil sobre qué podría ser un gas y qué no, pero comenzar con los componentes básicos y el intercambio podría ser un punto de partida. Aunque eso no siempre funciona. El CO2 no es polar y es un gas. El SO2, aunque el silicio está en el grupo del carbono, es polar y doblado. No es un gas (está más cerca de la arena) con un punto de fusión muy alto.

Por lo tanto, la respuesta decepcionante es que, a veces, puedes bajar en la columna de la tabla periódica y encontrar otro y otro gas simplemente reemplazándolo y, a veces, no puedes. En el caso del SIO2, los enlaces son muy diferentes a los del CO2 y el punto de fusión supera los 3.000 grados. Explicado en detalle en esta pregunta aquí .

Parte de la serie Hexafluoride es interesante. 4 de ellos son gases estables a la temperatura de la Tierra y, en general, no son lo suficientemente reactivos como para respirar y suenan como James Earl Jones cuando hablas, pero no es probable que se encuentren en la atmósfera de un planeta porque son vulnerables a la fotodesintegración y no es probable que reformarse en cantidades significativas Es más probable que se formen otras moléculas.

Y, por supuesto, podría tener un planeta con una temperatura superficial de 3000 grados y todo tipo de gases elementales (consulte la tabla periódica genial con diapositiva de temperatura ) y a 6000 grados, todos los elementos son básicamente gases, pero una temperatura tan alta destruye cualquier química compleja. para que no obtengas moléculas complejas. Además, a temperaturas tan altas, la dirección exo/endotérmica ya no es aplicable. Las moléculas tienden a formarse de un lado a otro en una relación de equilibrio. Eso lo recuerdo de la escuela.

Sobre la pregunta de Germane en Júpiter, plantea algunas otras preguntas, ¿qué pasa con los otros hidruros del Grupo 14? ¿Qué pasa con Saturno? Es posible que Saturno tenga muy poco hidrógeno metálico para crear mucho Germane.

El truco en general es tanto la formación como la estabilidad. Si un gas tiene una vida media demasiado corta (por ejemplo, si es vulnerable a la fotodesintegración como lo son muchas cadenas de carbono), es probable que no dure.

Júpiter también tiene tormentas y vientos lo suficientemente poderosos como para traer algunos elementos que no son necesariamente gas, como el polvo en cierto sentido, en lo alto de su atmósfera, algunas cadenas de carbono, azufre y fósforo e hidrosulfuro de amonio (que, a pesar de tener un punto de ebullición, es más exacto decir que se separa en amoníaco y sulfuro de hidrógeno a 56,6 grados C, en las frías nubes superiores de Júpiter, los dos elementos podrían combinarse, en algo así como un polvo. Técnicamente es una sal. Fuente .

Disculpas si me dejé llevar. Me encanta pensar en atmósferas planetarias. No puedo esperar hasta que el JWST obtenga una imagen de algunos en otros sistemas solares.

Mi gatito está tratando de borrar lo que escribí, así que lo publicaré ahora, lo arreglaré más tarde.