Несколько глупых вопросов про свойства метана с изотопами углерода и водорода

[Кася Перуцька]

Здравствуйте!

Есть здесь кто-нибудь, не брезгующий чайнику объяснить, как изменятся химические и физические свойства метана, если

- он содержит изотопы углерода 13 и 14,

- содержит изотопы водорода (дейтерий, тритий и остальные, если такое соединение вообще может существовать - метан с радиоактивным водородом??

- содержит изотопы водорода и углерода одновременно?

Какие полезные или интересные свойства могли бы быть у таких соединений? Ну, например, резко повысилась бы температура кипения, и при земных условиях текли бы реки из жидкого радиоактивного метана. Или использовали бы их - эти соединения - вместо ядерного топлива.

Просьба не троллить - вероятность 98% что я ученый троллинг даже не пойму.

Если есть возможность направить меня по ссылке, где ответы на эти вопросы изложены в многостраничных статьях и диссертациях, хоть несколько предложений я оттуда пойму. Со временем. А благодарна буду сразу))

А если кто-то паче чаяния даже позволит себе пофантазировать на тему частично второго и третьего пунктов (что-то мне подсказывает, что метан состоящий полностью из изотопов не может существовать даже теоретически) и объяснить при каких фантастических условиях он был бы возможен - тот станет моим героем. Ну, или попробую переформулировать просьбу "пофантазировать": "не хотел бы я жить в таком мире, где возможен метан с изотопами С14 и Н7, потому что... (например, от фонаря) тогда процесс горения пойдет с отрицательным тепловым эффектом,  и всем нам настанет куртвоннегут".

Еще раз прошу, не смейтесь, господа и дамы.

[Вадим Вергун]

22 минуты назад, Кася Перуцька сказал:

Здравствуйте!

Есть здесь кто-нибудь, не брезгующий чайнику объяснить, как изменятся химические и физические свойства метана, если

- он содержит изотопы углерода 13 и 14,

- содержит изотопы водорода (дейтерий, тритий и остальные, если такое соединение вообще может существовать - метан с радиоактивным водородом??

- содержит изотопы водорода и углерода одновременно?

Какие полезные или интересные свойства могли бы быть у таких соединений? Ну, например, резко повысилась бы температура кипения, и при земных условиях текли бы реки из жидкого радиоактивного метана. Или использовали бы их - эти соединения - вместо ядерного топлива.

Просьба не троллить - вероятность 98% что я ученый троллинг даже не пойму.

Если есть возможность направить меня по ссылке, где ответы на эти вопросы изложены в многостраничных статьях и диссертациях, хоть несколько предложений я оттуда пойму. Со временем. А благодарна буду сразу))

А если кто-то паче чаяния даже позволит себе пофантазировать на тему частично второго и третьего пунктов (что-то мне подсказывает, что метан состоящий полностью из изотопов не может существовать даже теоретически) и объяснить при каких фантастических условиях он был бы возможен - тот станет моим героем. Ну, или попробую переформулировать просьбу "пофантазировать": "не хотел бы я жить в таком мире, где возможен метан с изотопами С14 и Н7, потому что... (например, от фонаря) тогда процесс горения пойдет с отрицательным тепловым эффектом,  и всем нам настанет куртвоннегут".

Еще раз прошу, не смейтесь, господа и дамы.

Введение изотопов влияет на химические свойства исключительно слабо, изменения в реакционноспособности будет на сотые доли процента. И это не удивительно, ведь химические свойства это про электронные оболочки, а изотопы это про атомные ядра. Физические свойства изменится чуть в  большей мере, пропорционально атомной массе растет температура кипения и плавления, но опять же это крайне незначительные изменения. Но если говорить о введении изотопов с большой активностью, например трития, там уже начинается всякая разная радиохимия вызванная высокоэнергетическими электронами отлетающими при распаде трития и их тормозным излучением, так как энрегрия распада ядра на порядок выше энергии химических связей она как тузик грелку рвет эти химические связи образуя самые разные реакционноспособные частицы. 

[Кася Перуцька]

6 минут назад, Вадим Вергун сказал:

Введение изотопов влияет на химические свойства исключительно слабо, изменения в реакционноспособности будет на сотые доли процента. И это не удивительно, ведь химические свойства это про электронные оболочки, а изотопы это про атомные ядра. Физические свойства изменится чуть в  большей мере, пропорционально атомной массе растет температура кипения и плавления, но опять же это крайне незначительные изменения. Но если говорить о введении изотопов с большой активностью, например трития, там уже начинается всякая разная радиохимия вызванная высокоэнергетическими электронами отлетающими при распаде трития и их тормозным излучением, так как энрегрия распада ядра на порядок выше энергии химических связей она как тузик грелку рвет эти химические связи образуя самые разные реакционноспособные частицы. 

Спасибо за ответ.

Если позволите, у меня еще несколько глупых вопросов.

Давайте представим ситуацию: вот жжем мы газ на заводе с тем, чтобы получить энергию и потом ее использовать. И думаем, что жжем обычный метан. Правильно ли я понимаю, что если даже весь объем газа будет состоять из изотопных разновидностей (не радиоактивных), то практически разницы никакой не заметим? То есть "дежурный инженер" за пультом и не узнает, что была какая-то аномалия: недополученную энергию спишет на некачественную очистку, например, от воды и твердых частиц, а изменения в объеме, массе и давлении будут в пределах приемлемых технологических погрешностей.

Но если приходящий газ будет содержать радиоактивные изотопы в значительном процентном соотношении, то его даже не успеют начать сжигать, потому что в процессе радиоактивного распада выделится столько энергии, что не станет ни завода, ни трубопровода, ни кстати, самого метана, а будет что-то другое. Я правильно поняла? Как бы это спросить... а какова будет картина мира, если мы представим, что где-то есть вот такой радиоактивный(ну, в смысле состоящий из изотопов с большим количеством лишних нейтронов) метан и он почему-то находится в стабильном состоянии, почему-то ему некому отдать энергию. Так вот, когда появится кто-то, кому можно эту энергию отдать, что начнет происходить? Выделение большого количества энергии в виде света или тепла? Или еще каким-то образом? Можно ли сказать, что в этом случае на какое-то время какое-либо соединение, тот же метан, будет существовать не в виде "нормальных", "целых" молекул, а в виде "кусков" молекул, и  эти куски будут сложнее и "неправильнее", чем катионы и анионы. С чем их можно сравнить? Хотя скорее всего я вообще не правильно представляю суть процесса, поправьте меня

[Максим0]

53 минуты назад, Кася Перуцька сказал:

Здравствуйте!

Есть здесь кто-нибудь, не брезгующий чайнику объяснить, как изменятся химические и физические свойства метана, если

- он содержит изотопы углерода 13 и 14,

- содержит изотопы водорода (дейтерий, тритий и остальные, если такое соединение вообще может существовать - метан с радиоактивным водородом??

- содержит изотопы водорода и углерода одновременно?

Какие полезные или интересные свойства могли бы быть у таких соединений? Ну, например, резко повысилась бы температура кипения, и при земных условиях текли бы реки из жидкого радиоактивного метана. Или использовали бы их - эти соединения - вместо ядерного топлива.

Просьба не троллить - вероятность 98% что я ученый троллинг даже не пойму.

Если есть возможность направить меня по ссылке, где ответы на эти вопросы изложены в многостраничных статьях и диссертациях, хоть несколько предложений я оттуда пойму. Со временем. А благодарна буду сразу))

А если кто-то паче чаяния даже позволит себе пофантазировать на тему частично второго и третьего пунктов (что-то мне подсказывает, что метан состоящий полностью из изотопов не может существовать даже теоретически) и объяснить при каких фантастических условиях он был бы возможен - тот станет моим героем. Ну, или попробую переформулировать просьбу "пофантазировать": "не хотел бы я жить в таком мире, где возможен метан с изотопами С14 и Н7, потому что... (например, от фонаря) тогда процесс горения пойдет с отрицательным тепловым эффектом,  и всем нам настанет куртвоннегут".

Еще раз прошу, не смейтесь, господа и дамы.

0) С углеродом-14 метан будет радиоактивным, с углеродом-13 лишь немного плотней обычного.

1) Дейтерированый метан будет существенней плотнее и его инфракрасный спектр сильно сместится в длинноволновом направлении, у триттированного

сдвиг спектра будет ещё сильней, помимо этого он будет крайне радиоактивен.

2) обычный метан почти целиком состоит из молекул содержащих углерод-12 и изотоп водорода протий.

3) Радиоактивность метана с радиоизотопами настолько сильно влияет на свойства, что изменения прочих свойств актуально лишь в вопросах обогащения радиоизотопов. Изменение практических свойств в неядерной сфере существенно лишь для дейтерия и гелия, у прочих элементов существенных изменений нет.

К примеру используются холодильники охлаждающие за счёт смешения гелия-3 и гелия-4, но к примеру с неоном нет даже слабого подобного эффекта, поскольку в нём важна сверхтекучесть, а не масса изотопа.

Отличие свойств дейтерия и протия сильно проявляется при электролизе, в биологических эффектах - к примеру тяжёлую воду можно применять как самый безвредный консервант... вот только цена делает такой способ недоступным. Но эти эффекты вообще проявляются из-за того что эти эффекты завязанны на электролитическую диссоциацию воды и главным в процессах становится дейтерон аж вдвое более тяжёлый чем протон. К примеру уже кислород-16 и кислород-18 по биологическому действию не отличаются.

Можно ещё вспомнить ЯМР-спектроскопию, где тяжёлая вода, да и прочии дейтерированные соединения незаменимы.

В качестве ядерного топлива можно представить применение CD₂T₂, вот только в термоядерном реакторе такое не зажечь, углерод помешает нагреву, но зато в термоядерной бомбе он сгорит прекрасно, выдав в качестве продукта такие гадости как бериллий-7, бериллий-10 и радиоуглерод.

4) Ссылки искать лениво, интернет большой, вряд ли вас забанили в гугле.

5) И в чём же может заключатся ваша благодарность? Народ тут как-то уже попривык что вначале сулят денюшку, а получив ответ прощают всем свои долги да и женскую мохнатку по почте страждущим почему-то не высылают.

6) Ну пофантазирую... Вспомним для начала что тяжёлая вода обладает свойствами консерванта, и невыполняет биологические функции протиевой воды... тут у нас вырисовывается Земля-2, на которой весь протий без остатка заменён дейтерием, и жизнь совпадает с жизнью на Земле за малой разницей - абсолютной адаптацией к дейтерию... Ну а теперь в самое райское из мест Земли-2 запускаем межмирового путешественника (в идеале какого-нибудь из банкиров клана рокфеллера, да покрупней в клановой иерархии) ... думаю как он умрёт через неделю-месяц от жажды на берегу озера с чистейшей пресной водой (причё полностью соответствующей ГОСТу на питьевую воду!) в деталях описывать не стоит... а потом умершего там могут причислить к лику святых (если не заметят гниль в его душонке) - ведь его мощи будут нетленными, поскольку будут законсервированными протием в биомолекулах даже после полного удаления протиевой воды.

[Вадим Вергун]

6 часов назад, Максим0 сказал:

думаю как он умрёт через неделю-месяц от жажды на берегу озера с чистейшей пресной водой (причё полностью соответствующей ГОСТу на питьевую воду!) в деталях описывать не стоит... а потом умершего там могут причислить к лику святых (если не заметят гниль в его душонке) - ведь его мощи будут нетленными, поскольку будут законсервированными протием в биомолекулах даже после полного удаления протиевой воды.

Хех. Забавная мысль. Но умрет он явно не через неделю. 

Смерть от замены протия на дейтерий происходит при его содержании в мышах аж в 40% (о людях, ясное дело, данных нет). Если в день он потребляет 2л тяжелой воды, а всего в организме 60л воды то это 0,033 от числа воды в день. Допустим что организм протий и дейтерий покидают с равной скоростью, тогда решив простенькое степенное уравнение получим что оный человек протянет в таких условиях аж 57 дней. И это потребляя по 2л тяжелой воды в день ежедневно! 

[Максим0]

4 часа назад, Вадим Вергун сказал:

Хех. Забавная мысль. Но умрет он явно не через неделю. 

Смерть от замены протия на дейтерий происходит при его содержании в мышах аж в 40% (о людях, ясное дело, данных нет). Если в день он потребляет 2л тяжелой воды, а всего в организме 60л воды то это 0,033 от числа воды в день. Допустим что организм протий и дейтерий покидают с равной скоростью, тогда решив простенькое степенное уравнение получим что оный человек протянет в таких условиях аж 57 дней. И это потребляя по 2л тяжелой воды в день ежедневно! 

Криво посчитанно! t=сут.*Ln(1-40%/100%)/Ln(1-2л/60л)=15сут. Чтоб прожить месяц ему придётся снизить потребление до 1л/сут. Но к прмеру космонавты за сутки тратят по 3,624 л/сут*чел, а ещё они съедают по 0,589 кг/сут*чел так что выходит 8 дней... Срок жизни сильно удлинится если наладить регенерацию воды из мочи (0,96*1,45 л/сут*чел) и выдыхаемого пара (2,491 л/сут*чел) - подобно регенерации на МКС... но даже в этом случае человек проживёт лишь 5 месяцев, а потом всё равно двинет кони.

Ещё на Земле-2 путешественник может быть и полезен (хоть и недолго) - его не будут брать никакие болезни, и пока он будет там жить, сможет без проблем ухаживать за больными сибирской язвой и снимать стресс местным с ЗППП, да и вообще местное биологическое оружие в отношении него будет бесполезным.

Изменено 19 Декабря, 2018 в 09:25 пользователем Максим0

[фосолиф-кимих]

1) От замены водорода на более тяжёлые изотопы снизится реакционная способность. Скорости реакции могут уменьшиться в десятки раз. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1981.html

2) Замена углерода на более тяжёлые изотопы тоже скажется на реакционной способности, но меньше.

3) Изменение изотопного состава изменит спектры ЯМР.

[Иван1978]

а Профессор Поляков из periodic videos в видео Can you drink heavy water? считает что дейтериевая вода ядовитая и пить ее нельзя, потому что связи дейтерия с кислородом сильнее чем связи обычного водорода с кислородом. Меня это удивило, потому что это идет в разрез с мнением будто химические свойства зависят только от электронных оболочек и не зависят от ядер. Сам он ее конечно пить не пробовал, но авторитетное мнение как у химика у него есть.

Изменено 19 Декабря, 2018 в 11:16 пользователем Иван1978

[Максим0]

15 минут назад, Иван1978 сказал:

а Профессор Поляков из periodic videos в видео Can you drink heavy water? считает что дейтериевая вода ядовитая и пить ее нельзя, потому что связи дейтерия с кислородом сильнее чем связи обычного водорода с кислородом. Меня это удивило, потому что это идет в разрез с мнением будто химические свойства зависят только от электронных оболочек и не зависят от ядер. Сам он ее конечно пить не пробовал, но авторитетное мнение как у химика у него есть.

Дейтерий неядовит, он просто неподдерживает жизнь в отличии от протия. Гелий в атмосфере к примеру в этом подобен - неядовит, но неподдерживает жизнь. Интересно что думает Поляков о ядовитости замены в воздухе кислорода на гелий?

[yatcheh]

1 час назад, Иван1978 сказал:

Меня это удивило, потому что это идет в разрез с мнением будто химические свойства зависят только от электронных оболочек и не зависят от ядер. 

 

Энергия оболочек как раз зависит от массы ядра. Точнее, она зависит от отношения масс электрона и ядра. Если на пальцах, то в атоме водорода электрон и протон движутся вокруг общего центра масс, и в точных вычислениях энергии основного состояния атома водорода отношение m_e/m_z - заметная величина.  А раз энергия отличается, то и химические свойства. Для тяжёлых атомов это отношение слишком мало, да и там ещё появляются квантовые эффекты, действующие противоположно, так что уже в середине таблицы Менделеева изотопные эффекты стремятся к нулю.