metan (CH4) tetrahedral geometriye sahip renksiz, kokusuz bir gazdır. Kimyasal özellikleri, gübreler ve patlayıcılar için hidrojen gazı üretiminde ve değerli kimyasalların sentezlenmesinde ortak bir yakıt kaynağı olarak faydalı olmasını sağlar. Ancak metan aynı zamanda güçlü bir sera gazıdır.
Metan Formülü ve Yapısı
Metan, CH'nin kimyasal formülüne sahiptir.4 ve 16.043 g/mol moleküler ağırlık. Metan molekülü, merkezde karbon atomu ve tetrahedronun köşelerinde dört hidrojen atomu ile tetrahedraldir. Her bir C-H bağı eşdeğerdir ve her bağ 109,5°'lik bir açıyla ayrılır.
Metanın Fiziksel Özellikleri
Havadan daha hafif olan metan gazı, 25 °C'de ve 1 atmosfer basıncında 0,657 g/L yoğunluğa sahiptir. -162 °C'nin altında sıvıya, -182,5 °C'nin altında katıya dönüşür. Metan, 22.7 mg/L çözünürlüğe sahip suda zar zor çözünür, ancak aşağıdakiler gibi çeşitli organik çözücülerde çözünür:
- etanol
- dietil eter
- aseton
- benzen
Kimyasal özellikler
Metan içeren en önemli kimyasal reaksiyonlardan bazıları yanma ve halojenasyondur.
Metan salınımı önemli ölçüde yanması sıcaklık (891 kJ/mol). Bu çok adımlı bir oksidasyon reaksiyonudur ve aşağıdaki gibi denklem ile özetlenebilir:
Gaz halindeki bir metan molekülü, bir molekül karbondioksit gazı, iki molekül su buharı ve enerji oluşturmak için yanma koşulları altında iki oksijen gazı molekülü ile reaksiyona girer.
Sadece karbondioksit ve su salan metan, en temiz yanan fosil yakıttır ve doğal gazın büyük bir kısmını oluşturur. Metan nispeten kararlı olmasına rağmen, patlayıcı içeriği havada yüzde 5 ila 14 arasında olduğunda ve birçok maden felaketine neden oldu.
Endüstriyel ölçekte zorlu olmasına rağmen, metan, metan monooksijenaz enzimi tarafından metanole kısmen oksitlenebilir. İlginç bir şekilde, bir grup N-DAMO bakterisinin oksidan olarak nitrit ile metan'ın anaerobik oksidasyonunu benimsediği bulundu.
Metan ayrıca aşağıdaki gibi radikal koşullar altında halojen ile reaksiyona girebilir:
Klor radikali ilk olarak aşağıdaki gibi bir radikal başlatıcı tarafından üretilir. morötesi ışık. Bu klor radikali, bir hidrojen kloru ve bir metil radikali oluşturmak için metandan bir hidrojen atomu soyutlar. Metil radikali daha sonra bir klor molekülü ile reaksiyona girer (Cl2), başka bir radikal tarafından sonlandırılmadıkça başka bir reaksiyon döngüsünden geçen klorometan ve bir klor radikali ile sonuçlanır.
Metan Kullanımları
Çok yönlü kimyasal özellikleri sayesinde metan için birçok endüstriyel kullanım vardır. Çeşitli organik maddeler için önemli bir hidrojen ve karbon kaynağıdır.
Metan, yaygın bir yakıt kaynağı olan doğal gazın birincil bileşenidir. Evlere, türbinlere, otomobillere ve diğer şeylere güç sağlamak için yaygın olarak kullanılır. Metan ayrıca depolama veya taşıma kolaylığı için sıvılaştırılabilir. Sıvı oksijen ile birleştirildiğinde, rafine sıvı metan bir kaynak görevi görebilir. yakıt roketler için.
Metan buharla reaksiyona girebildiğinden, endüstriyel ölçekte hidrojen gazı üretmek için doğal gaz da kullanılır. yüksek sıcaklıklarda (700 ila 1100 °C) bir ortamda karbon monoksit ve hidrojen gazı vermek için katalizör. Hidrojen daha sonra gübre ve patlayıcıların öncüsü olan amonyak üretiminde kullanılır. İyi bir karbon kaynağı olarak metan ayrıca kloroform, karbon tetraklorür, nitrometan ve metanol sentezlemek için kullanılır. Metanın eksik yanması sonucu oluşan karbon siyahı, lastiklerdeki kauçuk için bir takviye maddesidir.
Sera Gazı Olarak Metan
Sürdürülebilir bir sistemde atmosfere salınan metan, toprak gibi doğal metan yutakları ve troposferdeki metan oksidasyon süreci tarafından alınır.
Bununla birlikte, son on yılda artan metan emisyonları, sera etkisine katkıda bulunmuştur. Küçük konsantrasyonuna rağmen metan, gezegeni başka bir sera gazı olan karbondioksitten 86 kat daha fazla ısıtır. Umarım metan emisyonlarını kontrol etme çabaları çok geç olmadan sera etkisini yavaşlatabilir.