Metāna gāzes īpašības

Metāns (CH₄) ir bezkrāsaina bez smaržas gāze ar tetraedrisku ģeometriju. Tā ķīmiskās īpašības padara to noderīgu kā kopēju degvielas avotu, ūdeņraža gāzes ražošanā mēslošanas līdzekļiem un sprāgstvielām, kā arī sintezējot vērtīgas ķīmiskas vielas. Tomēr metāns ir arī spēcīga siltumnīcefekta gāze.

Metānam ir CH ķīmiskā formula₄ un molekulmasa ir 16,043 g / mol. Metāna molekula ir tetraedriska, ar oglekļa atomu centrā un četriem ūdeņraža atomiem tetraedra stūros. Katra C-H saite ir ekvivalenta, un katru saiti atdala 109,5 ° leņķis.

Vieglāka par gaisu metāna gāzes blīvums ir 0,657 g / L pie 25 ° C un 1 atmosfēras spiediena. Tas pārveidojas par šķidrumu zem -162 ° C un par cietu zem -182,5 ° C. Metāns gandrīz nešķīst ūdenī, šķīstot 22,7 mg / l, bet šķīst dažādos organiskos šķīdinātājos, piemēram:

• etanols
  
• dietilēteris
  
• acetons
  
• benzols

Dažas no vissvarīgākajām ķīmiskajām reakcijām, kas saistītas ar metānu, ir sadegšana un halogenēšana.

Dedzinot metānu, izdalās ievērojams daudzums karstums (891 kJ / mol). Tā ir daudzpakāpju oksidēšanās reakcija, un to var apkopot šādi:

Viena gāzveida metāna molekula sadegšanas apstākļos reaģē ar divām skābekļa gāzes molekulām, veidojot vienu oglekļa dioksīda gāzes molekulu, divas ūdens tvaiku un enerģijas molekulas.

Metāns, izdalot tikai oglekļa dioksīdu un ūdeni, ir tīrākā degošā fosilā degviela un veido lielāko daļu dabasgāzes. Lai gan metāns ir samērā stabils, tas var būt sprādzienbīstams kad tā saturs gaisā ir no 5 līdz 14 procentiem, un tas ir izraisījis daudzas mīnu katastrofas.

Lai gan rūpnieciskā mērogā tas ir izaicinājums, metānu var daļēji oksidēt līdz metanolam ar metāna monooksigenāzes enzīmu. Interesanti, ka tika konstatēts, ka N-DAMO baktēriju grupa pieņem metāna anaerobu oksidēšanu ar nitrītu kā oksidētāju.

Metāns var arī reaģēt ar halogēnu radikālos apstākļos šādi:

Hlora radikāļu vispirms rada tāds radikāļu ierosinātājs kā ultravioletā gaisma. Šis hlora radikāls no metāna iegūst ūdeņraža atomu, veidojot hlora ūdeņradi un metilgrupu. Pēc tam metilgrupa reaģē ar hlora molekulu (Cl₂), kā rezultātā rodas hlormetāns un hlora radikāļi, kuri iziet citu reakcijas ciklu, ja vien to neizbeidz cits radikāls.

Pateicoties tā daudzpusīgajām ķīmiskajām īpašībām, metānam ir daudz rūpnieciskas izmantošanas. Tas ir svarīgs ūdeņraža un oglekļa avots dažādiem organiskiem materiāliem.

Metāns ir galvenā dabasgāzes sastāvdaļa, kas ir izplatīts degvielas avots. To plaši izmanto, lai darbinātu mājas, turbīnas, automašīnas un citas lietas. Metānu var arī sašķidrināt, lai to varētu ērti uzglabāt vai transportēt. Kombinācijā ar šķidru skābekli rafinēts šķidrais metāns var kalpot par tā avotu degviela raķetēm.

Dabasgāzi izmanto arī ūdeņraža gāzes ražošanai rūpnieciskā mērogā, jo metāns var reaģēt ar tvaiku augstā temperatūrā (700 līdz 1100 ° C), iegūstot oglekļa monoksīdu un ūdeņraža gāzi a klātbūtnē katalizators. Pēc tam ūdeņradi izmanto amonjaka ražošanai, kas ir mēslošanas līdzekļu un sprāgstvielu priekšgājējs. Kā labu oglekļa avotu metānu izmanto arī hloroforma, oglekļa tetrahlorīda, nitrometāna un metanola sintezēšanai. Sodrējs, kas rodas nepilnīgā metāna sadegšanā, ir riepās esošās gumijas pastiprinātājs.

Ilgtspējīgā sistēmā atmosfērā izdalīto metānu uzņem dabiskās metāna izlietnes, piemēram, augsne un metāna oksidēšanās process troposfērā.

Tomēr pēdējās desmitgadēs pieaugošās metāna emisijas ir veicinājušas siltumnīcas efektu. Neskatoties uz nelielo koncentrāciju, metāns planētu sasilda 86 reizes vairāk nekā oglekļa dioksīds, kas ir vēl viena siltumnīcas efekta gāze. Cerams, ka centieni kontrolēt metāna emisijas varētu palēnināt siltumnīcas efektu, pirms ir par vēlu.