მეთანი (CH4) არის უფერო, უსუნო გაზი, რომელსაც აქვს tetrahedral გეომეტრია. მისი ქიმიური თვისებები გამოსადეგია, როგორც საწვავის საერთო წყარო, სასუქებისა და ასაფეთქებელი ნივთიერებების წყალბადის გაზის წარმოება და ღირებული ქიმიკატების სინთეზირება. ამასთან, მეთანი ასევე არის ძლიერი სათბური გაზი.
მეთანის ფორმულა და სტრუქტურა
მეთანს აქვს CH ქიმიური ფორმულა4 და მოლეკულური წონა 16,043 გ / მოლ. მეთანის მოლეკულა არის tetrahedral, ნახშირბადის ატომი ცენტრში და ოთხი წყალბადის ატომი tetrahedron- ის კუთხეებში. თითოეული C-H კავშირი ეკვივალენტურია და თითოეული კავშირი გამოყოფილია 109.5 ° კუთხით.
მეთანის ფიზიკური თვისებები
ჰაერზე მსუბუქია მეთანის გაზის სიმკვრივე 0.657 გ / ლ 25 ° C ტემპერატურაზე და 1 ატმოსფერული წნევა. ის გარდაიქმნება სითხეში -162 ° C ტემპერატურაზე და მყარად -182,5 ° C ტემპერატურაზე. მეთანი ძლივს იხსნება წყალში, ხსნადობაა 22,7 მგ / ლ, მაგრამ იხსნება სხვადასხვა ორგანულ გამხსნელში, როგორიცაა:
- ეთანოლი
- დიეთილის ეთერი
- აცეტონი
- ბენზოლი
ქიმიური თვისებები
ზოგიერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური რეაქცია, რომელიც მოიცავს მეთანს, არის წვა და ჰალოგენაცია.
მეთანის წვა მნიშვნელოვნად ათავისუფლებს სიცხე (891 კჯ / მოლი). ეს არის მრავალსაფეხურიანი დაჟანგვის რეაქცია და შეიძლება შეჯამდეს განტოლებით შემდეგნაირად:
აირისებრი მეთანის ერთი მოლეკულა რეაგირებს ჟანგბადის გაზის ორ მოლეკასთან წვის პირობებში და წარმოქმნის ნახშირორჟანგის აირის ერთ მოლეკულას, წყლის ორთქლის ორ მოლეკულასა და ენერგიას.
მხოლოდ ნახშირორჟანგისა და წყლის გამოყოფა, მეთანი არის ყველაზე სუფთა წვა ნამარხი საწვავისგან და წარმოადგენს ბუნებრივი აირის უმეტეს ნაწილს. მიუხედავად იმისა, რომ მეთანი შედარებით სტაბილურია, ის შეიძლება იყოს ფეთქებადი როდესაც მისი შინაარსი 5-დან 14 პროცენტამდეა ჰაერში და ეს მრავალი ნაღმის კატასტროფის მიზეზი გახდა.
სამრეწველო მასშტაბით გამოწვევის მიუხედავად, მეთანი შეიძლება ნაწილობრივ დაჟანგდეს მეთანოლამდე მეთანის მონოქსიგენაზას ფერმენტის მიერ. საინტერესოა, რომ აღმოჩნდა, რომ N-DAMO ბაქტერიების ჯგუფმა მიიღო მეთანის ანაერობული დაჟანგვა ნიტრიტთან, როგორც ოქსიდანტი.
მეთანს ასევე შეუძლია ჰალოგენთან რეაგირება რადიკალურ პირობებში შემდეგნაირად:
ქლორის რადიკალი პირველად წარმოიქმნება რადიკალების ინიციატორი, როგორიცაა ულტრაიისფერი შუქი. ეს ქლორის რადიკალი აბსტრაქტულია წყალბადის ატომიდან მეთანისგან და ქმნის წყალბადის ქლორს და მეთილის რადიკალს. შემდეგ მეთილის რადიკალი რეაგირებს ქლორის მოლეკულასთან (Cl2), რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქლორომეტანი და ქლორის რადიკალი, რომელიც გადის რეაქციის სხვა ციკლს, თუ სხვა რადიკალით არ წყდება.
მეთანი იყენებს
მეთანის მრავალი სამრეწველო გამოყენება არსებობს, მისი მრავალმხრივი ქიმიური თვისებების წყალობით. ეს არის წყალბადის და ნახშირბადის მნიშვნელოვანი წყარო სხვადასხვა ორგანული მასალებისთვის.
მეთანი ბუნებრივი გაზის ძირითადი კომპონენტია, რომელიც საწვავის საერთო წყაროა. იგი ფართოდ გამოიყენება სახლების, ტურბინების, ავტომობილების და სხვა ნივთების ენერგიის მისაღებად. მეთანი ასევე შეიძლება თხევადი იყოს შენახვის ან ტრანსპორტირების სიმარტივისთვის. თხევად ჟანგბადთან შერწყმისას, დახვეწილი თხევადი მეთანი შეიძლება გახდეს წყარო საწვავი რაკეტებისთვის.
ბუნებრივი გაზი ასევე გამოიყენება სამრეწველო მასშტაბის წყალბადის გაზის წარმოებისთვის, რადგან მეთანს შეუძლია რეაგირება ორთქლთან მაღალ ტემპერატურაზე (700-დან 1,100 ° C- მდე) ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის გაზის გამოყოფა ა კატალიზატორი. შემდეგ წყალბადს იყენებენ ამიაკის საწარმოებლად, რომელიც სასუქებისა და ასაფეთქებელი ნივთიერებების საწინდარია. როგორც ნახშირბადის კარგი წყარო, მეთანი ასევე გამოიყენება ქლოროფორმის, ნახშირბადის ტეტრაქლორიდის, ნიტრომეტანის და მეთანოლის სინთეზისთვის. ნახშირბადოვანი შავი მეთანის არასრული წვის შედეგად წარმოქმნილი საბურავებში რეზინის გამაძლიერებელი საშუალებაა.
მეთანი, როგორც სათბურის გაზი
მდგრად სისტემაში, ატმოსფეროში გამოყოფილი მეთანი მიიღება ბუნებრივი მეთანის ნიჟარებით, როგორიცაა ნიადაგი და მეთანის დაჟანგვის პროცესი ტროპოსფეროში.
ამასთან, გასული ათწლეულების განმავლობაში მეთანის გაზრდილმა ემისიამ ხელი შეუწყო სათბურის ეფექტს. მცირე კონცენტრაციის მიუხედავად, მეთანი თბება პლანეტას 86 – ჯერ უფრო მეტჯერ ვიდრე ნახშირორჟანგი, კიდევ ერთი სათბური გაზი. იმედია, მეთანის გამონაბოლქვის კონტროლის მცდელობამ შეიძლება შეანელოს სათბურის ეფექტი სანამ ის უკვე გვიან იქნება.