Metaanikaasun ominaisuudet

Metaani (CH₄) on väritön, hajuton kaasu, jolla on tetraedrinen geometria. Kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta se on hyödyllinen yleisenä polttoainelähteenä, vetykaasun tuottamisessa lannoitteita ja räjähteitä varten sekä syntetisoiden arvokkaita kemikaaleja. Metaani on kuitenkin myös voimakas kasvihuonekaasu.

Metaanilla on CH: n kemiallinen kaava₄ ja molekyylipaino on 16,043 g / mol. Metaanimolekyyli on tetraedrinen, hiiliatomin keskellä ja neljä vetyatomia tetraedrin kulmissa. Jokainen C-H-sidos on ekvivalentti, ja jokainen sidos on erotettu 109,5 °: n kulmalla.

Ilmaa kevyempää metaanikaasun tiheys on 0,657 g / l 25 ° C: ssa ja 1 ilmanpaineessa. Se muuttuu nesteeksi alle -162 ° C ja kiinteäksi aineeksi alle -182,5 ° C. Metaani liukenee tuskin veteen, liukoisuus on 22,7 mg / l, mutta liukenee erilaisiin orgaanisiin liuottimiin, kuten:

• etanoli
  
• dietyylieetteri
  
• asetoni
  
• bentseeni

Jotkut tärkeimmistä metaanireaktioista ovat palaminen ja halogenointi.

Metaanin palaminen vapauttaa huomattavasti lämpöä (891 kJ / mol). Se on monivaiheinen hapetusreaktio ja voidaan tiivistää yhtälöllä seuraavasti:

Yksi kaasumaisen metaanin molekyyli reagoi kahden happikaasumolekyylin kanssa palamisolosuhteissa muodostaen yhden hiilidioksidikaasumolekyylin, kaksi vesihöyrymolekyyliä ja energiaa.

Metaani vapauttaa vain hiilidioksidia ja vettä. Se on puhtainta polttavaa fossiilista polttoainetta ja muodostaa suurimman osan maakaasusta. Vaikka metaani on suhteellisen vakaa, se voi olla räjähtävä kun sen pitoisuus on 5–14 prosenttia ilmassa, ja se on aiheuttanut monia kaivoskatastrofeja.

Vaikka metaani on haastavaa teollisessa mittakaavassa, se voidaan hapettaa osittain metanoliksi metaanimonoksigenaasientsyymillä. Mielenkiintoista on, että N-DAMO-bakteeriryhmän havaittiin omaksuvan metaanin anaerobisen hapetuksen nitriitin kanssa hapettimena.

Metaani voi myös reagoida halogeenin kanssa radikaalisissa olosuhteissa seuraavasti:

Klooriradikaalin tuottaa ensin radikaali-initiaattori, kuten ultraviolettivaloa. Tämä klooriradikaali imee vetyatomin metaanista kloorivety- ja metyyliradikaalin muodostamiseksi. Metyyliradikaali reagoi sitten kloorimolekyylin (Cl₂), jolloin saadaan kloorimetaani ja klooriradikaali, joka käy läpi toisen reaktiosyklin, ellei sitä lopeta toisella radikaalilla.

Metaanille on monia teollisia käyttökohteita sen monipuolisten kemiallisten ominaisuuksien ansiosta. Se on tärkeä vedyn ja hiilen lähde erilaisille orgaanisille materiaaleille.

Metaani on maakaasun ensisijainen komponentti, joka on yleinen polttoaineen lähde. Sitä käytetään laajalti koteihin, turbiineihin, autoihin ja muihin asioihin. Metaania voidaan myös nesteyttää säilytyksen tai kuljetuksen helpottamiseksi. Yhdistettynä nestemäiseen happeen puhdistettu nestemäinen metaani voi toimia lähteenä polttoainetta raketteja varten.

Maakaasua käytetään myös vetykaasun tuottamiseen teollisessa mittakaavassa, koska metaani voi reagoida höyryn kanssa korkeissa lämpötiloissa (700 - 1100 ° C) hiilimonoksidin ja vetykaasun tuottamiseksi a katalyytti. Vetyä käytetään sitten ammoniakin valmistukseen, joka on lannoitteiden ja räjähteiden edeltäjä. Hyvän hiilen lähteenä metaania käytetään myös kloroformin, hiilitetrakloridin, nitrometaanin ja metanolin syntetisoimiseksi. Hiilimusta, joka syntyy metaanin epätäydellisestä palamisesta, on renkaiden kumin vahvistava aine.

Kestävässä järjestelmässä ilmakehään vapautuva metaani otetaan luonnollisten metaaninielujen kuten maaperän ja metaanin hapettumisprosessin aikana troposfäärissä.

Viime metsien lisääntyneet metaanipäästöt ovat kuitenkin vaikuttaneet kasvihuoneilmiöön. Pienestä pitoisuudestaan ​​huolimatta metaani lämmittää planeettaa 86 kertaa niin paljon kuin hiilidioksidi, toinen kasvihuonekaasu. Toivottavasti toimet metaanipäästöjen hillitsemiseksi voivat hidastaa kasvihuoneilmiötä, ennen kuin on liian myöhäistä.