Metan (CH4) este un gaz incolor, inodor, cu geometrie tetraedrică. Proprietățile sale chimice îl fac util ca sursă obișnuită de combustibil, în producerea de hidrogen gazos pentru îngrășăminte și explozivi și în sintetizarea substanțelor chimice valoroase. Cu toate acestea, metanul este și un puternic gaz cu efect de seră.
Formula și structura metanului
Metanul are formula chimică a CH4 și o greutate moleculară de 16,043 g / mol. Molecula de metan este tetraedrică, cu atomul de carbon în centru și cei patru atomi de hidrogen de pe colțurile tetraedrului. Fiecare legătură C-H este echivalentă și fiecare legătură este separată de un unghi de 109,5 °.
Proprietățile fizice ale metanului
Mai ușor decât aerul, gazul metan are o densitate de 0,657 g / L la 25 ° C și 1 presiune atmosferică. Se transformă într-un lichid sub -162 ° C și un solid sub -182,5 ° C. Metanul este abia solubil în apă, cu o solubilitate de 22,7 mg / L, dar este solubil în diferiți solvenți organici, cum ar fi:
- etanol
- dietil eter
- acetonă
- benzen
Proprietăți chimice
Unele dintre cele mai importante reacții chimice care implică metan sunt arderea și halogenarea.
Arderea de metan degajează substanțial căldură (891 kJ / mol). Este o reacție de oxidare în mai multe etape și poate fi rezumată prin ecuație după cum urmează:
O moleculă de metan gazos reacționează cu două molecule de oxigen gazos în condiții de ardere pentru a forma o moleculă de dioxid de carbon gazos, două molecule de vapori de apă și energie.
Eliberând numai dioxid de carbon și apă, metanul este cel mai curat combustibil fosil care arde și constituie majoritatea gazelor naturale. Deși metanul este relativ stabil, poate fi exploziv când conținutul său este între 5 și 14% în aer și a fost cauza multor dezastre miniere.
Deși este dificil la scară industrială, metanul poate fi parțial oxidat la metanol de către enzima metan monooxigenază. Interesant este că s-a descoperit că un grup de bacterii N-DAMO adoptă oxidarea anaerobă a metanului cu nitrit ca oxidant.
Metanul poate reacționa și cu halogen în condiții radicale după cum urmează:
Radicalul de clor este mai întâi generat de un inițiator de radical cum ar fi lumină ultravioletă. Acest radical clor extrage un atom de hidrogen din metan pentru a forma un hidrogen clor și un radical metil. Radicalul metil reacționează apoi cu o moleculă de clor (Cl2), rezultând clorometan și un radical clor, care trece printr-un alt ciclu de reacție dacă nu este terminat de un alt radical.
Utilizări de metan
Există multe utilizări industriale pentru metan, datorită proprietăților sale chimice versatile. Este o sursă importantă de hidrogen și carbon pentru diverse materiale organice.
Metanul este componenta principală a gazului natural, care este o sursă obișnuită de combustibil. Este utilizat pe scară largă pentru alimentarea locuințelor, a turbinelor, a automobilelor și a altor lucruri. Metanul poate fi lichefiat și pentru ușurința depozitării sau transportului. Când este combinat cu oxigen lichid, metanul lichid rafinat poate servi ca sursă de combustibil pentru rachete.
Gazul natural este, de asemenea, utilizat pentru a produce hidrogen gazos la scară industrială, deoarece metanul poate reacționa cu aburul la temperaturi ridicate (700 până la 1.100 ° C) pentru a produce monoxid de carbon și hidrogen gazos în prezența unui catalizator. Hidrogenul este apoi utilizat pentru fabricarea amoniacului, care este precursorul îngrășămintelor și explozivilor. Ca o sursă bună de carbon, metanul este, de asemenea, utilizat pentru a sintetiza cloroformul, tetraclorura de carbon, nitrometanul și metanolul. Negrul de fum generat la arderea incompletă a metanului este un agent de întărire pentru cauciucul din anvelope.
Metanul ca gaz cu efect de seră
Într-un sistem durabil, metanul eliberat în atmosferă este preluat de chiuvete naturale de metan, cum ar fi solul și procesul de oxidare a metanului în troposferă.
Cu toate acestea, emisiile crescute de metan din ultimele decenii au contribuit la efectul de seră. În ciuda concentrației sale mici, metanul încălzește planeta de 86 de ori mai mult decât dioxidul de carbon, un alt gaz cu efect de seră. Sperăm că eforturile de control al emisiilor de metan ar putea încetini efectul de seră înainte de a fi prea târziu.