Метан (СН4) е безцветен газ без мирис с тетраедрична геометрия. Химичните му свойства го правят полезен като обикновен източник на гориво, при производството на водороден газ за торове и експлозиви и при синтезиране на ценни химикали. Метанът обаче е и мощен парников газ.
Формула и структура на метана
Метанът има химичната формула на СН4 и молекулно тегло 16,043 g / mol. Молекулата на метана е тетраедрична, с въглеродния атом в центъра и четирите водородни атома в ъглите на тетраедъра. Всяка връзка C-H е еквивалентна и всяка връзка е отделена от ъгъл от 109,5 °.
Физически свойства на метана
По-лек от въздуха, метанът има плътност 0,657 g / L при 25 ° C и 1 атмосферно налягане. Той се трансформира в течност под -162 ° C и твърдо вещество под -182,5 ° C. Метанът е едва разтворим във вода, с разтворимост 22,7 mg / L, но е разтворим в различни органични разтворители като:
- етанол
- диетилов етер
- ацетон
- бензен
Химични свойства
Някои от най-важните химични реакции, включващи метан, са горенето и халогенирането.
Изгарянето на метан отделя значително топлина (891 kJ / mol). Това е многостепенна реакция на окисление и може да бъде обобщена от уравнението, както следва:
Една молекула газообразен метан реагира с две молекули кислороден газ при условия на горене, образувайки една молекула въглероден диоксид газ, две молекули водна пара и енергия.
Освобождавайки само въглероден диоксид и вода, метанът е най-чисто изгарящото изкопаемо гориво и представлява по-голямата част от природния газ. Въпреки че метанът е относително стабилен, той може да бъде експлозивен когато съдържанието му е между 5 и 14 процента във въздуха и е причина за много минни бедствия.
Въпреки че е предизвикателен в индустриален мащаб, метанът може частично да се окисли до метанола чрез ензима метан монооксигеназа. Интересното е, че е установено, че група N-DAMO бактерии приема анаеробно окисление на метан с нитрит като окислител.
Метанът може също да реагира с халоген при радикални условия, както следва:
Хлорният радикал първо се генерира от радикален инициатор като ултравиолетова светлина. Този хлорен радикал абстрахира водороден атом от метан, образувайки водороден хлор и метилов радикал. След това метиловият радикал реагира с хлорна молекула (Cl2), което води до хлорометан и хлорен радикал, който преминава през друг цикъл на реакция, освен ако не бъде прекратен от друг радикал.
Метан използва
Има много промишлени приложения на метана, благодарение на многостранните му химични свойства. Той е важен източник на водород и въглерод за различни органични материали.
Метанът е основният компонент на природния газ, който е често срещан източник на гориво. Той се използва широко за захранване на домове, турбини, автомобили и други неща. Метанът също може да се втечнява за по-лесно съхранение или транспорт. Когато се комбинира с течен кислород, рафинираният течен метан може да служи като източник на гориво за ракети.
Природният газ също се използва за производство на водороден газ в промишлени мащаби, тъй като метанът може да реагира с пара при високи температури (700 до 1100 ° C), за да се получи въглероден окис и водороден газ в присъствието на катализатор. След това водородът се използва за производство на амоняк, който е предшественик за торове и експлозиви. Като добър източник на въглерод, метанът се използва и за синтезиране на хлороформ, тетрахлорметан, нитрометан и метанол. Саждите, генерирани при непълно изгаряне на метан, са подсилващ агент за каучук в гумите.
Метанът като парников газ
В една устойчива система метанът, изпуснат в атмосферата, се поема от естествени метанни поглътители, като почвата и процеса на окисляване на метана в тропосферата.
Повишените емисии на метан през последните десетилетия обаче допринесоха за парниковия ефект. Въпреки малката си концентрация, метанът затопля планетата 86 пъти повече от въглеродния диоксид, друг парников газ. Надяваме се, усилията за контрол на емисиите на метан могат да забавят парниковия ефект, преди да е станало твърде късно.