Toinen vakauden saareke: superraskasta vettä

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Voitaisiin kuvitella että joskus vuonna X syntetisoidaan keinotekoisesti toisen vakauden saarekkeen alkuaineita, joista osan erityisominaisuutena on mm. äärimmäinen tiheys(esim. 30-60g/cm3). Jos oletetaan että näistä raskaammista alkuaineista voitaisiin tuottaa vedyn ja hapen palamisreaktion lopptuloksena syntyvän veden kaltaista yksinkertaista yhdistettä, joka ei kuitenkaan koostuisi vedystä ja hapesta vaan alkuaineista X(2?)Y.

Mitkä olisivat edellytykset että lopputuloksena syntyvä yhdiste olisi muutoin jotakuinkin veden kaltaista(nestemäistä näissä normaalilämpötiloissa, jäätyy ja höyrystyy) mutta erittäin tiheää?

Kommentit (14)

Vierailija

Kysymys on minulle liian vaikea, mutta puran sitä vähän osiin: Mitä atomimassaa tuo tiheys vastaisi ja millainen relaatio atomimassalla ja tiheydellä ylipäätään on? Elektronien orbitaalit aiheuttavat jotain rajoituksia aineiden ominaisuuksille, mutta ilmeisesti teoreettisen rajan allekin jää reilusti tilaa.

Wikipedia
...simplistic interpretation of the relativistic Dirac equation runs into problems with electron orbitals at Z > 1/α = 137, suggesting that neutral atoms cannot exist beyond element 137, and that a periodic table of elements based on electron orbitals therefore breaks down at this point. However, a more rigorous analysis calculates the limit to be Z ≈ 173.
Vierailija

Tuohan on toki teoriaa - atomien sisällä suurin osa on tyhjää ja sinne kyllä mahtuu aika helvetin iso ydin & vaikka kuinka monta kerrosta elektroneille lisää.

En tarkkaan osaa atomimassaa sanoa mutta tuonne aikas yläpäähän se kyllä sijoittuisi.

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009

Molekyylien välisten sidosten tulee olla sopivan voimakkaat. Vedessä on voimakkaat vetysidokset sitomassa molekyylit nesteeksi huoneen lämmössä. Esimerkiksi hyvin samankaltaisella molekyylillä metaanilla ei ole kykyä muodostaa vetysidoksia ja siksi se on huoneenlämpötilassa kaasu.
Koska raskailla alkuaineilla on paljon elektroneja muodostamassa hetkellisiä dipoleja, on molekyylien välillä voimakkaat Van der Waals voimat. Tämän vuoksi yksinkertaiset superraskaat molekyylit voivat sulaa vasta korkeammassa lämpötilassa — siis tuurilla olla nestemäiset huoneenlämpötilassa. Toinen asia onkin, sublimoituuko tälläinen yhdiste normaalissa ilmanpaineessa suoraan kiinteästä kaasuksi. Siihen en osaa ottaa kantaa.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26840
Liittynyt16.3.2005
linkki
Kysymys on minulle liian vaikea, mutta puran sitä vähän osiin: Mitä atomimassaa tuo tiheys vastaisi ja millainen relaatio atomimassalla ja tiheydellä ylipäätään on?



Tieys riippuu elektronirakenteesta, mutta sillä on yleinen taipumus kasvaa atomimassan kasvaessa. Raudan läheisten metallien tiheydet ovat yleensä noin 7000-9000 kg/m^3, Wolframi, kulta, uraani -alueella ollaan jo tuplatiheydessä. Muistaakseni näin jossain arvion, että atomimassan 120 ympärillä metallien tiheydet ovat luokkaa 40000 kg/m^2.

Elektronien orbitaalit aiheuttavat jotain rajoituksia aineiden ominaisuuksille, mutta ilmeisesti teoreettisen rajan allekin jää reilusti tilaa.



Elektronitilat käytännössä määräävät kaikki aineiden arkiset ominaisuudet. Superraskaiden alkuaineiden kemiaa on kai yritetty ennustaa laskennallisesti, mutta kun toista sataa elektronia vuorovaiukuttaa toistensa kanssa, laskut menevät äärimmäisen hankaliksi. Sitten pitää approksimoida jotain, ja se on vaikeaa ilman ainuttakaan mittaustulosta tuollaisista aineista. Linkkejä löytyy Googlella, etsin joskus ihan kiinnostuksen vuoksi.

Wikipedia
...simplistic interpretation of the relativistic Dirac equation runs into problems with electron orbitals at Z > 1/α = 137, ...



No tuossa tapauksessa heitetään simplistic-mallit romukoppaan ja aletaan oikeasti laskea. Jos osataan, tietysti. Ne tietysti kokeilevat, joille se on käytännössä mahdollista. Alkeellisten approksimaatioden perusteella on turha inttää, että joku asia olisi mahdotonta. Jos lasketaan klassisen sähkömagnetiikan kaavoilla, vetyatomia monimutkaisemmat kemialliset atomit tai yhdisteet ovat epästabiileja.

Mitkä olisivat edellytykset että lopputuloksena syntyvä yhdiste olisi muutoin jotakuinkin veden kaltaista(nestemäistä näissä normaalilämpötiloissa, jäätyy ja höyrystyy) mutta erittäin tiheää?



Superraskaat alkuaineet (110-120) ovat ilmeisesti varsin metallisia ominaisuuksiltaan. Niiden sulamislämpötilat lienevät matalahkoja, mutta todennäköisesti ne ovat huoneenlämmössä kiinteitä (paitsi ehkä 118, joka on jalokaasuryhmässä). Ne ovat varsin reaktiivisia, esimerkiksi hapen kanssa. Niiden keskinäiset yhdisteet lienevät myös metallisia aineita, niin kuin metalleilla yleensä. Tarkempia fysikaalisia ominaisuuksia, esimerkiksi olomuotoja huoneen lämpötilassa, tuollaisille yhdisteille ei liene laskettu, koska alkuaineidenkin ominaisuuksien laskeminen on raskas ja epävarma prosessi. Usein metalliseosten sulamispiste on alhaisempi kuin kummankaan metallin puhtaana, joten tuskin se on mahdoton ajatus, että sellainen aine olisi neste. Toinen ongelma on tietysti se, että jos tuollaista superraskaiden metallien seosta jotenkin onnistuttaisiinkin syntetisoimaan, radioaktiivinen hajoaminen pitäisi sen lämpötilan aivan muissa lukemissa.

Lähde: sekalaiset artikkelit, joita joskus netistä löysin, ja omat johtopäätökset niistä.

Vierailija
Neutroni

Elektronien orbitaalit aiheuttavat jotain rajoituksia aineiden ominaisuuksille, mutta ilmeisesti teoreettisen rajan allekin jää reilusti tilaa.



Elektronitilat käytännössä määräävät kaikki aineiden arkiset ominaisuudet.

Niin, tiedän. Kommentti viittasi tuohon sähköiseen neutraliuteen.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26840
Liittynyt16.3.2005
Bushmaster
Elohopea on poikkeus?



Poikkeus mistä? Sen sulamispiste on alhainen, mutta muuten se on tyypillinen tiheä raskasmetalli. Siihen sulamispisteeseenkin oli joku järkeenkäypä ryhmälle tyypillisestä elektronikonfiguraatiosta seuraava syy, mutta en muista sitä.

Vierailija

Elohopean nestemäisyys johtuu suhteellisuusteoreettisista ilmiöistä. Koska s-elektronit ytimen lähellä käydessään kiihtyvät lähes valon nopeuteen, niiden massa tällöin kasvaa ja siksi Bohrin säde pienenee ja elektronien sidosenergia kasvaa. Elohopean elektronikonfiguraatio on 6s2. Tämä voimakkaasti ytimeen sidottu elektronikuori on täysi ja siksi elohopea on 'miltei jalokaasu'. Koska 6s- ja 6p-vyöt peittävät toisiaan, se on kuitenkin metalli, mutta atomien koheesioenergia on pieni verrattuna kadmiumiin, jota voidaan likimain pitää 'epärelativistisena elohopeana'.
http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/p ... aisyys.htm

Vierailija
fenomenologi
Elohopean nestemäisyys johtuu suhteellisuusteoreettisista ilmiöistä. Koska s-elektronit ytimen lähellä käydessään kiihtyvät lähes valon nopeuteen, niiden massa tällöin kasvaa ja siksi Bohrin säde pienenee ja elektronien sidosenergia kasvaa. Elohopean elektronikonfiguraatio on 6s2. Tämä voimakkaasti ytimeen sidottu elektronikuori on täysi ja siksi elohopea on 'miltei jalokaasu'. Koska 6s- ja 6p-vyöt peittävät toisiaan, se on kuitenkin metalli, mutta atomien koheesioenergia on pieni verrattuna kadmiumiin, jota voidaan likimain pitää 'epärelativistisena elohopeana'.
http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/p ... aisyys.htm



Tarviiko sinun nuita itsestäänselvyyksiä tulla tänne jaarittelemaan.

Vierailija
Bushmaster
Voitaisiin kuvitella että joskus vuonna X syntetisoidaan keinotekoisesti toisen vakauden saarekkeen alkuaineita, joista osan erityisominaisuutena on mm. äärimmäinen tiheys(esim. 30-60g/cm3). Jos oletetaan että näistä raskaammista alkuaineista voitaisiin tuottaa vedyn ja hapen palamisreaktion lopptuloksena syntyvän veden kaltaista yksinkertaista yhdistettä, joka ei kuitenkaan koostuisi vedystä ja hapesta vaan alkuaineista X(2?)Y.

Mitkä olisivat edellytykset että lopputuloksena syntyvä yhdiste olisi muutoin jotakuinkin veden kaltaista(nestemäistä näissä normaalilämpötiloissa, jäätyy ja höyrystyy) mutta erittäin tiheää?




Tähän kysymykseen on mahdotonta vastata, koska kyseiset atomit ovat mahdottomia(ERITTÄIN TODENNÄKÖISESTI).
Eli vastaus on täyttä scifiä. Eli sanotaan sitten, että ne ovat kiinteitä metallilejeerinkejä.

Vierailija
kabus

Tähän kysymykseen on mahdotonta vastata, koska kyseiset atomit ovat mahdottomia(ERITTÄIN TODENNÄKÖISESTI).
Eli vastaus on täyttä scifiä. Eli sanotaan sitten, että ne ovat kiinteitä metallilejeerinkejä.

Onhan noita spekuloitu tämänkin lehden uutisosastolla.

Vierailija

Kyynisesti ajattelemalla kaikki muu paitsi kylmä teräs ja vesi ovat mahdottomia ja fiktiota.

Lähitulevaisuus tuo muassaan yllätyksiä myös alkuaineiden saralla. Ei periaatteessa ole ollenkaan mahdotonta että toka vakauden saareke löytyy. Selitys sille miksei tällaisia alkuaineita ole ihminen vielä päin näköään saanut voi olla hyvinkin monivaltainen. Esimerkiksi se että välissä on epävakauden kuilu johon kaikki rubunubueinsteinununumuhöpöhöpöniumit putoavat ja siitä läpi kyettäisiin ajamaan tokalle vakauden saarekkeelle alkuaineita vain fysiikan rajoja hipovissa fuusioreaktioissa joita tapahtuu vain kaikkein raskaimmissa tähdissä ja muissa erikoisissa virityksissä. Näissäkin fuusioitumisaikojen tulisi olla jopa olemattoman lyhyitä, sillä käsittääkseni säikyimmät name_your_scientist_ium - alkuaineet poksahtavat jopa niissä sekunnin mittaosissa, joita tavallisesti käytetään elektronimikroskopiassa.

Toisekseen vaikka superraskaita alkuaineita olisikin, nehän olisivat painuneet (maapallolla) syntyvaiheessa aivan ytimen keskustaan ja ainoa keino kaivaa ne esille on kirjaimellisesti kaivaa ne ytimestä. Asteroideissakaan niitä ei samaisesta syystä ole - nehän ovat enimmäkseen joskus sulana olleiden taivaankappaleiden pintarapaa, joka koostuu enimmäkseen kevyemmistä alkuaineista joita kenties planeettojen sisäiset laavavirrat kykenevät vielä liikuttelemaan.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26840
Liittynyt16.3.2005
Bushmaster
Lähitulevaisuus tuo muassaan yllätyksiä myös alkuaineiden saralla. Ei periaatteessa ole ollenkaan mahdotonta että toka vakauden saareke löytyy.



Ainakin itse toivon, että noita raskaita alkuaineita pystyttäisiin valmistamaan sellaisia määriä, että päästäisiin tutkimaan niiden kemiaa kokeellisesti. Se ei tosin vaikuta nykytiedon valossa koin vaatimattomalta toiveelta.

Superraskaiden alkuaineiden vakauden saarekekin on tuntunut vajoavan kohti syvyyksiä sitä mukaan kun teoreettinen tieto on lisääntynyt. Vaikka tietyilla nukleoniluvuilla saavutettaisiinkin jonkinlainen stabiilius spontaania fissiota vastaan, alfahajoaminen rikkoo isot ytimet. Pysyvä tai edes vuosien puoliintumisaikainen superraskas alkuaine olisi kyllä melkoinen löytö. Ei siksi, että sitä näköpiirissä olevassa tulevaisuudessa pystyttäisiin hyödyntämään, vaan tieteellisessä mielessä.

Toisekseen vaikka superraskaita alkuaineita olisikin, nehän olisivat painuneet (maapallolla) syntyvaiheessa aivan ytimen keskustaan ja ainoa keino kaivaa ne esille on kirjaimellisesti kaivaa ne ytimestä.



Differentoituminen on vain tilastollista, ei suinkaan täydellistä. Maan kuoressa on mm. varsin rikkaita uraani- ja toriumesiintymiä, vaikka se pääosin onkin piitä, alumiinia ja happea. Superraskaita alkuaineita on etsittykin 6-jakson alkuaineiden joukosta, koska pidetään todennäköisenä että ne kemiallisesti samankaltaisina rikastuvat samoihin esiintymiin. Toistaiseksi niitä ei ole löydetty maan päältä sen enempää kuin avaruudestakaan (spektroskooppisin menetelmin). Sekin panee kyllä mielen pessimistiseksi sen suhteen, että ainakaan pysyviä isotooppeja olisi, koska mikäli niitä ylipätään voi muodostua, supernovissa se olisi tapahtunut.

Asteroideissakaan niitä ei samaisesta syystä ole - nehän ovat enimmäkseen joskus sulana olleiden taivaankappaleiden pintarapaa, joka koostuu enimmäkseen kevyemmistä alkuaineista joita kenties planeettojen sisäiset laavavirrat kykenevät vielä liikuttelemaan.



Kyllä asteroideja pidetään alkuperäisestä aurinkokunnan muodostaneesta pölystä kertyneinä kappaleina, eikä muinaisen planeetan osina. Niissä on raskaita alkuaineita enemmän kuin differentioituneiden planeettojen pintakerroksissa (keskimäärin, esim. maassa ilmastoavusteiset prosessit ovat rikastaneet alkuaineita malmiesiintymiksi). Sitä en tiedä, onko raskaita alkuaineita etsitty asteroideista (maahan pudonneista), mutta tähdistä niitä ei ole spektroskooppisesti nähty.

Uusimmat

Suosituimmat