Метан химическая формула

Метан, Methane

Метан — газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические. Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).

Источники и получение метана

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).

На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.

Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

Свойства метана

Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м3. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O2).

Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м2. После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.

При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH4 + H2O → CO + 3H2, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное метана — нитрометан.

Автомобильное топливо

Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Метан и парниковый эффект

Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.

Сейчас среднее содержание метана CH4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO2), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО2. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO2, паров воды, метана и некоторых других примесей средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.

Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.

Опасно ли отравление метаном для организма человека, симптомы и последствия

Метан представляет собой простое химическое соединение газообразной формы. Вещество не опасно для здоровья человека и не представляет угрозы для жизни. Класс опасности метана – 4 (малоопасные соединения). При регулярном попадании газа в организм происходит поражение центральной нервной системы.

Газообразное соединение СН4 – простой углеводород. Метан это газ, который при комнатной температуре, нормальной влажности и атмосферном давлении не имеет запаха и цвета. Он плохо растворяется в воде. Вещество не токсично. В условиях закрытого пространства накапливается и становится взрывоопасным.

Метан – это второй по значимости и количеству в атмосфере парниковый газ после углекислого. Он вырабатывается в условиях отсутствия кислорода (в почве, болоте), выделяется в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.

Наибольшие запасы вещества в природе находятся на территориях вечной мерзлоты, в морском дне. В промышленности метан делают из каменного угля.

В связи с его широким распространением существует классификация метана по его происхождению:

  • бактериальный – газ, который образовался как продукт метаболизма живых микроорганизмов;
  • биогенный – метан как результат химических реакций между различными органическими комплексами;
  • абиогенный – газ как продукт соединения неорганических химических элементов с водой;
  • термогенный – образование метана происходит при химических реакциях под действием высоких температур.

Газ используют в химической промышленности для синтеза органических веществ, в космической отрасли в качестве ракетного топлива.

Метан в организме человека

Присутствие метана в организме человека постоянно. Его продуцируют условно-патогенный жители тонкого и толстого кишечника – кишечные палочки.

Установлено, что в небольших количествах газ выделяют все эукариоты – клетки, содержащие ядро, а это весь организм. Если целостность или проницаемость клеточных оболочек и мембран нарушена, под действием метана возрастает риск развития гипоксии – кислородного голодания тканей.

Увеличению газа в организме человека способствуют нервные перенапряжения, стрессовые ситуации, эмоциональная нестабильность. Повышение уровня вещества происходит при острых инфекционных болезнях, которые сопряжены с высокой интоксикацией.

Метан, который выделяется молочно-кислыми бактериями кишечника, играет физиологическую роль. Он влияет на такие процессы, как моторика, перистальтика полых органов пищеварительной системы. Вещество приносит не только пользу, но и вред.

При его избытке у человека возникают такие расстройства:

  • метеоризм, повышенное газообразование;
  • тошнота и отрыжка;
  • вздутие живота, чувство дискомфорта, тянущие боли;
  • функциональные запоры.

Газ не ядовит, поэтому влияние метана на организм человека не вредно. При попадании больших концентраций газа в кровеносное русло не создается угроза жизни, так как метан не растворим в крови, не вступает во взаимосвязь с ее компонентами, не образует токсические комплексы. Смертельные случаи отравления веществом фиксируются крайне редко. Предельно допустимая концентрация – 7000 мг/м3.

Причины и симптомы отравления метаном

Существую риски отравления газом. Метан опасен для людей, которые работают в закрытом пространстве – шахты, промышленные строения, где есть риск скопления больших концентраций вещества в помещении, либо люди подвержены систематическому воздействию ядовитого газа.

Хроническая интоксикация организма

Метан в небольших концентрациях оказывает наркотическое действие. Он влияет по принципу анестезирующих препаратов – снижается чувствительность и показатели артериального давления. Наблюдается незначительная возбудимость. Затем вредность метана проявляется расстройствами вегетативной нервной системы:

  1. Глазосердечный рефлекс – надавливая на глазные яблоки при закрытых веках количество сокращений сердца резко снижается до 4-8 ударов в минуту. Это связано с угнетением импульсов блуждающего и тройничного нервов. Осложнения симптома – устойчивая брадикардия, нарушение ритмических сердечных сокращений (асистолия).
  2. Гипотония – стабильное снижение артериального давления, постоянная сонливость, физическая слабость, вялость и разбитость, бледность кожных покровов, одышка, усиливающаяся при движении. На фоне развития гипотонии у пострадавшего случаются обмороки, особенно когда человек находится долгое время в вертикальном положении (в душном транспорте или помещении). Из-за дневной сонливости нарушается качество и продолжительность ночного сна. Днем не ощущает чувства бодрости. Частые симптомы – головокружение, тошнота.
  3. Атропиновая проба резко выраженная – диагностический метод, который позволяет выявить нарушение работы сердца и других внутренних органов.

Острое отравление метаном

Признаки, характерные для отравления метаном в больших концентрациях, отличаются выраженностью. Первоначально человек испытывает удушье. Появляется одышка из-за недостатка кислорода, нарушается кровообращение. Постепенно симптом нарастает. Это может вызвать у человека приступ паники или страха. Пострадавший принимает вынужденное положение тела – наклонен вперед, опираясь на колени. Характеристика дыхания:

  • шумное;
  • частое;
  • иногда со свистом;
  • выдох происходит тяжелее, чем вдох.

Затем присоединяется кашель, может быть усиленная секреция слизистой бронхов. Поэтому иногда наблюдается обильное отхождение мокроты. Пульс становится частым, нагрузка на сердце увеличивается. Из-за ложного чувства нехватки воздуха человек делает глубокие вдохи.

На фоне общей интоксикации и поражения центральной нервной системы действие метана на организм человека проявляется в нарушении координации движений. Особенно страдает мелкая моторика. Признаки отравления головного мозга:

  • эйфория сменяются сильными головными болями, нарушением цикличности дыхания;
  • отсутствие сна, пострадавший засыпает с трудом;
  • потеря аппетита, постоянная тошнота, иногда рвота;
  • нарушения деятельности органов чувств;
  • симптомы обезвоживания организма – сухость во рту, нарушение водно-солевого баланса.

В тяжелых случаях, которые фиксируются редко (у пожилых, людей с ослабленным здоровьем или хроническими болезнями) наблюдается сильная боль в висках и затылке, язык обложен налетом, развивается сухой кашель. Возникает рвота после каждого приема пищи. Нарушается функциональность ЖКТ – боли в эпигастральной области, понос, диспепсия и другие кишечные расстройства. Кожа становится бледной с синим оттенком. Повышается температура тела на 1-2°, вызывая ломоту в костях и озноб.

В самых тяжелых случаях развивается отек легких.

Оказание первой помощи при отравлении метаном

Метан держится в организме недолго, быстро и легко выводится из организма.

Если человек получил острое отравление, его необходимо вынести из очага поражения (помещения) на свежий воздух. Освободить от стесняющей одежды – галстук, шарф, расстегнуть верхние пуговицы одежды. Специфического противоядия не существует. Поэтому пострадавшего нужно быстро доставить в больницу. При тошноте и рвоте человека уложить на бок, чтобы избежать аспирации дыхательных путей.

Если человек находится в бессознательном состоянии, нужно постоянно следить за его дыханием. Можно дать понюхать пары нашатырного спирта. В случае отсутствия легочной деятельности срочно приступить к выполнению искусственного дыхания и массажа сердца пострадавшему.

При хроническом отравлении важно определить источник постоянной интоксикации организма и устранить его. Пациенту назначают симптоматическое лечение, в зависимости от степени поражения организма:

  1. Для поддержания сердечной деятельности показаны сердечные гликозиды. Они компенсируют сердечную недостаточность.
  2. При расстройствах ЖКТ – противорвотные, противодиарейные, антацидные препараты.
  3. Для снятия болевого симптома – спазмолитические средства.
  4. Для стабилизации эмоционального фона – седативные, успокаивающие препараты.

Осложнения

Отравление метаном может повлечь негативные последствия. При хронической интоксикации из-за влияния на нервную систему у человека наблюдаются нервные и психические расстройства:

  • подавленное настроение;
  • нарушение режима сна и бодрствования;
  • упадок сил;
  • отсутствие мотивации, интересов, увлечений;
  • частые депрессии и угнетенное настроение;
  • эмоциональная нестабильность;
  • отсутствие желания общения с людьми.

К физиологически осложнениям относятся поражение внутренних органов, нарушение их функций:

  • сбой работы выделительной системы (почек);
  • нарушение деятельности костного мозга и механизма кроветворения;
  • хроническая недостаточность дыхательной системы;
  • в редких случаях – летальный исход.

Так как метан не имеет запах, его присутствие в помещении не всегда удается зафиксировать. Чтобы избежать отравления сотрудников в производственных сооружениях должны проводить регулярные замеры параметров воздуха или установить специальные приборы, которые фиксируют концентрацию метана в воздухе.

Метан, получение, свойства, химические реакции.

Метан, CH4 – простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов. В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе, в рудничном и болотном газах. Растворен в нефти, в пластовых и поверхностных водах. В твердом состоянии встречается в виде газогидратов.

Метан, формула, газ, характеристики

Физические свойства метана

Химические свойства метана

Получение метана в промышленности и лаборатории

Химические реакции – уравнения получения метана

Применение и использование метана


Метан, формула, газ, характеристики:

Метан (лат. methanum) – простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода.

Химическая формула метана CH4, рациональная формула CH4. Изомеров не имеет.

Строение молекулы:

Метан – в обычных условиях лёгкий бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако в метан, используемый в качестве технического газа, могут добавляться одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах для предупреждения его утечки.

Метан – это основной компонент природного газа.

Является одним из парниковых газов. Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %.

В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе. Для выделения из природного и попутного нефтяного газа производят их очистку и сепарацию газа. Также содержится в рудничном и болотном газах (отсюда произошли другие названия метана – болотный или рудничный газ), свалочном газе.

В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, на дне прудов и стоячих вод, где он образуется при разложении растительных остатков без доступа воздуха, в кишечнике жвачных животных, биореакторах, биогазовых установках и пр.) образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

В растворенном виде содержится в нефти, в пластовых и поверхностных водах. При переработке нефти метан выделяют отдельно для дальнейшего использования.

Помимо газообразного состояния в природе встречается еще и в твердом состоянии на дне морей, океанов и в зоне вечной мерзлоты в виде метаногидратов (гидратов природного газа), именуемых «горючий лёд».

Также содержится в сланцевой нефти, сланцевом газе и сжиженном газе (сжиженном природном газе).

Пожаро- и взрывоопасен.

Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).

Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.


Физические свойства метана:

Наименование параметра: Значение:
Цвет без цвета
Запах без запаха
Вкус без вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) газ
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 0,6682
Плотность (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 0,7168
Плотность (при -164,6 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 415
Температура плавления, °C -182,49
Температура кипения, °C -161,58
Температура самовоспламенения, °C 537,8
Критическая температура*, °C -82,4
Критическое давление, МПа 4,58
Критический удельный объём, м3/кг 0,0062
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных от 4,4 до 17,0
Удельная теплота сгорания, МДж/кг 50,1
Коэффициент теплопроводности (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), Вт/(м·К) 0,0302
Коэффициент теплопроводности (при 50 °C и атмосферном давлении 1 атм.), Вт/(м·К) 0,0361
Молярная масса, г/моль 16,04
Растворимость в воде, г/кг 0,02

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.


Химические свойства метана:

Метан трудно вступает в химические реакции. В обычных условиях не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.

Химические свойства метана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

  1. 1. конверсия метана в синтез-газ:

CH4 + H2O → CО + 3H2 (kat = Ni/Al2O3 при to = 800-900 оС или без катализатора при to = 1400-1600 оС).

Образующийся в результате реакции синтез-газ может быть использован для последующих синтезов метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.

  1. 2. галогенирование метана:

CH4 + Br2 → CH3Br + HBr (hv или повышенная to);

CH4 + I2 → CH3I + HI (hv или повышенная to).

Реакция носит цепной характер. Молекула брома или йода под действием света распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы метана, отрывая у них атом водорода, в результате этого образуется свободный метил CH3·, который сталкиваются с молекулами брома (йода), разрушая их и образуя новые радикалы йода или брома:

Br2 → Br·+ Br· (hv); – инициирование реакции галогенирования;

CH4 + Br· → CH3· + HBr; – рост цепи реакции галогенирования;

CH3· + Br2 → CH3Br + Br·;

CH3· + Br· → CH3Br; – обрыв цепи реакции галогенирования.

Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование метана проходит поэтапно – за один этап замещается не более одного атома водорода.

CH4 + Br2 → CH3Br + HBr (hv или повышенная to);

CH3Br + Br2 → CH2Br2 + HBr (hv или повышенная to);

и т.д.

Галогенирование будет происходить и далее пока, не будут замещены все атомы водорода.

CH2Br2 + Br2 → CHBr3 + HBr (hv или повышенная to);

CHBr3 + Br2 → CBr4 + HBr (hv или повышенная to).

  1. 3. нитрование метана:

См. нитрование этана.

  1. 4. окисление (горение) метана:

При избытке кислорода:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.

Горит голубоватым пламенем.

При нехватке кислорода вместо углекислого газа (СО2) получается оксид углерода (СО), при еще меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод (сажа в различном виде, в т.ч. в виде графена, фуллерена и пр.) либо их смесь.

  1. 5. сульфохлорирование метана:

CH4 + SO2 + Cl2 → CH3-SO2Cl + … (hv).

  1. 6. сульфоокисление метана:

2CH4 + 2SO2 + О2 → 2CH3-SO2ОН (повышенная to).

  1. 7. разложение метана:

CH4 → C + 2H2 (при to > 1000 оС).

  1. 8. дегидрирование метана:

2CH4 → C2H2 + 3H2 (при to > 1500 оС).

  1. 9. каталитическое окисление метана:

В реакциях каталитического окисления метана могут образовываться спирты, альдегиды, карбоновые кислоты.

2CH4 + O2 → 2CН3OH (при to = 200 оС, kat); – образуется метанол;

CH4 + O2 → НCНO + H2O (при to = 200 оС, kat); – образуется формальдегид;

2CH4 + 3O2 → 2НCOОН + H2O (при to = 200 оС, kat); – образуется муравьиная кислота.


Получение метана в промышленности и в лаборатории. Химические реакции – уравнения получения метана:

Так как метан в большом количестве встречается в природе. Например, содержится в природном газе, попутном нефтяном газе и выделяется при крекинге нефтепродуктов, его, как правило, не получают искусственно. Его выделяют при очистке и сепарации из природного газа, ПНГ и нефти при перегонке. Кроме того, его получают из метаногидратов (гидратов природного газа), в процессе эксплуатации биогазовых установок и пр.

Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

  1. 1. газификации твердого топлива:

C + 2H2 → CH4 + H2O (повышенное давление и to, kat = Ni, Mo или без катализатора).

  1. 2. синтеза Фишера-Тропша:

CО + 3H2 → CH4 (kat = Ni, to = 200-300 оС);

  1. 3. реакции взаимодействия оксида углерода (IV) и водорода:

CО2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (kat, to = 200-300 оС);

  1. 4. гидролиза карбида алюминия:

Al4C3 + 12H2O → CH4 + 4Al(OH)3.

  1. 5. щелочного плавления солей одноосновных органических кислот

CH3-COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3 (повышенная to).

Применение и использование метана:

– как топливо для автомобилей, судов, газовых плит, печей, паяльных ламп, зажигалок и пр. бытовых приборов;

– как сырье в химической промышленности для проведения реакций органического синтеза.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //.com

Метан
Общие
Химическая формула CH4
Физические свойства
Молярная масса 16,04 г/моль
Плотность газ (0 °C, 1013 гПа) 0,72 кг/м³;
жидкость (−161,6 °C) 0,42 г/см³
Термические свойства
Температура плавления -182,5 °C
Температура кипения -161,6 °C
Химические свойства
Растворимость в воде 0,35 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS 74-82-8
SMILES C
Безопасность
Токсичность

У этого термина существуют и другие значения, см. Метан (значения).

Мета́н (лат. Methanum) — простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно меркаптаны) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека. Однако имеются данные, что метан относится к токсическим веществам, действующим на центральную нервную систему. Накапливаясь в закрытом помещении, метан взрывоопасен. Обогащение одорантами делается для того, чтобы человек вовремя заметил утечку газа. На промышленных производствах эту роль выполняют датчики и во многих случаях метан для лабораторий и промышленных производств остается без запаха.

Метан — первый член гомологического ряда насыщенных углеводородов (алканов), наиболее устойчив к химическим воздействиям. Подобно другим алканам вступает в реакции радикального замещения (галогенирования, сульфохлорирования, сульфоокисления, нитрования и др.), но обладает меньшей реакционной способностью. Специфична для метана реакция с парами воды, которая протекает на Ni/Al2O3 при 800—900 °C или без катализатора при 1400—1600 °C; образующийся синтез-газ может быть использован для синтеза метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.

Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 % до 17 %. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови. Класс опасности — четвёртый.

  • 1 Источники
  • 2 Получение
  • 3 Химические свойства
  • 4 Соединения включения
  • 5 Применение метана
  • 6 Физиологическое действие
    • 6.1 Хроническое действие метана
  • 7 Метан и экология
  • 9 Примечания

Основной компонент природных (77—99 %), попутных нефтяных (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, рубце жвачных животных) образуется биогенно. Получается также при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга.

Классификация по происхождению:

  • абиогенный — образован как результат химических реакций неорганических соединений;
  • биогенный — образован как результат химической трансформации органического вещества;
  • бактериальный (микробный) — образован в результате жизнедеятельности бактерий;
  • термогенный — образован в ходе термохимических процессов.

Предположительно, что на поверхности Титана (спутник Сатурна) в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси.

Получение

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и кальция) или безводного гидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой.

Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

Возможно получение метана сплавлением ацетата натрия с гидроксидом натрия:

Также для лабораторного получения метана используют гидролиз карбида алюминия или некоторых металлорганических соединений (например, метилмагнийбромида).

Химические свойства

Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1 м³. С воздухом образует взрывоопасные смеси при объёмных концентрациях от 5 до 15 процентов. Точка замерзания −184oС (при нормальном давлении)

Вступает с галогенами в реакции замещения, которые проходят по свободно радикальному механизму:

Выше 1400 °C разлагается по реакции:

Окисляется до муравьиной кислоты при 150—200 °C и давлении 30—90 атм. по цепному радикальному механизму:

Соединения включения

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

  • Топливо.
  • Сырьё в органическом синтезе.

Физиологическое действие

Метан является самым физиологически безвредным газом в гомологическом ряду парафиновых углеводородов. Физиологическое действие метан не оказывает и не ядовит (из-за малой растворимости метана в воде и плазме крови и присущей парафинам химической инертности). Погибнуть человеку в воздухе, с высокой концентрацией метана можно только от недостатка кислорода в воздухе для дыхания при очень высоких концентрациях метана. Так, при содержании в воздухе 25—30 % метана появляются первые признаки асфиксии (учащение пульса, увеличение объёма дыхания, нарушение координации тонких мышечных движений и т. д.). Более высокие концентрации метана в воздухе вызывают у человека кислородное голодание — головную боль, одышку, — симптомы, сходные с горной болезнью.

Так как метан легче воздуха, он не скапливается в проветриваемых подземных сооружениях. Поэтому весьма редки случаи гибели людей от вдыхания смеси метана с воздухом, от асфиксии.

Первая помощь при тяжелой асфиксии: удаление пострадавшего из вредной атмосферы. При отсутствии дыхания немедленно (до прихода врача) искусственное дыхание изо рта в рот. При отсутствии пульса — непрямой массаж сердца.

Хроническое действие метана

У людей, работающих в шахтах или на производствах, где в воздухе присутствуют в незначительных количествах метан и другие газообразные парафиновые углеводороды, описаны заметные сдвиги со стороны вегетативной нервной системы (положительный глазо-сердечный рефлекс, резко выраженная атропиновая проба, гипотония) из-за весьма слабого наркотического действия этих веществ, сходного с наркотическим действием диэтилового эфира.

Метан и экология

Является парниковым газом, в этом отношении, более сильным, чем углекислый газ, из-за наличия глубоких вращательных полос поглощения его молекул в инфракрасном спектре. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21 единицу.

ПДК метана в воздухе рабочей зоны составляет 7000 мг/м3.

Ссылки

  • Чем метан лучше пропана
  • Термодинамические свойства метана.
  • Свойства метана

Примечания

  1. Обзор: Растворимость некоторых газов в воде
  2. Статья «Метан» на сайте «Химик»
  3. З. Гауптман, Ю. Грефе, Х. Ремане «Органическая химия», М. «Химия», 1979, стр. 203.
  4. Куценко С. А. Основы токсикологии / С.А. Куценко. — СПб.: Фолиант, 2004.
  5. ГОСТ Р 52136-2003
  6. Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, н-бутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03 (УТВ. ГЛАВНЫМ ГОСУДАРСТВЕННЫМ САНИТАРНЫМ ВРАЧОМ РФ 30.03.2003)
  7. Б. А. Павлов, А. П. Терентьев. Курс органической химии. — Издание шестое, стереотипное. — M.: Химия, 1967. — С. 58.
  8. EBRD Methodology for Assessment of Greenhouse Gas Emissions, Version 3 February 2009 (англ.)
  9. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»

Углеводороды

Алканы

Метан • Этан • Пропан • Бутан • Пентан • Гексан • Гептан • Октан • Нонан • Декан • Ундекан • Додекан • Тридекан • Тетрадекан • Гексадекан • Эйкозан …

Алкены

Этилен • Пропен • Бутен • Пентен • Гексен • Гептен • Октен …

Алкины

Ацетилен • Пропин • Бутин

Диены

Пропадиен • Бутадиен • Изопрен

Другие ненасыщеные

Винилацетилен • Диацетилен

Циклоалканы

Циклопропан • Циклобутан • Циклопентан • Циклогексан • Декалин • Индан

Ароматические

Бензол • Толуол • Диметилбензолы • Этилбензол • Пропилбензол • Кумол • Стирол • Фенилацетилен • Индан • Циклобутадиен • Дифенил • Дифенилметан • Трифенилметан • Тетрафенилметан

Полициклические

Нафталин • Антрацен • Пентацен • Фенантрен • Пирен • Бензпирен • Азулен • Хризен

Предельные, углеводороды ряда метана (алканы)

Алканы, или парафины — алифатические предельные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой s-связью. Оставшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими атомами углерода, полностью насыщены водородом. Поэтому предельные углеводороды содержат в молекуле максимальное число водородных атомов.

Углеводороды ряда алканов имеют общую формулу CnH2n+2. В таблице представлены некоторые представители ряда алканов и их некоторые физические свойства.

Формула

Название

Название радикала

Т пл. 0С

Т кип. 0С

метан

метил

этан

этил

пропан

пропил

бутан

бутил

-0,5

изобутан

изобутил

пентан

пентил

изопентан

изопентил

неопентан

неопентил

гексан

гексил

гептан

гептил

декан

децил

пентадекан

эйкозан

Из таблицы видно, что эти углеводороды отличаются друг от друга количеством групп — СН2-.Такой ряд сходных по строению, обладающих близкими химическими свойствами и отличающихся друг от друга числом данных групп называется гомологическим рядом. А вещества, составляющие его, называются гомологами.

Тренажёр №1 — Гомологи и изомеры

Тренажёр №2. — Гомологический ряд предельных углеводородов

Физические свойства

Первые четыре члена гомологического ряда метана — газообразные вещества, начиная с пентана — жидкости, а углеводороды с числом углеродных атомов 16 и выше — твердые вещества (при обычной температуре). Алканы — неполярные соединения и трудно поляризуемые. Они легче воды и в ней практически не растворяются. Не растворяются также в других растворителях с высокой полярностью. Жидкие алканы — хорошие растворители для многих органических веществ. Метан и этан, а также высшие алканы не имеют запаха. Алканы — горючие вещества. Метан горит бесцветным пламенем.

Получение алканов

Для получения алканов используют в основном природные источники.

Газообразные алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный воск —природный битум.

1. Из простых веществ:

nC + 2nН2 500 °С, кат → СnН2n + 2

2. Действие металлического натрия на галогенопроизводные алканов— реакция А.Вюрца:

2CH3-Cl + 2Na → CH3-CH3 + 2NaCl

Химические свойства алканов

1. Реакции замещения — Галогенирование (стадийно)

CH4 + Cl2 hν → CH3Cl(хлорметан) + HCl (1 стадия) ;

CH3Cl + Cl2 hν → CH2Cl2 (дихлорметан)+ HCl (2 стадия);

СH2Cl2 + Cl2 hν → CHCl3 (трихлорметан)+ HCl (3 стадия);

CHCl3 + Cl2 hν → CCl4 (хлорметан)+ HCl (4 стадия).

2. Реакции горения (горят светлым не коптящим пламенем)

CnH2n+2 + O2 t→ nCO2 + (n+1)H2O

Горение метана

Горение пропан-бутановой смеси

3. Реакции разложения

а) Крекинг при температуре 700-1000°С разрываются (-С-С-) связи:

C10H22 → C5H12 + C5H10

б) Пиролиз при температуре 1000°С разрываются все связи, продукты – С (сажа) и Н2:

СH4 1000°С→ C + 2H2

Применение

· Предельные углеводороды находят широкое применение в самых разнообразных сферах жизни и деятельности человека.

· Использование в качестве топлива – в котельных установках, бензин, дизельное топливо, авиационное топливо, баллоны с пропан-бутановой смесью для бытовых плит

· Вазелин используется в медицине, парфюмерии, косметике, высшие алканы входят в состав смазочных масел, соединения алканов применяются в качестве хладагентов в домашних холодильниках

· Смесь изомерных пентанов и гексанов называется петролейным эфиром и применяется в качестве растворителя. Циклогексан также широко применяется в качестве растворителя и для синтеза полимеров.

· Метан используется для производства шин и краски

· Значение алканов в современном мире огромно. В нефтехимической промышленности предельные улеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений, важным сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ. Велико значение в медицине, парфюмерии и косметике.

Задания для закрепления

№1. Составьте уравнения реакций горения этана и бутана.

№2. Составьте уравнения реакций получения бутана из следующих галогеналканов:

CH3 — Cl (хлорметан) и C2H5 — I (йодэтан).

№3. Осуществите превращения по схеме, назовите продукты:

C→ CH4 → CH3Cl → C2H6 → CO2

№4. Реши кроссворд

По горизонтали:

1. Алкан, имеющий молекулярную формулу С3Н8.
2. Простейший представитель предельных углеводородов.
3. Французский химик, имя которого носит реакция получения углеводородов с более длинной углеродной цепью взаимодействием галогенопроизводных предельных углеводородов с металлическим натрием.
4. Геометрическая фигура, которую напоминает пространственное строение молекулы метана.
5. Трихлорметан.
6. Название радикала С2Н5–.
7. Наиболее характерный вид реакций для алканов.
8. Агрегатное состояние первых четырех представителей алканов при нормальных условиях.

Если вы правильно ответили на вопросы, то в выделенном столбце по вертикали получите одно из названий предельных углеводородов. Назовите это слово?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *