Metán (CH4) egy színtelen, szagtalan, tetraéderes geometriájú gáz. Kémiai tulajdonságai miatt hasznos üzemanyagként, műtrágyákhoz és robbanóanyagokhoz használt hidrogéngáz előállításához, valamint értékes vegyi anyagok szintetizálásához. A metán azonban erős üvegházhatású gáz is.
A metán képlete és szerkezete
A metán kémiai képlete CH4 molekulatömege 16,043 g / mol. A metánmolekula tetraéderes, középpontjában a szénatom, a tetraéder sarkában pedig a négy hidrogénatom található. Minden C-H kötés ekvivalens, és minden kötést 109,5 ° szög választ el.
A metán fizikai tulajdonságai
A levegőnél könnyebb metángáz sűrűsége 0,657 g / l 25 ° C-on és 1 légköri nyomáson. -162 ° C alatti folyadékká és -182,5 ° C alatti szilárd anyaggá alakul. A metán alig oldódik vízben, oldhatósága 22,7 mg / l, de oldódik különféle szerves oldószerekben, például:
- etanol
- dietil-éter
- aceton
- benzol
Kémiai tulajdonságok
A metánnal kapcsolatos legfontosabb kémiai reakciók közül néhány az égés és a halogénezés.
A metán elégetése jelentős mennyiségű kibocsátást eredményez
hő (891 kJ / mol). Ez egy többlépcsős oxidációs reakció, és az alábbi egyenlettel foglalható össze:A gáznemű metán egy molekulája két oxigéngázmolekulával reagál égési körülmények között, így egy molekula szén-dioxid gáz, két molekula vízgőz és energia képződik.
Csak a szén-dioxidot és a vizet szabadítja fel, a metán a legtisztábban égő fosszilis tüzelőanyag, és a földgáz nagy részét képezi. Bár a metán viszonylag stabil, lehet robbanó amikor annak tartalma 5–14 százalék között van a levegőben, és ez számos bánykatasztrófa oka volt.
Noha ipari méretekben kihívást jelent, a metán a metán-monooxigenáz enzimmel részben metanollá oxidálható. Érdekes módon az N-DAMO baktériumok egy csoportjáról kiderült, hogy a metán anaerob oxidációját alkalmazza oxidálószerként nitrit mellett.
A metán gyökös körülmények között reagálhat halogénnel is az alábbiak szerint:
A klórgyököt először egy radikális iniciátor, például ultraibolya fény. Ez a klórgyök hidrogénatomot von el a metánból, így hidrogén-klórt és metilcsoportot képez. Ezután a metilcsoport reagál egy klórmolekulával (Cl2) klór-metánt és klórgyököt eredményez, amely egy másik reakciócikluson megy keresztül, hacsak nem egy másik gyök fejezi be.
A metán felhasználása
A metán sokféle kémiai tulajdonságának köszönhetően számos ipari felhasználásra alkalmas. Fontos hidrogén- és szénforrás a különféle szerves anyagok számára.
A metán a földgáz elsődleges összetevője, amely közös tüzelőanyag-forrás. Széles körben használják otthonok, turbinák, autók és egyéb dolgok áramellátására. A metánt a tárolás vagy szállítás megkönnyítése érdekében is cseppfolyósíthatjuk. Folyékony oxigénnel kombinálva a finomított folyékony metán forrásként szolgálhat üzemanyag rakétákhoz.
A földgázt ipari méretekben hidrogéngáz előállítására is használják, mivel a metán reagálhat a gőzzel magas hőmérsékleten (700-1100 ° C) szénmonoxid és hidrogéngáz képződéséhez a jelenlétében katalizátor. Ezután a hidrogént ammónia előállítására használják, amely a műtrágyák és robbanóanyagok elődje. Jó szénforrásként a metánt kloroform, szén-tetraklorid, nitrometán és metanol szintetizálásához is használják. A metán hiányos égésekor keletkező korom erősíti a gumiabroncsok gumiabroncsát.
A metán mint üvegházhatású gáz
Fenntartható rendszerben a légkörbe kerülő metánt természetes metánbegyűjtők veszik fel, például a talaj és a troposzféra metánoxidációs folyamata.
Az elmúlt évtizedekben a megnövekedett metán-kibocsátás azonban hozzájárult az üvegházhatáshoz. Kis koncentrációja ellenére a metán 86-szor annyira felmelegíti a bolygót, mint a szén-dioxid, egy másik üvegházhatású gáz. Remélhetőleg a metánkibocsátás csökkentésére irányuló erőfeszítések lelassíthatják az üvegházhatást, még mielőtt túl késő lenne.