คุณสมบัติของก๊าซมีเทน

มีเทน (CH₄) เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีรูปทรงสี่เหลี่ยมจตุรัส คุณสมบัติทางเคมีของมันทำให้มีประโยชน์ในฐานะแหล่งเชื้อเพลิงทั่วไป ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนสำหรับปุ๋ยและวัตถุระเบิด และในการสังเคราะห์สารเคมีที่มีคุณค่า อย่างไรก็ตาม มีเทนก็เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพเช่นกัน

มีเทนมีสูตรทางเคมีของCH₄ และมีน้ำหนักโมเลกุล 16.043 กรัม/โมล โมเลกุลมีเทนเป็นรูปสี่เหลี่ยมจตุรัส โดยมีอะตอมของคาร์บอนอยู่ตรงกลางและไฮโดรเจนสี่อะตอมอยู่ที่มุมของจัตุรมุข พันธะ C-H แต่ละพันธะมีค่าเท่ากัน และพันธะแต่ละพันธะถูกคั่นด้วยมุม 109.5°

เบากว่าอากาศ ก๊าซมีเทนมีความหนาแน่น 0.657 g/L ที่ 25 °C และ 1 ความดันบรรยากาศ มันจะกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า -162 °C และกลายเป็นของแข็งที่ต่ำกว่า -182.5 °C มีเทนแทบจะละลายได้ในน้ำ โดยมีความสามารถในการละลาย 22.7 มก./ลิตร แต่สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เช่น

• เอทานอล
  
• ไดเอทิลอีเทอร์
  
• อะซิโตน
  
• เบนซิน

ปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญที่สุดบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับมีเทนคือการเผาไหม้และฮาโลเจน

การเผาไหม้ของก๊าซมีเทนปล่อยออกมาก ความร้อน (891 กิโลจูล/โมล) เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบหลายขั้นตอนและสามารถสรุปได้โดยสมการดังนี้

ก๊าซมีเทนหนึ่งโมเลกุลทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนสองโมเลกุลภายใต้สภาวะการเผาไหม้เพื่อสร้างโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หนึ่งโมเลกุล ไอน้ำและพลังงานสองโมเลกุล

การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเท่านั้น มีเทนเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เผาไหม้สะอาดที่สุดและประกอบเป็นก๊าซธรรมชาติส่วนใหญ่ แม้ว่ามีเทนจะค่อนข้างเสถียร แต่ก็สามารถ can ระเบิด เมื่อเนื้อหาอยู่ในอากาศระหว่าง 5 ถึง 14 เปอร์เซ็นต์และเป็นสาเหตุของภัยพิบัติหลายครั้ง

แม้ว่าจะมีความท้าทายในระดับอุตสาหกรรม แต่มีเทนสามารถออกซิไดซ์ได้บางส่วนไปยังเมทานอลโดยใช้เอนไซม์มีเทนโมโนออกซีเจเนส ที่น่าสนใจคือพบว่ากลุ่มแบคทีเรีย N-DAMO นำก๊าซมีเทนออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจนร่วมกับไนไตรต์เป็นสารออกซิแดนท์

มีเทนยังสามารถทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนภายใต้สภาวะที่รุนแรงได้ดังนี้

คลอรีนเรดิคัลถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยตัวเริ่มแรกเริ่ม เช่น แสงอัลตราไวโอเลต. คลอรีนอนุมูลอิสระนี้จะแยกอะตอมไฮโดรเจนออกจากมีเทนเพื่อสร้างไฮโดรเจนคลอรีนและเมทิลเรดิคัล จากนั้นเมทิลเรดิคัลจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลคลอรีน (Cl₂) ส่งผลให้เกิดคลอโรมีเทนและคลอรีน เรดิคัล ซึ่งไปผ่านวงจรของปฏิกิริยาอื่น เว้นแต่จะถูกกำจัดโดยอนุมูลอิสระ

มีเธนใช้ในอุตสาหกรรมหลายอย่าง เนื่องจากมีคุณสมบัติทางเคมีที่หลากหลาย เป็นแหล่งสำคัญของไฮโดรเจนและคาร์บอนสำหรับสารอินทรีย์ต่างๆ

มีเทนเป็นองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นแหล่งเชื้อเพลิงทั่วไป ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับบ้าน กังหัน รถยนต์ และสิ่งอื่น ๆ ก๊าซมีเทนสามารถทำให้เป็นของเหลวได้เพื่อความสะดวกในการจัดเก็บหรือขนส่ง เมื่อรวมกับออกซิเจนเหลว ก๊าซมีเทนเหลวที่กลั่นสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของ เชื้อเพลิง สำหรับจรวด

ก๊าซธรรมชาติยังใช้ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนในระดับอุตสาหกรรมด้วย เนื่องจากก๊าซมีเทนสามารถทำปฏิกิริยากับไอน้ำได้ ที่อุณหภูมิสูง (700 ถึง 1,100 °C) เพื่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนต่อหน้า a ตัวเร่ง. จากนั้นใช้ไฮโดรเจนในการผลิตแอมโมเนีย ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับปุ๋ยและวัตถุระเบิด ในฐานะที่เป็นแหล่งที่ดีของคาร์บอน มีเทนยังใช้ในการสังเคราะห์คลอโรฟอร์ม คาร์บอนเตตระคลอไรด์ ไนโตรมีเทน และเมทานอล คาร์บอนแบล็กที่เกิดจากการเผาไหม้มีเทนที่ไม่สมบูรณ์เป็นสารเสริมแรงสำหรับยางในยางล้อ

ในระบบที่ยั่งยืน ก๊าซมีเทนที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศจะถูกดูดซับโดยอ่างเก็บก๊าซมีเทนตามธรรมชาติ เช่น ดินและกระบวนการออกซิเดชันของก๊าซมีเทนในชั้นโทรโพสเฟียร์

อย่างไรก็ตาม การปล่อยก๊าซมีเทนที่เพิ่มขึ้นในทศวรรษที่ผ่านมามีส่วนทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก แม้จะมีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย แต่มีเธนทำให้โลกร้อนขึ้นถึง 86 เท่าของคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกอีกชนิดหนึ่ง หวังว่าความพยายามในการควบคุมการปล่อยก๊าซมีเทนอาจทำให้ปรากฏการณ์เรือนกระจกช้าลงก่อนที่จะสายเกินไป