Wer hat Methan entdeckt? Molekulare und Strukturformel von Methan

Methan ist der einfachste Vertreter der gesättigten Kohlenwasserstoffe. Es brennt gut und gibt viel Wärme ab und wird daher häufig in der Industrie eingesetzt.

Wie man Methan in der Industrie gewinnt

Methan ist Teil von Erdgas und Begleitgas von Ölfeldern. Daher gewinnt die Industrie aus diesen Gasen Methan.

So bekommen Sie Methan zu Hause

Methan hat auch einen anderen Namen – Sumpfgas. Um es zu Hause zu bekommen, sollten Sie etwas Erde vom Boden des Sumpfes nehmen, sie in ein Glas geben und Wasser darüber gießen. Das Glas wird fest verschlossen und an einen dunklen und warmen Ort gestellt. Nach einigen Tagen werden Sie das Auftreten kleiner Gasblasen auf der Wasseroberfläche bemerken. Das entstehende Methan kann durch ein Gasauslassrohr aus der Dose entfernt werden.

So gewinnen Sie Methan unter Laborbedingungen

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Methan im Labor zu gewinnen:

Leiten einer Mischung aus Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff durch ein Rohr, an dessen Boden sich heißes Kupfer befindet: CS 2 + 2H 2 S + 8Cu = CH 4 + Cu 2 S. Dies war die allererste Methode zur Herstellung von Methan. Später wurde festgestellt, dass Methan durch Erhitzen einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoff in Gegenwart eines Nickelkatalysators auf 475 Grad gewonnen werden kann. Ohne Verwendung eines Katalysators muss die Mischung auf 1200 Grad erhitzt werden. C + 2H2 = CH4
Derzeit wird Methan durch Erhitzen einer Mischung aus Natriumhydroxid und Natriumacetat hergestellt: CH 3 COONa + NaOH = Na 2 CO 3 + CH 4.
Reines Methan kann durch die Reaktion von Aluminiumcarbid und Wasser erhalten werden: Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 3CH 4
Die Methansynthese kann auch auf Basis einer Kombination von Wasserstoff und Kohlenmonoxid durchgeführt werden: CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O

Wie man aus Methan Acetylen gewinnt

Acetylen kann aus Methan gewonnen werden, indem man dieses auf eine Temperatur von eineinhalbtausend Grad erhitzt:

2 CH 4 >C 2 H 2 + H 2

Wie man aus Methan Methanol gewinnt

Um aus Methan Methanol zu gewinnen, müssen mehrere chemische Reaktionen durchgeführt werden. Zunächst kommt es zu einer Reaktion zwischen Chlor und Methan. Diese Reaktion findet nur im Licht statt, weil Es wird durch Lichtphotonen ausgelöst. Bei dieser Reaktion entstehen Trichlormethan und Salzsäure: CH 4 + Cl 2 > CH 3 Cl + HCl. Dann wird eine Reaktion zwischen dem resultierenden Trichlormethan und einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid durchgeführt. Das Ergebnis sind Methanol und Natriumchlorid: CH 3 Cl + NaOH > NaCl + CH 3 OH

Wie man aus Methan Anilin gewinnt

Es ist möglich, Anilin aus Methan zu gewinnen, indem man nur eine ganze Reaktionskette durchführt, die schematisch wie folgt aussieht: CH 4 > C 2 H 2 > C 6 H 6 > C 6 H 5 NO 2 > C 6 H 5 NH 2 .

Zunächst wird Methan auf 1500 Grad erhitzt, wodurch Acetylen entsteht. Mithilfe der Zelinsky-Reaktion wird dann aus Acetylen Benzol gewonnen. Dazu wird Acetylen durch ein auf 600 Grad erhitztes Rohr geleitet, das zur Hälfte mit Aktivkohle gefüllt ist: 3C 2 H 2 = C 6 H 6

Nitrobenzol wird aus Benzol gewonnen: C 6 H 6 + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + H 2 O, dem Ausgangsstoff für die Herstellung von Anilin. Dieser Prozess folgt Zinins Reaktion:

C 6 H 5 NO 2 + 3(NH 4) 2 S = C 6 H 5 NH 2 + 6NH 3 + 3S + 2H 2 O.

Methan ist ein organisches Gas, geruchlos und farblos. CH 4 ist seine chemische Formel und die Masse des Stoffes ist geringer als die Masse der Luft. Die Auflösung in Wasser verläuft langsam. Wenn man von der organischen Natur von Methan spricht, bedeutet dies, dass fast 95 % der Fälle seines Vorkommens natürlicher Natur sind. Es wird beispielsweise bei der Zersetzung von Pflanzenresten freigesetzt. Daher ist es nicht verwunderlich, dass viele seiner Eigenschaften bereits vor der Neuen Ära untersucht wurden, als die Menschen Luftblasen auf der Oberfläche stehender Gewässer beobachteten. Bei diesen Blasen handelte es sich genau um Methan, das beim Verfall der Pflanzen am Boden des Sumpfes freigesetzt wurde.

Weitere natürliche Gasquellen sind:

Vieh. Bakterien, die in ihren Mägen leben, emittieren während ihrer Lebensprozesse Methan, und sein Anteil macht 20 % aller atmosphärischen Gase aus.
Pflanzen. Methan ist ein integraler Stoff, der bei der Photosynthese freigesetzt wird.
Insekten. Am aktivsten produzieren Termiten Methan.
Minen. Unter der Erdoberfläche findet ständig die langsame Zersetzung von Kohle statt, bei der Methan entsteht.
Ölquellen. Der Gehalt dieses Gases im Öl ist einfach enorm.
Vulkane. Wahrscheinlich entsteht dort auch Methan, weil prähistorisches organisches Material aktiv zersetzt wird.
Ozean. Tief unter Wasser gibt es Risse, durch die Methan austreten kann.
Waldbrand.
Industrie. Trotz der offensichtlichen Aktivität dieser Unternehmen ist ihr Anteil an den Emissionen an der Gesamtmasse vernachlässigbar.

Alle oben genannten Beispiele bestätigen eindeutig die Tatsache, dass sich Methan ständig in der Atmosphäre befand, sein Auftreten ist nicht mit dem Beginn aktiver menschlicher Aktivität verbunden. Deshalb ist das Vorhandensein von Methan auf einem Planeten ein Zeichen dafür, dass es Leben auf ihm geben könnte oder dass es einmal dort war.

Die „Natürlichkeit“ dieses Gases bedeutet jedoch nicht, dass es uns keinen Schaden zufügt. Seine Dämpfe können, insbesondere in erhöhten Konzentrationen, durchaus zum Tod des Menschen führen. In den frühen Stadien der Entwicklung des Bergbaus wurden häufig Explosionen oder schwere Vergiftungen von Bergleuten mit Methan registriert. Folgt man den Informationen in den Medien, finden diese Ereignisse auch in der modernen Welt statt. Um die Wahrscheinlichkeit einer Methanvergiftung zu minimieren, ist es notwendig, beim ersten Anzeichen einer Methanvergiftung eine professionelle Analyse der Raumluft in Auftrag zu geben, mit deren Hilfe die Konzentration genau bestimmt werden kann.

Methan in der modernen Welt

Gas wird in der modernen Welt häufig verwendet:

Verbrennungsmotoren werden häufig mit Methan betrieben.
Gas ermöglicht die Herstellung vieler Medikamente, darunter Antiseptika und Schlaftabletten.
Methan ist die Basis von Formaldehyd und Methanol, aus denen Düngemittel und viele andere Stoffe hergestellt werden.
Ohne Methan ist die Herstellung von Feuerlöschern und Lösungsmitteln nicht möglich.
Blausäure ist nicht nur ein Gift, sie hat auch vielfältige praktische Anwendungsmöglichkeiten und ihr Herstellungsprozess basiert auf der Oxidation eines Methan-Ammoniak-Gemisches.

Methan und seine Gefahr für den menschlichen Körper

Die Gefahr von Methan liegt in folgenden Faktoren:

Explosionsgefahr. Diese Eigenschaft gab ihm den Namen „Sprenggas“. Eine Ansammlung von Methan, der kleinste Funke – all das kann zu einer zerstörerischen Explosion führen. Deshalb sollten Sie an Orten, an denen Ansammlungen oder Emissionen dieses Gases beobachtet werden, nicht rauchen oder offene Flammen verwenden. Aber manchmal reichen selbst diese Sicherheitsmaßnahmen nicht aus; Gas kostet weiterhin Menschenleben.
Die Eigenschaft, dass sich Methan in Bergwerken ansammeln kann, haben wir bereits erwähnt. Man findet es hauptsächlich in Hohlräumen zwischen großen Gesteinsschichten sowie in Hohlräumen, die von Bergleuten während des Abbauprozesses geschaffen wurden. Je aktiver der Bergbau ist, desto intensiver sind die Methanemissionen und daher sind es die Minenarbeiter, die am häufigsten an den Folgen dieses Gases sterben.
Explosionen sind nicht die einzige Gefahr, Methan kann auch schwere Vergiftungen verursachen. Das Einatmen großer Mengen davon führt zu Sauerstoffmangel im Blut, „Klingeln“ in den Ohren und dem Gefühl eines „gusseisernen“ Kopfes. Durch die erhöhte Konzentration schlägt das Herz schneller, die Person verspürt allgemeine Schwäche, leidet unter Übelkeit und die Haut kann sich röten. Die schwerwiegendsten Folgen sind Ohnmacht, Blässe, Krämpfe und sogar der Tod.
Leider hat Methan in seiner reinen Form keinen Geruch und ist daher schwer nachweisbar. Das „Methan“-Aroma, das wir riechen können, ist das Ergebnis spezieller Duftstoffe, die seine Verwendung sicherer und kontrollierter machen.
In den Minen werden dem Methan selbstverständlich keine Duftstoffe zugesetzt. Seit der Antike verwenden Menschen spezielle Methoden, um seine Anwesenheit in der Luft festzustellen. Die ersten Bergleute nahmen beispielsweise einen Kanarienvogel mit. Wenn der Vogel aufhört zu singen oder sogar stirbt, muss er dringend aus der Schlachtung entfernt werden.
In den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts begannen sie, spezielle Geräte einzusetzen, die es ermöglichten, den Methananteil im Luftgemisch genau zu bestimmen. Erfahrene Arbeiter sagten jedoch, dass der Kanarienvogel eine noch bessere Methode sei als neumodische Geräte. Natürlich sind moderne Geräte empfindlicher und kompakter, manchmal werden sie wie Lampen direkt in die Helme der Bergleute eingebaut. Auch in Bergwerken sind stationäre Sensoren installiert, die ständig Informationen an Spezialisten übermitteln. Gefährliche Anstiege erfordern sofortige Stromausfälle und Personalevakuierungen. Heutzutage werden auch spezielle Anlagen eingesetzt, die die Detonation von Kohlenstaub bereits im Frühstadium lokalisieren können. Vor Beginn der Arbeitsschicht wird die Methanmenge in der Mine auf ein äußerst sicheres Maß reduziert.

Es stellt sich heraus, dass die Gefahr von Methan für den Menschen von zwei Seiten gleichzeitig ausgeht. Die Neigung zur Detonation, die giftige Wirkung, das Fehlen von Geruch und Farbe – all das macht „explosives Gas“ unglaublich gefährlich. Um nicht mit seinen schlimmsten Seiten konfrontiert zu werden, lohnt es sich, vorab eine Umweltgutachten zu veranlassen, mit der die Höhe der Methankonzentration in der Luft ermittelt werden kann.

Die molekulare, strukturelle und elektronische Formel von Methan wird auf der Grundlage von Butlerovs Theorie der Struktur organischer Substanzen erstellt. Bevor wir mit dem Schreiben solcher Formeln beginnen, beginnen wir mit einer kurzen Beschreibung dieses Kohlenwasserstoffs.

Eigenschaften von Methan

Dieser Stoff ist explosiv und wird auch „Sumpfgas“ genannt. Der spezifische Geruch dieses gesättigten Kohlenwasserstoffs ist jedem bekannt. Beim Verbrennungsprozess bleiben keine chemischen Bestandteile zurück, die sich negativ auf den menschlichen Körper auswirken. Methan ist aktiv an der Entstehung des Treibhauseffekts beteiligt.

Physikalische Eigenschaften

Der erste Vertreter der homologen Reihe von Alkanen wurde von Wissenschaftlern in der Atmosphäre von Titan und Mars entdeckt. Angesichts der Tatsache, dass Methan mit der Existenz lebender Organismen in Verbindung gebracht wird, ist eine Hypothese über die Existenz von Leben auf diesen Planeten entstanden. Auf Saturn, Jupiter, Neptun und Uranus erschien Methan als Produkt der chemischen Verarbeitung von Stoffen anorganischen Ursprungs. Auf der Oberfläche unseres Planeten ist sein Inhalt unbedeutend.

allgemeine Charakteristiken

Methan hat keine Farbe, ist fast doppelt so leicht wie Luft und in Wasser schlecht löslich. Im Erdgas beträgt sein Anteil 98 Prozent. Es enthält 30 bis 90 Prozent Methan. Methan ist zu einem großen Teil biologischen Ursprungs.

Huftiere, Pflanzenfresser, Ziegen und Kühe, emittieren bei der Verarbeitung von Bakterien in ihrem Magen eine beträchtliche Menge Methan. Zu den wichtigen Quellen der homologen Reihe von Alkanen zählen Sümpfe, Termiten, die Filterung von Erdgas und der Prozess der pflanzlichen Photosynthese. Wenn auf einem Planeten Spuren von Methan nachgewiesen werden, können wir von der Existenz biologischen Lebens auf diesem Planeten sprechen.

Methoden zur Beschaffung

Die erweiterte Strukturformel von Methan bestätigt, dass sein Molekül nur gesättigte Einfachbindungen enthält, die durch Hybridwolken gebildet werden. Zu den Labormöglichkeiten zur Herstellung dieses Kohlenwasserstoffs zählen die Fusion von Natriumacetat mit festem Alkali sowie die Wechselwirkung von Aluminiumcarbid mit Wasser.

Methan verbrennt mit bläulicher Flamme und setzt dabei etwa 39 MJ pro Kubikmeter frei. Dieser Stoff bildet mit Luft explosionsfähige Gemische. Am gefährlichsten ist Methan, das beim Untertageabbau von Mineralvorkommen in Bergminen freigesetzt wird. In Kohleaufbereitungs- und Brikettfabriken sowie in Sortieranlagen besteht ein hohes Risiko einer Methanexplosion.

Physiologische Wirkung

Liegt der Methananteil in der Luft zwischen 5 und 16 Prozent, kann die Einwirkung von Sauerstoff zur Entzündung des Methans führen. Bei einem deutlichen Anstieg dieser Chemikalie im Gemisch steigt die Wahrscheinlichkeit einer Explosion.

Wenn die Konzentration dieses Alkans in der Luft 43 Prozent beträgt, kommt es zum Ersticken.

Bei einer Explosion beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit 500 bis 700 Meter pro Sekunde. Nachdem Methan mit einer Wärmequelle in Kontakt gekommen ist, erfolgt die Entzündung des Alkans mit einiger Verzögerung.

Auf dieser Eigenschaft basiert die Produktion explosionsgeschützter elektrischer Geräte und sicherheitsexplosiver Komponenten.

Da Methan thermisch am stabilsten ist, wird es häufig in Form von Industrie- und Haushaltsbrennstoffen verwendet und wird auch als wertvoller Rohstoff für die chemische Synthese verwendet. Die Strukturformel von Triethylmethan charakterisiert die Strukturmerkmale von Vertretern dieser Kohlenwasserstoffklasse.

Bei seiner chemischen Wechselwirkung mit Chlor bei Einwirkung von ultravioletter Strahlung ist die Bildung mehrerer Reaktionsprodukte möglich. Abhängig von der Menge des Ausgangsstoffs ist es möglich, bei der Substitution Chlormethan, Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff zu erhalten.

Bei unvollständiger Verbrennung von Methan entsteht Ruß. Bei der katalytischen Oxidation entsteht Formaldehyd. Das Endprodukt der Wechselwirkung mit Schwefel ist Schwefelkohlenstoff.

Merkmale der Struktur von Methan

Wie lautet seine Strukturformel? Methan ist ein gesättigter Kohlenwasserstoff mit der allgemeinen Formel C n H 2n+2. Betrachten wir die Merkmale der Bildung des Moleküls, um zu erklären, wie die Strukturformel gebildet wird.

Methan besteht aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen, die durch eine kovalente polare chemische Bindung miteinander verbunden sind. Lassen Sie uns die Strukturformeln anhand der Struktur des Kohlenstoffatoms erklären.

Art der Hybridisierung

Die räumliche Struktur von Methan ist durch eine tetraedrische Struktur gekennzeichnet. Da Kohlenstoff auf seiner äußeren Ebene über vier Valenzelektronen verfügt, wechselt beim Erhitzen des Atoms ein Elektron vom zweiten s-Orbital zum p. Dadurch verfügt Kohlenstoff auf seinem letzten Energieniveau über vier ungepaarte („freie“) Elektronen. Die vollständige Strukturformel von Methan basiert auf der Bildung von vier Hybridwolken, die im Raum in einem Winkel von 109 Grad 28 Minuten ausgerichtet sind und eine Tetraederstruktur bilden. Als nächstes überlappen sich die Spitzen der Hybridwolken mit Nicht-Hybridwolken aus Wasserstoffatomen.

Die vollständige und abgekürzte Strukturformel von Methan entspricht vollständig der Theorie von Butlerov. Zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff entsteht eine einfache (Einfach-)Bindung, daher sind Additionsreaktionen für diesen chemischen Stoff nicht typisch.

Die endgültige Strukturformel ist unten dargestellt. Methan ist der erste Vertreter der Klasse der gesättigten Kohlenwasserstoffe und weist die typischen Eigenschaften eines gesättigten Alkans auf. Die Struktur- und Elektronenformel von Methan bestätigt die Art der Hybridisierung des Kohlenstoffatoms in dieser organischen Substanz.

Aus einem Schulchemiekurs

Diese Klasse von Kohlenwasserstoffen, für die „Sumpfgas“ ein Vertreter ist, wird in der 10. Klasse des Gymnasiums untersucht. Den Kindern wird beispielsweise folgende Aufgabe gestellt: „Schreiben Sie die Strukturformeln von Methan.“ Es ist notwendig zu verstehen, dass für diese Substanz nach Butlerovs Theorie nur eine detaillierte Strukturkonfiguration beschrieben werden kann.

Seine abgekürzte Formel wird mit der molekularen Formel übereinstimmen, geschrieben als CH4. Gemäß den neuen föderalen Bildungsstandards, die im Zusammenhang mit der Neuordnung des russischen Bildungswesens eingeführt wurden, werden im Grundkurs Chemie alle Fragen im Zusammenhang mit den Eigenschaften von Klassen organischer Substanzen behandelt.

Industrielle Synthese

Basierend auf Methan wurden industrielle Prozesse für eine so wichtige chemische Komponente wie Acetylen entwickelt. Die Grundlage des thermischen und elektrischen Crackens war genau seine Strukturformel. Methan bildet bei der katalytischen Oxidation mit Ammoniak Blausäure.

Dieser organische Stoff wird zur Herstellung von Synthesegas verwendet. Bei der Wechselwirkung mit Wasserdampf entsteht ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, das den Rohstoff für die Herstellung gesättigter Carbonylverbindungen darstellt.

Von besonderer Bedeutung ist die Wechselwirkung mit Salpetersäure, die zu Nitromethan führt.

Anwendung in Form von Autokraftstoff

Aufgrund der Verknappung natürlicher Kohlenwasserstoffquellen sowie der Erschöpfung der Rohstoffbasis ist die Frage nach der Suche nach neuen (alternativen) Quellen zur Kraftstoffgewinnung von besonderer Relevanz. Eine dieser Optionen enthält Methan.

Angesichts des Dichteunterschieds zwischen Benzinkraftstoff und dem ersten Vertreter der Alkanklasse gibt es bestimmte Merkmale seiner Verwendung als Energiequelle für Automobilmotoren. Um den Transport großer Methanmengen zu vermeiden, wird seine Dichte durch Kompression (bei einem Druck von etwa 250 Atmosphären) erhöht. Methan wird in verflüssigtem Zustand in in Autos eingebauten Zylindern gespeichert.

Auswirkungen auf die Atmosphäre

Oben bereits diskutiert wurde, dass Methan einen Einfluss auf den Treibhauseffekt hat. Nimmt man den Grad der Klimawirkung von Kohlenmonoxid (4) konventionell als eins an, so beträgt der Anteil des „Sumpfgases“ daran 23 Einheiten. Wissenschaftler haben in den letzten zwei Jahrhunderten einen Anstieg des quantitativen Methangehalts in der Erdatmosphäre beobachtet.

Derzeit wird die ungefähre Menge an CH4 auf 1,8 ppm geschätzt. Obwohl diese Zahl 200-mal geringer ist als das Vorhandensein von Kohlendioxid, gibt es unter Wissenschaftlern Diskussionen über das mögliche Risiko, dass die vom Planeten abgegebene Wärme zurückgehalten wird.

Aufgrund des hervorragenden Heizwerts von „Sumpfgas“ wird es nicht nur als Ausgangsstoff für die chemische Synthese, sondern auch als Energiequelle genutzt.

Beispielsweise werden verschiedene Gaskessel und Warmwasserbereiter, die für individuelle Heizsysteme in Privathäusern und Landhäusern konzipiert sind, mit Methan betrieben.

Diese autonome Heizoption ist für Hausbesitzer sehr vorteilhaft und nicht mit Unfällen verbunden, die bei Zentralheizungssystemen systematisch passieren. Dank eines Gaskessels, der mit diesem Brennstoff betrieben wird, reichen 15 bis 20 Minuten aus, um ein zweistöckiges Häuschen vollständig zu heizen.

Abschluss

Methan, dessen Struktur- und Molekularformeln oben angegeben wurden, ist eine natürliche Energiequelle. Aufgrund der Tatsache, dass er nur ein Kohlenstoffatom und Wasserstoffatome enthält, erkennen Umweltschützer die Umweltsicherheit dieses gesättigten Kohlenwasserstoffs an.

Unter Standardbedingungen (Lufttemperatur 20 Grad Celsius, Druck 101325 Pa) ist dieser Stoff gasförmig, ungiftig und wasserunlöslich.

Wenn die Lufttemperatur auf -161 Grad sinkt, wird Methan komprimiert, das in der Industrie weit verbreitet ist.

Methan beeinträchtigt die menschliche Gesundheit. Es ist keine giftige Substanz, gilt aber als erstickendes Gas. Für den Gehalt dieser Chemikalie in der Atmosphäre gibt es sogar Höchstnormen (Grenzwerte für die maximale Konzentration).

Beispielsweise ist die Arbeit in Bergwerken nur dann erlaubt, wenn die Menge 300 Milligramm pro Kubikmeter nicht überschreitet. Durch die Analyse der Strukturmerkmale dieser organischen Substanz können wir den Schluss ziehen, dass ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften denen aller anderen Vertreter der Klasse der gesättigten (gesättigten) Kohlenwasserstoffe ähneln.

Wir haben die Strukturformeln und die räumliche Struktur von Methan analysiert. das mit „Sumpfgas“ beginnt, hat die allgemeine Summenformel C n H 2n+2 .

Die chemischen Eigenschaften von Methan unterscheiden sich nicht von den allen anderen Stoffen innewohnenden Eigenschaften. Im Chemiekurs der Schule wird Methan als einer der ersten organischen Stoffe untersucht, da es einer der einfachsten Vertreter der Alkane ist.

Methanformel und Methoden zu seiner Herstellung

Methan kommt in großen Mengen in der Atmosphäre vor. Wir achten nicht auf das Vorhandensein dieses Gases in der Luft, da es unseren Körper in keiner Weise beeinträchtigt, Kanarienvögel reagieren jedoch sehr empfindlich auf Methan.

Einst halfen sie sogar Bergleuten, unter die Erde zu gehen. Als sich der Methananteil änderte, hörten die Vögel auf zu singen. Dies diente als Signal für die Person, dass sie zu tief hinabgestiegen war und nach oben klettern musste.

Methan entsteht durch den Abbau der Überreste lebender Organismen. Es ist kein Zufall, dass Methan aus dem Englischen als Sumpfgas übersetzt wird, denn es kommt in sumpfigen Stauseen und Kohlebergwerken vor.

Die Hauptgasquelle in der Landwirtschaft ist Vieh. Ja, sie entfernen Methan zusammen mit anderen Abfallprodukten aus dem Körper. Übrigens kann eine Zunahme der Rinderzahl auf dem Planeten zur Zerstörung der Ozonschicht führen, da Methan und Sauerstoff ein explosives Gemisch bilden.

Methan kann industriell durch Erhitzen von Kohlenstoff und Wasserstoff oder durch die Synthese von Wassergas hergestellt werden; alle Reaktionen finden in Gegenwart eines Katalysators, meist Nickel, statt.

In den USA wurde ein komplettes Methanextraktionssystem entwickelt, mit dem bis zu 80 % Gas aus Erdgas gewonnen werden können. Heute werden die weltweiten Methanreserven von Experten auf 260 Billionen Kubikmeter geschätzt! Selbst die Erdgasreserven sind deutlich kleiner.

Im Labor entsteht Methan durch die Reaktion von Aluminiumcarbid (einer anorganischen Verbindung von Aluminium mit Kohlenstoff) und Wasser. Wird auch verwendet, das mit Natriumacetat reagiert, besser bekannt als Lebensmittelzusatzstoff E262.

Physikalische Eigenschaften von Methan

Charakteristisch:

Farbloses Gas, geruchlos.
Explosiv.
Nicht in Wasser löslich.
Siedepunkt: -162 °C, Gefrierpunkt: -183 °C.
Molmasse: 16,044 g/mol.
Dichte: 0,656 kg/m³.

Chemische Eigenschaften von Methan

Wenn wir über chemische Eigenschaften sprechen, heben wir die Reaktionen hervor, an denen Methan beteiligt ist. Sie sind unten zusammen mit den Formeln aufgeführt.

Methanverbrennung

Wie alle organischen Stoffe verbrennt Methan. Sie können feststellen, dass bei der Verbrennung eine bläuliche Flamme entsteht.

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Diese Reaktion wird als Verbrennungs- oder vollständige Oxidationsreaktion bezeichnet.

Auswechslung

Methan reagiert auch mit Halogenen. Dies sind chemische Elemente der Gruppe 17 im Periodensystem von Mendelejew. Dazu gehören: Fluor, Chlor, Brom, Jod und Astatin. Die Reaktion mit Halogenen wird als Substitutions- oder Halogenierungsreaktion bezeichnet. Diese Reaktion findet nur in Gegenwart von Licht statt.

Chlorierung und Bromierung

Wenn Chlor als Halogen verwendet wird, spricht man von einer Chlorierungsreaktion. Wenn das Halogen Brom ist, dann Bromierung und so weiter.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 4 + Br 2 → CH 3 Br + HBr

Chlorierung. Niedere Alkane können vollständig chlorieren.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl

CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 3 + HCl

CHCl 3 + Cl 2 → CСl 4 + HCl

Ebenso kann Methan vollständig einer Bromierungsreaktion unterliegen.

CH 4 + Br 2 → CH 3 Br + H Br

CH 3 Br + Br 2 → CH 2 Br 2 + HBr

CH 2 Br 2 + Br 2 → CHBr 3 + HBr

CHBr 3 + Br 2 → CBr 4 + HBr

Bei Jod gibt es keine solche Reaktion, bei Fluor hingegen geht sie mit einer schnellen Explosion einher.

Zersetzung

Auch dieser Kohlenwasserstoff ist durch eine Zersetzungsreaktion gekennzeichnet. Vollständige Zersetzung:

CH 4 → C + 2H₂

Und unvollständige Zerlegung:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Reaktion mit Säuren

Methan reagiert mit konzentrierter Schwefelsäure. Die Reaktion wird Sulfonierung genannt und erfolgt unter leichtem Erhitzen.

2CH 4 + H 2 SO 4 → CH 3 SO 3 H + H 2 O

Oxidation

Wie bereits erwähnt, kann CH 4 vollständig oxidiert werden, bei Sauerstoffmangel ist jedoch eine unvollständige Oxidation möglich.

2CH 4 + 3O 2 → 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 → C + 2H 2 O

Dieses Gas zeichnet sich unter anderem durch eine katalytische Oxidation aus. Es erfolgt in Gegenwart eines Katalysators. Bei unterschiedlichen Molverhältnissen der Substanz werden unterschiedliche Endreaktionsprodukte erhalten. Hauptsächlich:

Alkohole: 2CH 4 + O 2 → 2CO 3 OH
Aldehyde: CH 4 + O 2 → HSON + H 2 O
: 2CH 4 + 3O 2 → 2НСООН + 2Н 2 O

Die Reaktion findet bei einer Temperatur von 1500°C statt. Diese Reaktion wird auch Cracken – thermische Zersetzung – genannt.

Methannitrierung

Es gibt auch eine Nitrierungsreaktion oder die Konovalov-Reaktion, benannt nach dem Wissenschaftler, der bewies, dass verdünnte Salpetersäure mit gesättigten Kohlenwasserstoffen zusammenwirkt. Die Reaktionsprodukte werden Nitroverbindungen genannt.

CH 4 + HNO 3 → CH 3 NO 2 + H 2 O

Die Reaktion wird bei einer Temperatur von 140–150 °C durchgeführt.

Methan-Dehydrierung

Darüber hinaus ist Methan durch eine Dehydrierungsreaktion (Zersetzung) gekennzeichnet – in diesem Fall die Abspaltung von Wasserstoffatomen und die Bildung von Acetylen.

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Anwendung von Methan

Methan wird wie andere gesättigte Kohlenwasserstoffe häufig im Alltag verwendet. Es wird bei der Herstellung von Benzin, Flug- und Dieselkraftstoff verwendet.

Wird als Basis für die Produktion verschiedener organischer Rohstoffe in Unternehmen verwendet. Auch in der Medizin und Kosmetik wird Methan häufig eingesetzt.

Methan wird zur Herstellung von synthetischem Kautschuk, Farben und Reifen verwendet.

Sportler nutzen sogenanntes flüssiges Methan, um in kurzer Zeit schnell an Gewicht zuzunehmen.

Und bei der Chlorierung von Methan entsteht ein Stoff, der anschließend zum Entfetten von Oberflächen oder als Bestandteil in Nagellackentfernern verwendet wird. Das Produkt der Wechselwirkung von Methan und Chlor wurde einige Zeit als Anästhetikum verwendet.