خصائص غاز الميثان

الميثان (CH₄) هو غاز عديم اللون والرائحة ذو هندسة رباعية السطوح. خصائصه الكيميائية تجعله مفيدًا كمصدر وقود مشترك ، في إنتاج غاز الهيدروجين للأسمدة والمتفجرات ، وفي تصنيع المواد الكيميائية القيمة. ومع ذلك ، فإن الميثان هو أيضًا أحد غازات الدفيئة القوية.

الميثان له الصيغة الكيميائية CH₄ ووزن جزيئي قدره 16.043 جم / مول. جزيء الميثان رباعي السطوح ، مع وجود ذرة الكربون في المركز وذرات الهيدروجين الأربع على زوايا رباعي الوجوه. كل رابطة C-H متكافئة ، ويتم فصل كل رابطة بزاوية 109.5 درجة.

أخف من الهواء ، تبلغ كثافة غاز الميثان 0.657 جم / لتر عند 25 درجة مئوية وضغط جوي واحد. يتحول إلى سائل أقل من -162 درجة مئوية ومادة صلبة أقل من -182.5 درجة مئوية. الميثان بالكاد قابل للذوبان في الماء ، مع قابلية ذوبان 22.7 مجم / لتر ، ولكنه قابل للذوبان في المذيبات العضوية المختلفة مثل:

• الإيثانول
  
• ثنائي إيثيل الأثير
  
• الأسيتون
  
• البنزين

يعد الاحتراق والهالوجين من أهم التفاعلات الكيميائية التي تشتمل على الميثان.

إن احتراق غاز الميثان يطلق كميات كبيرة الحرارة (891 كيلوجول / مول). إنه تفاعل أكسدة متعدد الخطوات ويمكن تلخيصه بالمعادلة على النحو التالي:

يتفاعل جزيء واحد من الميثان الغازي مع جزيئين من غاز الأكسجين تحت ظروف الاحتراق لتكوين جزيء واحد من غاز ثاني أكسيد الكربون وجزيئين من بخار الماء والطاقة.

يطلق غاز الميثان ثاني أكسيد الكربون والماء فقط ، وهو أنظف وقود أحفوري احتراق ويشكل معظم الغاز الطبيعي. على الرغم من أن الميثان مستقر نسبيًا ، إلا أنه يمكن أن يكون كذلك مادة متفجرة عندما يكون محتواها ما بين 5 إلى 14 في المائة في الهواء ، وكان سبب العديد من كوارث الألغام.

على الرغم من أن الميثان يمثل تحديًا على المستوى الصناعي ، إلا أنه يمكن أكسدة الميثان جزئيًا إلى الميثانول بواسطة إنزيم الميثان أحادي أوكسجيناز. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على مجموعة من بكتيريا N-DAMO تتبنى الأكسدة اللاهوائية للميثان مع النتريت كمؤكسد.

يمكن أن يتفاعل الميثان أيضًا مع الهالوجين في ظل ظروف جذرية كما يلي:

يتم إنشاء جذور الكلور أولاً بواسطة بادئ جذري مثل ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تستخلص جذور الكلور ذرة الهيدروجين من الميثان لتكوين كلور الهيدروجين وجذر الميثيل. ثم يتفاعل جذر الميثيل مع جزيء الكلور (Cl₂) ، مما يؤدي إلى كلور ميثان وجذر الكلور ، والذي يمر عبر دورة أخرى من التفاعل ما لم يتم إنهاؤه بواسطة جذري آخر.

هناك العديد من الاستخدامات الصناعية للميثان ، وذلك بفضل خواصه الكيميائية المتنوعة. إنه مصدر مهم للهيدروجين والكربون للمواد العضوية المختلفة.

الميثان هو المكون الأساسي للغاز الطبيعي ، وهو مصدر وقود شائع. يستخدم على نطاق واسع لتزويد المنازل بالطاقة والتوربينات والسيارات وأشياء أخرى. يمكن أيضًا تسييل الميثان لسهولة التخزين أو النقل. عند دمجه مع الأكسجين السائل ، يمكن أن يعمل الميثان السائل المكرر كمصدر لـ وقود للصواريخ.

يستخدم الغاز الطبيعي أيضًا لإنتاج غاز الهيدروجين على المستوى الصناعي حيث يمكن أن يتفاعل الميثان مع البخار في درجات حرارة عالية (700 إلى 1100 درجة مئوية) لإنتاج أول أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين في وجود أ عامل حفاز. ثم يتم استخدام الهيدروجين لتصنيع الأمونيا ، وهي مقدمة للأسمدة والمتفجرات. كمصدر جيد للكربون ، يستخدم الميثان أيضًا في تصنيع الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون والنيترو ميثان والميثانول. أسود الكربون الناتج عن الاحتراق غير الكامل للميثان هو عامل تقوية للمطاط في الإطارات.

في النظام المستدام ، يتم امتصاص الميثان المنطلق في الغلاف الجوي عن طريق أحواض الميثان الطبيعية مثل التربة وعملية أكسدة الميثان في طبقة التروبوسفير.

ومع ذلك ، فقد ساهمت زيادة انبعاثات الميثان في العقود الماضية في ظاهرة الاحتباس الحراري. على الرغم من تركيزه الصغير ، فإن الميثان يسخن الكوكب بمقدار 86 ضعفًا من ثاني أكسيد الكربون ، وهو غاز آخر من غازات الدفيئة. نأمل أن تؤدي الجهود المبذولة للتحكم في انبعاثات الميثان إلى إبطاء تأثير الاحتباس الحراري قبل فوات الأوان.