Metanas (CH4) yra bespalvės, bekvapės dujos, turinčios tetraedrinę geometriją. Dėl savo cheminių savybių jis yra naudingas kaip įprastas kuro šaltinis, gaminant vandenilio dujas trąšoms ir sprogstamosioms medžiagoms bei sintetinant vertingas chemines medžiagas. Tačiau metanas taip pat yra stiprios šiltnamio efektą sukeliančios dujos.
Metano formulė ir struktūra
Metano cheminė formulė yra CH4 o molekulinė masė yra 16,043 g / mol. Metano molekulė yra tetraedrinė, anglies atomas yra centre, o keturi vandenilio atomai - tetraedro kampuose. Kiekviena C-H jungtis yra lygiavertė, ir kiekvieną ryšį skiria 109,5 ° kampas.
Fizinės metano savybės
Lengvesnės nei oras, metano dujų tankis 0,657 g / l esant 25 ° C ir 1 atmosferos slėgiui. Jis transformuojasi į skystį, esantį žemesnėje nei -162 ° C temperatūroje, ir kietą medžiagą, žemesnę nei -182,5 ° C. Metanas yra mažai tirpus vandenyje, jo tirpumas yra 22,7 mg / l, tačiau jis tirpsta įvairiuose organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip:
- etanolis
- dietilo eteris
- acetonas
- benzenas
Cheminės savybės
Kai kurios svarbiausios cheminės reakcijos, susijusios su metanu, yra degimas ir halogeninimas.
Deginant metaną išmetama daug teršalų šilumos (891 kJ / mol). Tai yra daugiapakopė oksidacijos reakcija ir ją galima apibendrinti taip:
Viena dujinio metano molekulė degimo sąlygomis reaguoja su dviem deguonies dujų molekulėmis ir sudaro vieną anglies dioksido, dvi vandens garų ir energijos molekules.
Metanas, išskiriantis tik anglies dioksidą ir vandenį, yra švariausias deginantis iškastinį kurą ir sudaro didžiąją dalį gamtinių dujų. Nors metanas yra palyginti stabilus, jis gali būti sprogstamasis kai jo kiekis ore yra nuo 5 iki 14 procentų ir tai buvo daugelio minų nelaimių priežastis.
Metano monooksigenazės fermentas gali iš dalies oksiduoti metanolį, nors ir sudėtingas pramoniniu mastu. Įdomu tai, kad nustatyta, kad N-DAMO bakterijų grupė metaną oksiduoja anaerobiškai oksiduojančiu nitritu.
Metanas taip pat gali reaguoti su halogenu radikaliomis sąlygomis taip:
Pirmiausia chloro radikalą sukuria radikalų iniciatorius, pvz ultravioletinių spindulių. Šis chloro radikalas iš metano išskiria vandenilio atomą, kad susidarytų vandenilio chloras ir metilo radikalas. Tada metilo radikalas reaguoja su chloro molekule (Cl2), gaunant chlorometaną ir chloro radikalą, vykstantį kitą reakcijos ciklą, nebent juos nutrauktų kitas radikalas.
Naudoja metaną
Dėl įvairiapusiškų cheminių savybių metanas yra naudojamas pramonėje. Tai yra svarbus vandenilio ir anglies šaltinis įvairioms organinėms medžiagoms.
Metanas yra pagrindinis gamtinių dujų komponentas, kuris yra įprastas kuro šaltinis. Jis plačiai naudojamas namams, turbinoms, automobiliams ir kitiems dalykams maitinti. Metaną taip pat galima suskystinti, kad būtų lengviau laikyti ar transportuoti. Kartu su skystu deguonimi rafinuotas skystas metanas gali būti jo šaltinis kuras raketoms.
Gamtinės dujos taip pat naudojamos vandenilio dujoms gaminti pramoniniu mastu, nes metanas gali reaguoti su garais esant aukštai temperatūrai (nuo 700 iki 1100 ° C), susidarant anglies monoksidui ir vandenilio dujoms, esant a katalizatorius. Vandenilis naudojamas amoniakui gaminti, kuris yra trąšų ir sprogmenų pirmtakas. Kaip geras anglies šaltinis, metanas taip pat naudojamas sintezuoti chloroformą, anglies tetrachloridą, nitrometaną ir metanolį. Anglies juoda medžiaga, susidaranti ne iki galo deginant metaną, yra padangų gumą sutvirtinanti medžiaga.
Metanas kaip šiltnamio efektą sukeliančios dujos
Tvarioje sistemoje metaną, išsiskiriantį į atmosferą, pasisavina natūralios metano kriauklės, tokios kaip dirvožemis ir metano oksidacijos procesas troposferoje.
Tačiau pastaraisiais dešimtmečiais padidėjęs metano išmetimas prisidėjo prie šiltnamio efekto. Nepaisant nedidelės koncentracijos, metanas sušildo planetą 86 kartus daugiau nei anglies dvideginis - kitos šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Tikimės, kad pastangos kontroliuoti metano išmetimą gali sulėtinti šiltnamio efektą, kol dar nevėlu.