Metaangaasi omadused

Metaan (CH₄) on tetraeedrilise geomeetriaga värvitu, lõhnatu gaas. Selle keemiliste omaduste tõttu on see kasulik tavalise kütuseallikana, gaasilise vesiniku tootmisel väetiste ja lõhkeainete jaoks ning väärtuslike kemikaalide sünteesimisel. Kuid metaan on ka tugev kasvuhoonegaas.

Metaanil on CH keemiline valem₄ ja molekulmassiga 16,043 g / mol. Metaanimolekul on tetraeedriline, süsinikuaatom on keskel ja neli vesinikuaatomit tetraeedri nurkades. Iga C-H side on samaväärne ja iga side on eraldatud 109,5 ° nurga all.

Õhust kergema metaangaasi tihedus on 0,657 g / l temperatuuril 25 ° C ja 1 atmosfäärirõhul. See muundub vedelikuks alla -162 ° C ja tahkeks temperatuuriks alla -182,5 ° C. Metaan on vees vaevu lahustuv, lahustuvusega 22,7 mg / l, kuid lahustub erinevates orgaanilistes lahustites, näiteks:

• etanool
  
• dietüüleeter
  
• atsetoon
  
• benseen

Mõned olulisemad metaaniga seotud keemilised reaktsioonid on põlemine ja halogeenimine.

Metaani põlemisel eraldub märkimisväärselt kuumus (891 kJ / mol). See on mitmeastmeline oksüdatsioonireaktsioon ja selle võib võrrandiga kokku võtta järgmiselt:

Üks gaasilise metaani molekul reageerib põlemistingimustes kahe gaasilise hapniku molekuliga, moodustades ühe gaasilise süsinikdioksiidi, kaks veeauru ja energia molekuli.

Ainult süsinikdioksiidi ja vett eraldav metaan on kõige puhtam fossiilkütus ja moodustab suurema osa maagaasist. Kuigi metaan on suhteliselt stabiilne, võib see ka olla plahvatusohtlik kui selle sisaldus õhus on 5–14 protsenti ja see on põhjustanud paljusid miinikatastroofe.

Ehkki tööstuses on see keeruline, võib metaani metaanmonooksügenaasi ensüümi abil osaliselt oksüdeerida metanooliks. Huvitaval kombel leiti, et rühm N-DAMO baktereid rakendab metaani anaeroobset oksüdeerimist nitriti kui oksüdeerijana.

Metaan võib radikaalsetes tingimustes reageerida ka halogeeniga järgmiselt:

Klooriradikaali tekitab kõigepealt radikaalne initsiaator nagu ultraviolettvalgus. See klooriradikaal eraldab metaanist vesinikuaatomi, moodustades vesinikloori ja metüülradikaali. Seejärel reageerib metüülradikaal kloormolekuliga (Cl₂), mille tulemuseks on klorometaan ja klooriradikaal, mis läbib teise reaktsioonitsükli, kui see pole teise radikaaliga lõppenud.

Tänu selle mitmekülgsetele keemilistele omadustele on metaanil palju tööstuslikke kasutusviise. See on oluline orgaaniliste materjalide vesiniku ja süsiniku allikas.

Metaan on maagaasi peamine komponent, mis on tavaline kütuseallikas. Seda kasutatakse laialdaselt kodude, turbiinide, autode ja muude asjade toitmiseks. Metaani võib ka ladustamise või transportimise hõlbustamiseks vedeldada. Vedela hapnikuga kombineerituna võib rafineeritud vedel metaan olla selle allikaks kütus rakettide jaoks.

Maagaasi kasutatakse ka vesinikgaasi tootmiseks tööstuslikus ulatuses, kuna metaan võib reageerida auruga kõrgel temperatuuril (700 kuni 1100 ° C) saamaks süsinikmonooksiidi ja gaasilist vesinikku a katalüsaator. Seejärel kasutatakse vesinikku ammoniaagi tootmiseks, mis on väetiste ja lõhkeainete eelkäija. Hea süsinikuallikana kasutatakse metaani ka kloroformi, süsiniktetrakloriidi, nitrometaani ja metanooli sünteesimiseks. Metaani mittetäielikul põlemisel tekkiv tahm on rehvide kummi tugevdav aine.

Jätkusuutlikus süsteemis võtab atmosfääri sattunud metaani looduslikud metaanivalamud nagu muld ja metaani oksüdeerumisprotsess troposfääris.

Viimaste aastakümnete metaani suurenenud heitkogused on aga kasvuhooneefekti soodustanud. Vaatamata väikesele kontsentratsioonile soojendab metaan planeeti 86 korda rohkem kui süsinikdioksiid, teine ​​kasvuhoonegaas. Loodetavasti võivad jõupingutused metaani heitmete kontrollimiseks kasvuhooneefekti aeglustada, enne kui on liiga hilja.