메탄 (CH4)는 사면체 기하학을 가진 무색, 무취의 가스입니다. 화학적 특성으로 인해 비료 및 폭발물 용 수소 가스를 생산하고 귀중한 화학 물질을 합성 할 때 일반적인 연료 공급원으로 유용합니다. 그러나 메탄은 또한 강력한 온실 가스입니다.
메탄 공식 및 구조
메탄에는 CH의 화학식이 있습니다.4 및 16.043 g / mol의 분자량. 메탄 분자는 중심에 탄소 원자가 있고 사면체의 모서리에 4 개의 수소 원자가있는 사면체입니다. 각 C-H 결합은 동일하며 각 결합은 109.5 ° 각도로 분리됩니다.
메탄의 물리적 특성
공기보다 가벼운 메탄 가스의 밀도는 25 ° C 및 1 기압에서 0.657g / L입니다. -162 ° C 이하의 액체와 -182.5 ° C 이하의 고체로 변합니다. 메탄은 22.7 mg / L의 용해도로 물에 거의 용해되지 않지만 다음과 같은 다양한 유기 용매에 용해됩니다.
- 에탄올
- 디 에틸 에테르
- 아세톤
- 벤젠
화학적 특성
메탄과 관련된 가장 중요한 화학 반응 중 일부는 연소와 할로겐화입니다.
메탄의 연소는 상당량을 방출합니다 열 (891 kJ / mol). 이는 다단계 산화 반응이며 다음과 같은 방정식으로 요약 할 수 있습니다.
가스 상태의 메탄 한 분자는 연소 조건에서 두 분자의 산소 가스와 반응하여 한 분자의 이산화탄소 가스, 두 분자의 수증기와 에너지를 형성합니다.
이산화탄소와 물만 방출하는 메탄은 가장 깨끗하게 연소되는 화석 연료이며 대부분의 천연 가스를 구성합니다. 메탄은 상대적으로 안정적이지만 폭발물 그 함량이 공기 중 5 ~ 14 % 사이이고 많은 광산 재해의 원인이되었습니다.
산업 규모에서는 어렵지만 메탄은 메탄 모노 옥 시게나 제 효소에 의해 부분적으로 메탄올로 산화 될 수 있습니다. 흥미롭게도 한 그룹의 N-DAMO 박테리아가 아질산염을 산화제로 사용하는 메탄의 혐기성 산화를 채택하는 것으로 밝혀졌습니다.
메탄은 또한 다음과 같은 라디칼 조건에서 할로겐과 반응 할 수 있습니다.
염소 라디칼은 먼저 다음과 같은 라디칼 개시제에 의해 생성됩니다.
자외선 빛. 이 염소 라디칼은 메탄에서 수소 원자를 추출하여 수소 염소와 메틸 라디칼을 형성합니다. 메틸 라디칼은 염소 분자 (Cl2), 결과적으로 클로로 메탄과 염소 라디칼이 생성되며, 이는 다른 라디칼에 의해 종결되지 않는 한 다른 반응 사이클을 거칩니다.메탄 용도
다양한 화학적 특성으로 인해 메탄에 대한 많은 산업적 용도가 있습니다. 다양한 유기 물질의 중요한 수소 및 탄소 공급원입니다.
메탄은 일반적인 연료 공급 원인 천연 가스의 주성분입니다. 그것은 가정, 터빈, 자동차 및 기타 물건에 전력을 공급하는 데 널리 사용됩니다. 메탄은 또한 보관 또는 운송의 용이성을 위해 액화 될 수 있습니다. 액체 산소와 결합하면 정제 된 액체 메탄이 연료 로켓을 위해.
천연 가스는 또한 메탄이 증기와 반응 할 수 있기 때문에 산업 규모의 수소 가스를 생산하는 데 사용됩니다. 고온 (700 ~ 1,100 ° C)에서 일산화탄소와 수소 가스를 생성합니다. 촉매. 그런 다음 수소는 비료 및 폭발물의 전구체 인 암모니아 제조에 사용됩니다. 탄소의 좋은 공급원으로서 메탄은 또한 클로로포름, 사염화탄소, 니트로 메탄 및 메탄올 합성에 사용됩니다. 메탄 불완전 연소시 생성되는 카본 블랙은 타이어 고무 강화제입니다.
온실 가스로서의 메탄
지속 가능한 시스템에서 대기로 방출 된 메탄은 토양 및 대류권의 메탄 산화 과정과 같은 천연 메탄 흡수원에 의해 흡수됩니다.
그러나 지난 수십 년 동안 증가 된 메탄 배출은 온실 효과에 기여했습니다. 낮은 농도에도 불구하고 메탄은 또 다른 온실 가스 인 이산화탄소보다 지구를 86 배 더 따뜻하게합니다. 바라건대 메탄 배출을 통제하려는 노력은 너무 늦기 전에 온실 효과를 늦출 수 있습니다.