Metano (CH4) é um gás incolor e inodoro com uma geometria tetraédrica. Suas propriedades químicas o tornam útil como uma fonte comum de combustível, na produção de gás hidrogênio para fertilizantes e explosivos e na síntese de produtos químicos valiosos. No entanto, o metano também é um potente gás de efeito estufa.
Fórmula e estrutura do metano
O metano tem a fórmula química de CH4 e um peso molecular de 16,043 g / mol. A molécula de metano é tetraédrica, com o átomo de carbono no centro e os quatro átomos de hidrogênio nos cantos do tetraedro. Cada ligação C-H é equivalente e cada ligação é separada por um ângulo de 109,5 °.
Propriedades Físicas do Metano
Mais leve que o ar, o gás metano tem uma densidade de 0,657 g / L a 25 ° C e 1 pressão atmosférica. Ele se transforma em um líquido abaixo de -162 ° C e um sólido abaixo de -182,5 ° C. O metano é pouco solúvel em água, com uma solubilidade de 22,7 mg / L, mas é solúvel em vários solventes orgânicos, como:
- etanol
- éter dietílico
- acetona
- benzeno
Propriedades quimicas
Algumas das reações químicas mais importantes que envolvem o metano são a combustão e a halogenação.
A combustão de metano libera substanciais aquecer (891 kJ / mol). É uma reação de oxidação de várias etapas e pode ser resumida pela equação da seguinte forma:
Uma molécula de metano gasoso reage com duas moléculas de gás oxigênio sob condições de combustão para formar uma molécula de gás dióxido de carbono, duas moléculas de vapor d'água e energia.
Liberando apenas dióxido de carbono e água, o metano é o combustível fóssil de queima mais limpa e constitui a maior parte do gás natural. Embora o metano seja relativamente estável, pode ser explosivo quando seu conteúdo está entre 5 a 14 por cento no ar, e tem sido a causa de muitos desastres em minas.
Embora desafiador em escala industrial, o metano pode ser parcialmente oxidado em metanol pela enzima metano monooxigenase. Curiosamente, descobriu-se que um grupo de bactérias N-DAMO adotou a oxidação anaeróbica do metano com nitrito como oxidante.
O metano também pode reagir com o halogênio sob condições radicais como segue:
O radical de cloro é gerado primeiro por um iniciador radical, como luz ultravioleta. Este radical de cloro extrai um átomo de hidrogênio do metano para formar um cloro de hidrogênio e um radical de metila. O radical metil então reage com uma molécula de cloro (Cl2), resultando em clorometano e um radical de cloro, que passa por outro ciclo de reação, a menos que seja encerrado por outro radical.
Usos de metano
O metano tem muitos usos industriais, graças às suas propriedades químicas versáteis. É uma importante fonte de hidrogênio e carbono para vários materiais orgânicos.
O metano é o principal componente do gás natural, que é uma fonte comum de combustível. É amplamente utilizado para fornecer energia a residências, turbinas, automóveis e outras coisas. O metano também pode ser liquefeito para facilitar o armazenamento ou transporte. Quando combinado com o oxigênio líquido, o metano líquido refinado pode servir como fonte de combustível para foguetes.
O gás natural também é usado para produzir gás hidrogênio em escala industrial, uma vez que o metano pode reagir com o vapor a altas temperaturas (700 a 1.100 ° C) para produzir monóxido de carbono e gás hidrogênio na presença de um catalisador. O hidrogênio é então usado para a fabricação de amônia, que é precursora de fertilizantes e explosivos. Como uma boa fonte de carbono, o metano também é usado para sintetizar clorofórmio, tetracloreto de carbono, nitrometano e metanol. O negro de fumo gerado na combustão incompleta do metano é um agente de reforço para borracha em pneus.
Metano como gás de efeito estufa
Em um sistema sustentável, o metano liberado na atmosfera é absorvido por sumidouros naturais de metano, como o solo e o processo de oxidação do metano na troposfera.
No entanto, o aumento das emissões de metano nas últimas décadas contribuiu para o efeito estufa. Apesar de sua pequena concentração, o metano aquece o planeta 86 vezes mais do que o dióxido de carbono, outro gás de efeito estufa. Felizmente, os esforços para controlar as emissões de metano podem desacelerar o efeito estufa antes que seja tarde demais.