Природный газ: формула. химическая формула газа. все виды природного газа

Как получить метан в лабораторных условиях

Получить метан в условиях лаборатории можно несколькими способами:

  1. Пропускание смеси сероводорода и сероуглерода через трубку, на дне которой расположена раскаленная медь: CS2 + 2H2S + 8Cu = CH4+ Cu2S. Это был самый первый способ получения метана. Позже было выяснено, что получить метан можно при нагревании смеси водорода и углерода в присутствии никелевого катализатора до 475 градусов. Без использования катализатора нагревать смесь приходится до 1200 градусов. С + 2H2 = CH4
  2. В настоящее время метан получают нагреванием смеси гидроксида натрия и ацетата натрия: СН3СООNa + NaOH = Na2CO3 + CH4.
  3. Получить чистый метан можно при реакции карбида алюминия и воды: Al4C3 + 12H2O = 4 Al(OH)3 + 3CH4
  4. Синтез метана может вестись и на основе соединения водорода и угарного газа: CO + 3H2 = CH4 + H2O

Формула метана и способы его получения

Молекулярная формула метана Структурная формула метана
 

СH4

Н

|

Н — С — Н

|

Н

Метан в больших количествах содержится в атмосфере. Мы не обращаем внимания на нахождение этого газа в воздухе, ведь на нашем организме это никак не отражается, а вот канарейки очень чувствительны к метану.

Когда-то они даже помогали шахтерам спускаться под землю. Когда процентное содержание метана изменялась, птицы переставали петь. Это служило сигналом для человека, что он спустился слишком глубоко и нужно подниматься наверх.

Образуется метан в результате распада остатков живых организмов. Не случайно с английского methane переводится, как болотный газ, ведь он может быть обнаружен в заболоченных водоемах и каменноугольных шахтах.

Основным источником газа в агропромышленном комплексе является рогатый скот. Да, метан они выводят из организма вместе с остальными продуктами жизнедеятельности. Кстати, увеличение числа рогатого скота на планете может привести к разрушению озонового слоя, ведь метан с кислородом образуют взрывоопасную смесь.

Метан в промышленности можно получить с помощью нагревания углерода и водорода или синтеза водяного газа, все реакции протекают в присутствии катализатора, чаще всего никеля.

В США разработана целая система по добыче метана, она способна извлечь до 80% газа из природного угля. На сегодняшний день мировые запасы метана оцениваются экспертами в 260 триллионов метров кубических! Даже запасы природного газа значительно меньше.

В лаборатории метан получают путем взаимодействия карбида алюминия (неорганическое соединение алюминия с углеродом) и воды. Также с помощью гидроксида натрия, вступающего в реакцию с ацетатом натрия, более известного как пищевая добавка Е262.

Применение метана

Метан используется в качестве топлива для печей, водонагревателей, автомобилей, турбин и др. Для хранения метана может использоваться активированный уголь.

Как основной компонент природного газа, метан важен для производства электроэнергии, сжигая его в качестве топлива в газовой турбине или парогенераторе. По сравнению с другими видами углеводородного топлива метан производит меньше углекислого газа на каждую единицу выделенного тепла. При температуре около 891 кДж/моль теплота сгорания метана ниже, чем у любого другого углеводорода. Тем не менее, он производит больше тепла на массу (55,7 кДж/г), чем любая другая органическая молекула из-за его относительно большого содержания водорода, что составляет 55 % теплоты сгорания, но отдаёт только 25 % молекулярной массы метана. Во многих городах метан подаётся в дома для отопления и приготовления пищи. В этом контексте его обычно называют природным газом, содержание энергии в котором составляет 39 мегаджоулей на кубический метр. Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой преимущественно метан (CH4), превращаемый в жидкую форму для удобства хранения или транспортировки.

Рафинированный жидкий метан, в сочетании с жидким кислородом, рассматривается в качестве перспективного ракетного топлива и используется в таких двигателях, как BE-4 и Raptor. Метан имеет преимущества перед керосином в том, что он:

  • даёт бо́льший удельный импульс;
  • оставляет меньше продуктов сгорания на внутренних частях ракетных двигателей;
  • позволяет легче освободить полости двигателя от остатков топлива.

Это уменьшает сложность повторного использования ракет.

Метан используется в качестве сырья в органическом синтезе, в том числе для изготовления метанола.

Метан и экология[править | править код]

Спектр поглощения метана в ближней и средней ИК-областях. По вертикальной оси отложено сечение поглощения на 1 молекулу.

Является парниковым газом, более сильным в этом отношении, чем углекислый газ, из-за наличия глубоких колебательно-вращательных полос поглощения его молекул в инфракрасном спектре. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность того же молярного объёма метана составит 21—25 единиц.

С 1750 года концентрация метана в атмосфере Земли увеличилась примерно на 150 %, и на её долю приходится 20 % от общего радиационного воздействия всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов.

Ацетилен, формула, газ, характеристики:

Ацетилен (также – этин) – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород, состоящий из двух атомов углерода и двух атомов водорода.

Химическая формула ацетилена C2H2. Структурная формула ацетилена СH≡CH. Изомеров не имеет.

Строение молекулы ацетилена:

Ацетилен имеет тройную связь между атомами углерода.

Ацетилен – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако технический ацетилен содержит примеси – фосфористый водород, сероводород и пр., которые придают ему резкий запах.

Легче воздуха. Плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9.

Очень горючий газ. Пожаро- и взрывоопасен.

Ацетилен относится к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном. В них ацетилен хранится в виде раствора с ацетоном.

Малорастворим в воде. Очень хорошо растворяется в ацетоне. Хорошо растворяется в других органических веществах (бензине, бензоле и пр.)

Ацетилен обладает незначительным токсическим действием.

Химические свойства

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 других, но обладает меньшей реакционной способностью по сравнению с другими алканами.

Для метана специфична реакция с парами воды, в которой в промышленности применяется в качестве катализатора никель, нанесённый на оксиде алюминия (Ni/Al2O3) при 800—900 °C или без катализатора при 1400—1600 °C. Образующийся в результате реакции синтез-газ может быть использован для последующих синтезов метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.

Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 33,066 МДж на 1 м³, взятый при нормальных условиях. Реакция горения метана в кислороде или воздухе:

CH4+2O2→CO2+2H2O+891 kJ{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+2O_{2}\rightarrow CO_{2}+2H_{2}O+891\ {kJ}}}}.

При комнатной температуре и стандартном давлении метан является бесцветным газом без запаха. Знакомый запах природного газа, который используется дома, обычно достигается добавлением смеси одоранта, содержащей трет-бутилтиол, в качестве меры безопасности. Метан имеет температуру кипения −164 ° C при давлении в одну атмосферу. Как газ, он легко воспламеняется при объёмных концентрациях в воздухе от 4,4 % до 17 % при стандартном давлении.

Твёрдый метан существует в нескольких модификациях. В настоящее время известно девять.

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

CH4+Cl2→CH3Cl+HCl{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl}}},
CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl}}},
CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl{\displaystyle {\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\rightarrow CHCl_{3}+HCl}}},
CHCl3+Cl2→CCl4+HCl{\displaystyle {\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\rightarrow CCl_{4}+HCl}}}.

Выше 1400 °C разлагается по реакции:

2CH4→C2H2+3H2{\displaystyle {\mathsf {2CH_{4}\rightarrow C_{2}H_{2}+3H_{2}}}}.

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

CH4+3O→HCOOH+H2O{\displaystyle {\mathsf {CH_{4}+3\rightarrow HCOOH+H_{2}O}}}.

Физиологическое действие

Если процентное содержание метана в воздухе составляет от 5 до 16 процентов, при попадании кислорода возможно воспламенение метана. В случае существенного возрастания в смеси данного химического вещества повышается вероятность взрыва.

Если в воздухе концентрация данного алкана составляет 43 процента, он является причиной удушья.

При взрыве скорость распространения составляет от 500 до 700 метров в секунду. После того как метан контактирует с источником тепла, процесс воспламенения алкана происходит с некоторым запаздыванием.

Именно на этом свойстве базируется производство взрывобезопасного электрического оборудования и предохранительных взрывчатых компонентов.

Так как именно метан является самым термически устойчивым насыщенным углеводородом, он имеет широкое применение в виде промышленного и бытового топлива, а также используется в качестве ценного сырья для химического синтеза. Структурная формула три-этил-метана характеризует особенности строения представителей данного класса углеводородов.

В процессе его химического взаимодействия с хлором при воздействии ультрафиолетового облучения возможно образование нескольких продуктов реакции. В зависимости от количества исходного вещества, можно в ходе замещения получить хлорметан, хлороформ, четыреххлористый углерод.

В случае неполного сгорания метана образуется сажа. В случае каталитического окисления образуется формальдегид. Конечным продуктом взаимодействия с серой является сероуглерод.

Страницы

  • Главная страница
  • ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ
  • 1.1 Важнейшие классы неорганических веществ
  • 2.1 Вещества. Атомы
  • 2.2 Размеры атомов
  • 2.3 Молекулы. Химические формулы
  • 2.4 Простые и сложные вещества
  • 2.5 Валентность элементов
  • 2.6 Моль. Молярная масса
  • 2.7 Закон Авогадро
  • 2.8 Закон сохранения массы веществ
  • 2.9 Вывод химических формул
  • 3.1 Строение атома. Химическая связь
  • 3.2 Строение атома
  • 3.4 Строение электронной оболочки атома
  • 3.5 Периодическая система химических элементов
  • 3.6 Зависимость свойств элементов
  • 3.7 Химическая связь и строение вещества
  • 3.8 Гибридизация орбиталей
  • 3.9 Донорно-акцепторный механизм образования
  • 3.10 Степени окисления элементов
  • 4.1 Классификация химических реакций
  • 4.2 Тепловые эффекты реакций
  • 4.3 Скорость химических реакций
  • 4.4 Необратимые и обратимые реакции
  • 4.5 Общая классификация химических реакций
  • НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
  • 5.1 Растворы. Электролитическая диссоциация
  • 5.2 Количественная характеристика состава растворов
  • 5.3 Электролитическая диссоциация
  • 5.4 Диссоциация кислот, оснований и солей
  • 5.5 Диссоциация воды
  • 5.6 Реакции обмена в водных растворах электролитов
  • 5.7 Гидролиз солей
  • 6.1 Важнейшие классы неорганических веществ
  • 6.2 Кислоты, их свойства и получение
  • 6.3 Амфотерные гидроксиды
  • 6.4 Соли, их свойства и получение
  • 6.5 Генетическая связь между важнейшими классами
  • 6.6 Понятие о двойных солях
  • 7.1 Металлы и их соединения
  • 7.2 Электролиз
  • 7.3 Общая характеристика металлов
  • 7.4 Металлы главных подгрупп I и II групп
  • 7.5 Алюминий
  • 7.6 Железо
  • 7.7 Хром
  • 7.8 Важнейшие соединения марганца и меди
  • 8.1 Неметаллы и их неорганические соединения
  • 8.2 Водород, его получение
  • 8.3 Галогены. Хлор
  • 8.4 Халькогены. Кислород
  • 8.5 Сера и ее важнейшие соединения
  • 8.6 Азот. Аммиак. Соли аммония
  • 8.7 Оксиды азота. Азотная кислота
  • 8.8 Фосфор и его соединения
  • 8.9 Углерод и его важнейшие соединения
  • 8.10 Кремний и его важнейшие соединения
  • ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
  • 9.1 Основные положения органической химии. Углеводороды
  • 9.2 Электронные эффекты заместителей в органических соединениях
  • 9.3 Предельные углеводороды (алканы)
  • 9.3.1 Насыщенные УВ. Метан
  • 9.4 Понятие о циклоалканах
  • 9.5 Непредельные углеводороды
  • 9.6 Диеновые углеводороды (алкадиены)
  • 9.7 Алкины
  • 9.8 Ароматические углеводороды
  • 9.9 Природные источники углеводородов
  • 10.1 Кислородсодержащие органические соединения
  • 10.2 Фенолы
  • 10.3 Альдегиды
  • 10.4 Карбоновые кислоты
  • 10.5 Сложные эфиры. Жиры
  • 10.6 Понятие о поверхностно-активных веществах
  • 10.7 Углеводы
  • 11.1 Амины. Аминокислоты
  • 11.2 Белки
  • 11.3 Понятие о гетероциклических соединениях
  • 11.4 Нуклеиновые кислоты
  • 12.1 Высокомолекулярные соединения
  • 12.2 Синтетические волокна

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, характерные для горной болезни.

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 глазосердечный рефлекс, резко выраженная атропиновая проба, гипотония) из-за весьма слабого наркотического действия этих веществ, сходного с наркотическим действием диэтилового эфира.

Биологическая роль[править | править код]

Показано, что эндогенный метан способен вырабатываться не только метаногенной микрофлорой кишечника, но и клетками эукариот, и что его образование значительно возрастает при экспериментальном вызывании клеточной гипоксии, например, при нарушении работы митохондрий при помощи отравления организма экспериментального животного азидом натрия, известным митохондриальным ядом. Высказывается предположение, что образование метана клетками эукариот, в частности животных, может быть внутриклеточным или межклеточным сигналом испытываемой клетками гипоксии.

Также показано увеличение образования метана клетками животных и растений под влиянием различных стрессовых факторов, например, бактериальной эндотоксемии или её имитации введением бактериального липополисахарида, хотя, возможно, этот эффект наблюдается не у всех видов животных (в эксперименте исследователи получили его у мышей, но не получили у крыс). Возможно, что образование метана клетками животных в подобных стрессовых условиях играет роль одного из стрессовых сигналов.

Предполагается также, что метан, выделяемый кишечной микрофлорой человека и не усваиваемый организмом человека (он не метаболизируется и частично удаляется вместе с кишечными газами, частично всасывается и удаляется при дыхании через лёгкие), не является «нейтральным» побочным продуктом метаболизма бактерий, а принимает участие в регуляции перистальтики кишечника, а его избыток может вызывать не только вздутие живота, отрыжку, повышенное газообразование и боли в животе, но и функциональные запоры.

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, //pixabay.com

Как возможно научиться писать тексты и зарабатывать на этом удаленно? Например, можете пройти курс «Копирайтинг от А до Я», который подойдет даже начинающим авторам.

Другие записи:

карта сайта

как получить метан этилен реакция ацетилен этен 1 2 вещество хлорметан метанол кислород водород связь является углекислый газ бромная водауравнение реакции масса объем полное сгорание моль молекула смесь превращение горение получение метананапишите уравнение реакций метан

Коэффициент востребованности
16 292

7. Метан как фактор угледобычи

С воздухом М. образует взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5-6% М. горит около источника тепла (т-ра воспаление 650-750 С), при содержании 5-15,2 (16)% — взрывается, свыше 16% — может гореть при притоке кислорода , снижение при этом концентрации М. взрывоопасное. М. имеет слабое наркотическое действие. ПДК 300 мг / м 3. Выделение М. в выработки шахт создает особую опасность при добыче угля. Различают три формы выделения М. в горные выработки: обычное, суфлярным и внезапное. По метанообильность, согласно «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах», шахты подразделяют на пять категорий. Критерием такого деления является относительная метанообильность, т.е. количество метана в кубометрах, выделяемой за сутки на 1 т среднесуточной добычи: с выделением метана до 5 м 3 / т, 5 — 10 м 3 / т, 10 — 15 м 3 / т; сверхкатегорийные — более 15 м 3 / т; опасные по суфлярным выделениями. Шахты, разрабатывающих пласты, опасные или угрожающие по внезапным выбросам угля, газа и породы, относятся к особой категории — опасных по внезапным выбросам. Перспективным считается добыча метана из угольных пластов (см. метаноноснисть угольного пласта, метан угольных месторождений). В конце ХХ в. этой проблемой только в США занимались ученые ок. 40 университетов, задействовано ок. 100 фирм. Первые промышленные попытки использовать попутный метан (при угледобыче) производятся и в Украине, в Донбассе. В промышленности М. применяют для получения синтезгаз, ацетилена, хлороформа, четыреххлористого углерода, технического углерода и др.. Продукты неполного окисления метана являются исходными для изготовления пластмасс, используемых в органическом синтезе.

Краткая характеристика

Природный метан образуется при гниении останков живых организмов. В переводе с английского «methane» означает «болотный газ», так как чаще всего его обнаруживают в болотах и каменноугольных шахтах.

Почти 95% реагента появляется в результате биологических процессов. Пятая часть годовых выбросов газа в атмосферу приходится на коз и коров, в желудках которых живут бактерии, вырабатывающие метан. В атмосферу он попадает, когда рогатый скот выводит из организма продукты своей жизнедеятельности.

Другими источниками вещества являются:

  • термиты;
  • рис-сырец;
  • болотистые водоёмы;
  • фильтрация природного газа;
  • фотосинтез растений;
  • вулканы;
  • давно погибшие организмы.

Поскольку вещество обычно связано с живыми организмами, то учёные полагают, что его присутствие на планете указывает на наличие жизни. Так, когда этот газ был обнаружен в атмосферах Марса, специалисты начали тщательное изучение планеты именно на предмет существования живых организмов. Но дальнейшие исследования показали, что на удалённых планетах Солнечной системы метана значительно больше, хотя там он появился в результате химических реакций.

4. Распространение в природе

Метан является основным компонентом:

  • газов природных горючих (до 99,5%),
  • нефтяных попутных (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 около 10 -2 см 3 / л, общее количество — 14.10 12 м 3. 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 лето-и гидросферы Земли образовалась при биохимической и термокаталитический деструкции рассеянного органического вещества, уголь и нефть. Метан образуется при анаэробном разложении органических веществ, в частности целлюлозы (метановое брожение).

В природе Земли метан довольно распространен. Горючие природные газы состоят на 90-97% из метана. Он образует много 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 м / т с. б. м. (т с. б. м. — тонна сухого беззольной массы), что делает экономически целесообразным его самостоятельно или сопутствующее ( дегазация) извлечения из угольных месторождений.

Рудничный газ очень опасен, поскольку 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. Есть парниковым газом.

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

Газовые гидраты — твердые кристаллические вещества плотностью 880-890 кг / м 3, похожие на снег или лед. Гидратообразования происходит в пористой среде осадочного чехла с формированием газогидратных залежей.

История

В ноябре 1776 года итальянский физик Алессандро Вольта обнаружил метан в болотах озера Лаго-Маджоре на границе Италии и Швейцарии. На изучение болотного газа его вдохновила статья Бенджамина Франклина о «горючем воздухе». Вольта собирал газ, выделяемый со дна болота, и в 1778 году выделил чистый метан. Также он продемонстрировал зажигание газа от электрической искры.

Сэр Гемфри Дэви в 1813 г. изучал рудничный газ и показал, что он является смесью метана с небольшими количествами азота N2 и углекислого газа CO2 — то есть, что он качественно тождествен по составу болотному газу.

Современное название «метан» в 1866 г. газу дал немецкий химик Август Вильгельм фон Гофман, оно образовано от слова «метанол».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector