Мы используем файлы cookie.
Продолжая использовать сайт, вы даете свое согласие на работу с этими файлами.

Метан

Подписчиков: 0, рейтинг: 0

Метан
Стерео, скелетна формула метану з доданими вимірами
Модель метану з кульок і паличок	Компактна модель метану
Систематична назва	Carbane (не рекомендується ніколи)
Інші назви	болотний газ природний газ карбону тетрагідрид карбюрований гідроген гідрогену карбід
Ідентифікатори
Номер CAS	74-82-8
PubChem	297
Номер EINECS	200-812-7
DrugBank	15994
KEGG	C01438
Назва MeSH	Methane
ChEBI	16183
RTECS	PA1490000
SMILES	C
InChI	InChI=1S/CH4/h1H4
Номер Бельштейна	1718732
Номер Гмеліна	59
3DMet	B01453
Властивості
Молекулярна формула	CH₄
Молярна маса	16,04 г/моль
Зовнішній вигляд	безбарвний газ
Запах	без запаху
Густина	0.657 kg·m⁻³ (газ, 25 °C, 1 atm) 0.717 kg·m⁻³ (газ, 0 °C, 1 atm) 422.8 g·L⁻¹ (рідина, −162 °C)
Т_пл	-182.456
Розчинність (вода)	22.7 mg·L⁻¹
Розчинність	розчинний в етанолі, діетиловому етері, бензені, толуені, метанолі, ацетоні і нерозчинний у воді
Структура
Геометрія	тетраедр
Дипольний момент	0 D
Термохімія
Ст. ентальпія утворення Δ_fH^o ₂₉₈	−74.6 kJ·mol⁻¹
Ст. ентальпія згоряння Δ_cH^o ₂₉₈	−891 kJ·mol⁻¹
Ст. ентропія S^o ₂₉₈	186.3 J·(K·mol)⁻¹
Теплоємність, c^o _p	35.7 J·(K·mol)⁻¹
Небезпеки
ГГС піктограми
ГГС формулювання небезпек	220
ГГС запобіжних заходів	210
NFPA 704	4 2 0
Вибухові границі	4.4–17%
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Молекула метану

Мета́н (англ. methane, нім. Methan n) — найпростіша органічна сполука вуглецю з воднем, природний безбарвний газ без запаху, хімічна формула — CH₄.

Метан є основною складовою природного газу. Крім того, він міститься в кам'яновугільних пластах — під час їхньої розробки утворюються вибухонебезпечні суміші метану з повітрям, так званий «рудниковий газ».

Зустрічається в осадовому чохлі земної кори у вигляді вільних скупчень (покладів), в розчиненому (в нафті, пластових і поверхневих водах), розсіяному, сорбованому (породами і органічною речовиною) і твердому (газогідратному) станах.

При використанні в побуті, до метану звичайно додають одоранти зі специфічним «запахом газу».

Поширення у природі

Метан є основним компонентом:

газів природних горючих (до 99,5 %),
нафтових попутних (39—91 %),
болотяних (понад 99 %) і рудникових (34—48 %) газів;
присутній у газах грязьових вулканів (понад 95 %),
спорадично зустрічається у вулканічних газах і в газах магматичних і метаморфічних порід.

Велика кількість метану розчинена у водах океанів, морів, озер. Середній вміст метану у водах Світового океану близько 10^-2 см³/л, загальна кількість — 14·10¹² м³. Кількість метану, розчиненого у пластових водах, на декілька порядків вища від його промислових запасів.

Метан присутній також в атмосферах Землі, Марсу, Юпітера, Сатурна, Урану; в газах поверхневого ґрунту Місяця. Основна маса метану літо- і гідросфери Землі утворилася при біохімічній і термокаталітичній деструкції розсіяної органічної речовини, вугілля і нафт. Метан утворюється при анаеробному розкладанні органічних речовин, зокрема целюлози (метанове бродіння).

В природі Землі метан досить поширений. Горючі природні гази складаються на 90—97 % з метану. Він утворює багато родовищ, з яких добувається і по газопроводах подається до місця використання. На дні боліт і ставків метан утворюється внаслідок розкладу залишків рослин без доступу повітря. Тому його називають ще болотним газом. Під назвою «рудниковий газ» метан нагромаджується у вугільних шахтах, внаслідок виділення з пластів вугілля і супутніх порід, в яких знаходиться у вільному та зв'язаному вигляді. На діючих шахтах спостерігається виділення метану з вугільних пластів у обсязі до 70—80 м³/т с. б. м. (т с. б. м. — тонна сухої беззольної маси), що робить економічно доцільним його самостійне або супутнє (дегазація) видобування з вугільних родовищ.

Рудниковий газ дуже небезпечний, оскільки з повітрям може утворювати вибухову суміш. Найвибухонебезпечніші концентрації метану у повітрі — 9—14 %.

Основний компонент природних (77—99 %), супутніх нафтових (31—90 %), рудникового та болотного газів. Є парниковим газом.

При низьких температурах метан утворює сполуки включення — газові гідрати, що широко розповсюджені в природі.

Газові гідрати — тверді кристалічні речовини густиною 880—890 кг/м³, схожі на сніг або лід. Гідратоутворення відбувається в пористому середовищі осадового чохла з формуванням газогідратних покладів.

Фізичні властивості

Метан — безбарвний газ без запаху і смаку, майже у два рази легший від повітря. У воді малорозчинний. На повітрі або в атмосфері кисню він горить слабкосвітним полум'ям. Його суміш з повітрям або киснем вогне- та вибухонебезпечна.

Має густину за повітрям 0,555 (20 °C); молекулярна маса 16,04, t_пл = −182,49 °C, t_кип = −161,56 °C, критичний тиск 4,58 МПа, критична температура −82,°С, температура спалаху 87,8 °C, температура самозаймання 537,8 °C.

Будова молекули

Молекулярна формула СН₄. Структурна і електронна формули:

     Н
     |
 Н — С - Н
     |
     H

Молекула метану в декартових координатах (в ангстремах):

C     0.000000     0.000000     0.000000
H     0.000000     0.000000     1.089000
H     1.026719     0.000000    -0.363000
H    -0.513360    -0.889165    -0.363000
H    -0.513360     0.889165    -0.363000

Молекула метану у вигляді z-матриці:

C
H   1 1.089000     
H   1 1.089000  2  109.4710      
H   1 1.089000  2  109.4710  3  120.0000   
H   1 1.089000  2  109.4710  3 -120.0000

Отримання

У лабораторіях метан можна одержати при нагріванні ацетату натрію з твердим гідроксидом натрію або при дії води на карбід алюмінію:

CH₃COONa + NaOH → Na₂CO₃ + CH₄ ↑

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄ ↑

Хімічні властивості

Перший член гомологічного ряду насичених (метанових) вуглеводнів. Метан являє собою малоактивну в хімічному відношенні речовину. При звичайних умовах він досить стійкий до дії кислот, лугів і окисників. Так, при пропусканні метану через розчин KMnO₄, який є досить сильним окисником, він не окислюється і фіолетове забарвлення розчину не зникає. В реакції приєднання (сполучення) метан не вступає, оскільки в його молекулі всі чотири валентності атома вуглецю повністю насичені. Для метану, як і інших насичених вуглеводнів, типовими є реакції заміщення, при яких атоми водню заміщаються атомами інших елементів або атомними групами. Характерна для метану також реакція з хлором, яка відбувається при звичайній температурі під впливом розсіяного світла (при прямому сонячному світлі може статися вибух). При цьому атоми водню в молекулі метану послідовно заміщаються атомами хлору:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Внаслідок реакції утворюється суміш хлоропохідних метану.

Також вступає у реакцію сульфохлорування — взаємодію із сумішшю хлору та діоксиду сірки з утворенням метансульфохлориду:

${\ce {H3C-H +SO2 +Cl2 ->H3C-SO2-Cl +HCl}}$

В атмосфері повітря метан горить безбарвним полум'ям з виділенням значної кількості тепла:

CH₄ + 2O₂ → СО₂ + 2Н₂О

З повітрям метан утворює вогненебезпечну вибухову суміш. При нагріванні метану без доступу повітря до температури вище 1000 °C він розкладається на елементи — на вуглець (сажу) і водень:

CH₄ → С + 2Н₂

При температурі 1500 °C без доступу кисню і наступному охолодженні відбувається піроліз метану до ацетилену і водню:

2CH₄ → С₂H₂ + 3H₂

Застосування


Паливо
Фізичні основи
Сонце · Сонячна радіація Фотосинтез · Рослини · Біомаса Гуміфікація · Скам'яніння Горіння
Викопне паливо
Вугілля · Горючі сланці · Гідрат метану · Нафта · Природний газ · Торф
Природне невикопне паливо
Водорості · Деревина · Рослинні і тваринні жири та олії · Трава
Штучне паливо
Біопаливо · Генераторні гази · Кокс · Моторні палива
Концепції
Енергетична біосировина
п о р

Велика кількість метану використовується як зручне і дешеве паливо. Неповне спалювання метану дає сажу, яка йде на виготовлення друкарської фарби і як наповнювач каучуку, а при термічному розкладі (вище 1000 °C) одержують сажу і водень, який використовують для синтезу амоніаку. Продукт повного хлорування метану — тетрахлорид вуглецю CCl₄ — є добрим розчинником жирів і застосовується для екстрагування жирів із зерен олійних рослин. Метан служить також вихідною речовиною для одержання ацетилену, метилового спирту і багатьох інших хімічних продуктів.

Метан (природний газ, стиснений природний газ - СПГ, CNG) як моторне пальне – найбезпечніший і екологічно чистий вид пального. Використання СПГ як моторного пального зростає завдяки низці переваг у порівнянні з бензиновим і дизельним паливом.

Метан як рудниковий газ

З повітрям метан утворює вибухові суміші. При вмісті в повітрі до 5-6 % метан горить біля джерела тепла (температура запалення 650—750 °С), при вмісті 5-15,2(16)% — вибухає, понад 16 % — може горіти при припливі кисню, зниження при цьому концентрації метану вибухонебезпечне.

Метан має слабку наркотичну дію. ГДК 300 мг/м³. Виділення метану у виробітках шахт створює особливу небезпеку при видобутку вугілля. Розрізняють три форми виділення метану в гірничих виробках: звичайне, суфлярне і раптове. За метановістю, відповідно до «Правил безпеки у вугільних шахтах», шахти поділяють на п'ять категорій. Критерієм такого поділу є відносна метановість, тобто кількість метану у кубометрах, що виділяється за добу на 1 т середньодобового видобутку:

з виділенням метану до 5 м³/т;
5 — 10 м³/т;
10 — 15 м³/т;
надкатегорійні — понад 15 м³/т; небезпечні за суфлярними виділеннями.

Шахти, що розробляють пласти, небезпечні або загрозливі за раптовими викидами вугілля, газу й породи, належать до особливої категорії — небезпечних за раптовими викидами.

Перспективним вважається видобуток метану з вугільних пластів (Див. метаноносність вугільного пласта, метан вугільних родовищ). Наприкінці XX ст. цією проблемою тільки в США займалися науковці бл. 40 університетів, задіяно бл. 100 фірм. Перші промислові спроби використати попутний метан (при вуглевидобутку) провадяться і в Україні, на Донбасі. У промисловості метан застосовують для одержання синтезгазу, ацетилену, хлороформу, чотирихлористого вуглецю, технічного вуглецю та ін. Продукти неповного окиснення метану є вихідними для виготовлення пластмас, використовуються в органічному синтезі.

Цікаві факти

Чорне море багате на поклади метану, вони виявлені на глибинах 300–1000 м. У центральній глибоководній частині моря запаси оцінюють у 20–30 трлн м³, а загалом у Чорному морі, за прогнозами геологів України і Росії, міститься 60–80 трлн. м³ цього газу. Очікувані запаси газу тільки в осадових породах в українській частині чорноморського дна – 7–10 трлн. м³. Цього, при збереженні рівня споживання 2012 року, вистачить на сто років.

Джерела

Деркач Ф. А. «Хімія» Л. 1968
Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
Органічна хімія: Підруч. для студ. вищ. навч. закл. / Л.Д. Бобрівник, В.М. Руденко, Г.О. Лезенко. — К.; Ірпінь: ВТФ "Перун", 2005. — C. 143—144.

Література

Метан і парниковий ефект атмосфери : (екол., біохім. та мікробіол. аспекти) / Л. І. Сологуб, Г. Л. Антоняк, Г. О. Богданов [та ін.]. − Л. : ПАІС, 2008. − 275 с. : табл. − Бібліогр. : с. 185−275 (1057 назв). − ISBN 978-966-7651-81-7.
Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. — 3-є. — Львів : Центр Європи, 2006. — 864 с. — ISBN 966-7022-19-6.

Алкани

Метан (СН₄) · Етан (С₂Н₆) · Пропан (С₃Н₈) · Бутан (С₄Н₁₀) · Пентан (С₅Н₁₂) · Гексан (С₆Н₁₄) · Гептан (С₇Н₁₆) · Октан (С₈Н₁₈) · Нонан (С₉Н₂₀) · Декан (С₁₀Н₂₂) · Ундекан (С₁₁Н₂₄) · Додекан (С₁₂Н₂₆) · Тридекан (С₁₃Н₂₈) · Тетрадекан (С₁₄Н₃₀) · Пентадекан (С₁₅Н₃₂) · Гексадекан (С₁₆Н₃₄) · Гептадекан (С₁₇Н₃₆) · Октадекан (С₁₈Н₃₈) · Нонадекан (С₁₉Н₄₀) · Ейкозан (С₂₀Н₄₂) · Генейкозан (С₂₁Н₄₄) · Докозан (С₂₂Н₄₆) · Трикозан (С₂₃Н₄₈) · Тетракозан (С₂₄Н₅₀) · Пентакозан (С₂₅Н₅₂) · Гексакозан (С₂₆Н₅₄) · Гептакозан (С₂₇Н₅₆) · Октакозан (С₂₈Н₅₈) · Нонакозан (С₂₉Н₆₀) · Триаконтан (С₃₀Н₆₂) · Гентріаконтан (С₃₁Н₆₄) · Дотриаконтан (С₃₂Н₆₆)