Metano (CH4) es un gas incoloro e inodoro con geometría tetraédrica. Sus propiedades químicas lo hacen útil como fuente de combustible común, en la producción de gas hidrógeno para fertilizantes y explosivos, y en la síntesis de sustancias químicas valiosas. Sin embargo, el metano también es un potente gas de efecto invernadero.
Fórmula y estructura del metano
El metano tiene la fórmula química de CH4 y un peso molecular de 16,043 g / mol. La molécula de metano es tetraédrica, con el átomo de carbono en el centro y los cuatro átomos de hidrógeno en las esquinas del tetraedro. Cada enlace C-H es equivalente y cada enlace está separado por un ángulo de 109,5 °.
Propiedades físicas del metano
Más ligero que el aire, el gas metano tiene una densidad de 0,657 g / L a 25 ° C y 1 presión atmosférica. Se transforma en un líquido por debajo de -162 ° C y un sólido por debajo de -182.5 ° C. El metano es apenas soluble en agua, con una solubilidad de 22,7 mg / L, pero es soluble en varios disolventes orgánicos como:
- etanol
- éter dietílico
- acetona
- benceno
Propiedades químicas
Algunas de las reacciones químicas más importantes que involucran al metano son la combustión y la halogenación.
La combustión de metano libera sustanciales calor (891 kJ / mol). Es una reacción de oxidación de varios pasos y se puede resumir mediante la ecuación de la siguiente manera:
Una molécula de metano gaseoso reacciona con dos moléculas de oxígeno gaseoso en condiciones de combustión para formar una molécula de dióxido de carbono gaseoso, dos moléculas de vapor de agua y energía.
Liberando solo dióxido de carbono y agua, el metano es el combustible fósil más limpio y constituye la mayor parte del gas natural. Aunque el metano es relativamente estable, puede ser explosivo cuando su contenido está entre el 5 y el 14 por ciento en el aire, y ha sido la causa de muchos desastres mineros.
Aunque es un desafío a escala industrial, el metano puede oxidarse parcialmente a metanol por la enzima metano monooxigenasa. Curiosamente, se descubrió que un grupo de bacterias N-DAMO adopta la oxidación anaeróbica del metano con nitrito como oxidante.
El metano también puede reaccionar con halógeno en condiciones de radicales de la siguiente manera:
El radical de cloro se genera primero mediante un iniciador de radicales como luz ultravioleta. Este radical de cloro extrae un átomo de hidrógeno del metano para formar un cloro de hidrógeno y un radical metilo. El radical metilo luego reacciona con una molécula de cloro (Cl2), lo que da como resultado clorometano y un radical cloro, que pasa por otro ciclo de reacción a menos que sea terminado por otro radical.
Usos del metano
El metano tiene muchos usos industriales, gracias a sus propiedades químicas versátiles. Es una fuente importante de hidrógeno y carbono para diversos materiales orgánicos.
El metano es el componente principal del gas natural, que es una fuente de combustible común. Se usa ampliamente para alimentar hogares, turbinas, automóviles y otras cosas. El metano también se puede licuar para facilitar su almacenamiento o transporte. Cuando se combina con oxígeno líquido, el metano líquido refinado puede servir como fuente de combustible para cohetes.
El gas natural también se utiliza para producir gas hidrógeno a escala industrial, ya que el metano puede reaccionar con el vapor. a altas temperaturas (700 a 1100 ° C) para producir monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso en presencia de un Catalizador. Luego, el hidrógeno se utiliza para fabricar amoníaco, que es precursor de fertilizantes y explosivos. Como buena fuente de carbono, el metano también se utiliza para sintetizar cloroformo, tetracloruro de carbono, nitrometano y metanol. El negro de humo generado por la combustión incompleta del metano es un agente de refuerzo para el caucho en los neumáticos.
El metano como gas de efecto invernadero
En un sistema sostenible, el metano liberado a la atmósfera es absorbido por sumideros de metano naturales como el suelo y el proceso de oxidación del metano en la troposfera.
Sin embargo, el aumento de las emisiones de metano en las últimas décadas ha contribuido al efecto invernadero. A pesar de su pequeña concentración, el metano calienta el planeta 86 veces más que el dióxido de carbono, otro gas de efecto invernadero. Con suerte, los esfuerzos para controlar las emisiones de metano podrían frenar el efecto invernadero antes de que sea demasiado tarde.