Метан

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Метан
Methane-CRC-MW-dimensions-2D.png
Метан
Общие
Рац. формула CH4
Физические свойства
Молярная масса 16,04 г/моль
Плотность газ (0 °C) 0,7168 кг/м³;
жидкость (−164,6 °C) 415 кг/м³[1]
Термические свойства
Т. плав. -182,49 °C
Т. кип. -161,58 °C
Т. свспл. 537,8 °C
Пр. взрв. 4,4-17,0 %
Химические свойства
Растворимость в воде 0,02 г/кг[2] г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS 74-82-8
SMILES C
Безопасность
Токсичность
NFPA 704.svg
Hazard F.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.
Получение метана

Метан — простейший предельный углеводород, имеющий химическую формулу CH4.

Содержание

[править] Физические свойства

Метан — бесцветный газ без запаха и вкуса, почти в два раза легче воздуха, растворимый в воде.

Имеет плотность по воздуху 0,555 (при температуре 20 ° C); молекулярная масса 16,04, tпл = −182,49 °C, tкип = −161,56 °C, критическое давление 4,58 МПа, критическая температура −82 ° С, температура вспышки 87,8 °C, температура самовоспламенения 537,8 °C.

[править] Химические свойства

Первый член гомологического ряда насыщенных (метановых) углеводородов. Метан представляет собой малоактивное в химическом отношении вещество. При обычных условиях он достаточно устойчив к воздействию кислот, щелочей и окислителей. Так, при пропускании метана через раствор KMnO4, который является достаточно сильным окислителем, он не окисляется, и фиолетовая окраска раствора не исчезает. В реакции присоединения (ассоциации) метан не вступает, поскольку в его молекуле все четыре валентности атома углерода полностью насыщены. Для метана, как и других насыщенных углеводородов, типичны реакции замещения, при которых атомы водорода замещаются атомами других элементов или атомными группами. Характерна для метана также реакция с хлором, которая происходит при обычной температуре под влиянием рассеянного света (при прямом солнечном свете может произойти взрыв). При этом атомы водорода в молекуле метана последовательно замещаются атомами хлора:

  • CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
  • CH3Cl + Cl2 = CH2Cl2 + HCl
  • CH2Cl2 + Cl2 = CHCl3 + HCl
  • CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCl

Вследствие реакции образуется смесь хлорпроизводных метана.

В атмосфере воздуха метан горит бесцветным пламенем с выделением значительного количества тепла:

  • CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О

С воздухом метан образует огнеопасную взрывную смесь. При нагревании метана без доступа воздуха до температуры выше 1000 ° C он разлагается на элементы — на углерод (сажу) и водород:

  • CH4 = С + 2Н2

[править] Распространение в природе

Метан является основным компонентом:

  • природных горючих газов (до 99,5 %),
  • попутных нефтяных газов (39-91 %),
  • болотных (99 %) и рудничных (34-48 %) газов;
  • присутствует в газах грязевых вулканов (более 95 %),
  • спорадически встречается в вулканических газах и в газах магматических и метаморфических пород.

Большое количество метана растворено в водах океанов, морей, озер. Среднее содержание метана в водах Мирового океана составляет около 10−2 см3 / л, общее количество — 14 · 1012 м3. Количество метана, растворенного в пластовых водах, на несколько порядков выше его промышленных запасов.

Метан присутствует также в атмосферах Земли, Юпитера, Сатурна, Урана; в газах поверхностного грунта Луны. Основная масса метана лито- и гидросферы Земли образовалась при биохимической и термокаталитической деструкции рассеянного органического вещества, угля и нефтей. Метан образуется при анаэробном разложении органических веществ, в частности целлюлозы (метановое брожение).

В природе Земли метан достаточно распространен. Горючие природные газы состоят на 90-97 % из метана. Он образует ряд месторождений, из которых добывается и по газопроводам подается к месту использования. На дне болот и прудов метан образуется в результате разложения остатков растений без доступа воздуха. Поэтому его называют еще болотным газом. Под названием «рудничный газ» метан накапливается в угольных шахтах, в результате выделения из пластов угля и сопутствующих пород, в которых находится в свободном и связанном виде. На действующих шахтах наблюдается выделение метана из угольных пластов в объеме до 70-80 м3/т с. б. м. (т с. б. м. — тонна сухой беззольной массы), что делает экономически целесообразным его самостоятельное или сопутствующее (дегазация) извлечения из угольных месторождений.

Рудничный газ очень опасен, так как с воздухом может образовывать взрывчатую смесь. Наиболее взрывоопасные концентрации метана в воздухе — 9-14 %.

Основной компонент природных (77-99 %), попутных нефтяных (31-90 %), рудничного и болотного газов.

При низких температурах метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Газовые гидраты — твердые кристаллические вещества плотностью 880—890 кг/м3, похожие на снег или лед. Гидратообразования происходят в пористой среде осадочного чехла с формированием газогидратных залежей.

[править] Получение

В лабораториях метан можно получить при нагревании ацетата натрия с твердым гидроксидом натрия или при воздействии воды на карбид алюминия:

  • CH3COONa + NaOH = Na2CO3 + CH4
  • Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

[править] Применение

Большие количества метана используются как удобное и дешевое топливо. Неполное сжигание метана дает сажу, которая идет на изготовление печатной краски и как наполнитель каучука, а при термическом разложении (выше 1000 °C) получают сажу и водород, используемый для синтеза аммиака. Продукт полного хлорирования метана — четырёххлористый углерод CCl4 — является хорошим растворителем жиров и применяется для извлечения жиров из зерен масличных растений. Метан служит также исходным веществом для получения ацетилена, метилового спирта и многих других химических продуктов.

[править] Метан как рудничный газ

С воздухом метан образует взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5-6 % метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 ° С), при содержании 5-16 % — взрывается, свыше 16 % — может гореть при притоке кислорода, снижение при этом концентрации метана взрывоопасное.

Метан имеет слабое наркотическое действие. ПДК 300 мг/м3. Выделение метана в выработках шахт создает особую опасность при добыче угля. Различают три формы выделения метана в горных выработках: обычное, суфлярное и внезапное. По метанообильности, согласно «Правилам безопасности в угольных шахтах», шахты делятся на 5 категорий. Критерием такого деления является относительная метанообильность, то есть количество метана в кубометрах, выделяемой за сутки на 1 т среднесуточной добычи:

  • до 5 м3/т;
  • 5 — 10 м3/т;
  • 10 — 15 м3/т;
  • сверхкатегорийные — более 15 м3/т.

Шахты, разрабатывающие пласты, опасные или угрожающие по внезапным выбросам угля, газа и породы, принадлежат к особой категории — опасных по внезапным выбросам.

Перспективным считается добыча метана из угольных пластов. В конце XX века этой проблемой только в США занимались ученые из 40 университетов, задействовано около 100 фирм. В промышленности метан применяют для получения синтез-газа, ацетилена, хлороформа, четыреххлористого углерода, технического углерода и др. Продукты неполного окисления метана являются исходными для изготовления пластмасс, используемых в органическом синтезе.

[править] Источники

  1. Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
  2. Обзор: Растворимость некоторых газов в воде

[править] Литература

  • Деркач Ф. А. «Химия» Л. 1968
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты