Ποιος ανακάλυψε το μεθάνιο. Μοριακός και δομικός τύπος μεθανίου

Το μεθάνιο είναι ο απλούστερος εκπρόσωπος των κορεσμένων υδρογονανθράκων. Καίγεται καλά και απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως από τη βιομηχανία.

Πώς να αποκτήσετε μεθάνιο στη βιομηχανία

Το μεθάνιο είναι μέρος του φυσικού αερίου και του φυσικού αερίου που συνοδεύουν τα κοιτάσματα πετρελαίου. Ως εκ τούτου, η βιομηχανία λαμβάνει μεθάνιο από αυτά τα αέρια.

Πώς να πάρετε μεθάνιο στο σπίτι

Το μεθάνιο έχει επίσης ένα άλλο όνομα - αέριο βάλτου. Για να το πάρετε στο σπίτι θα πρέπει να πάρετε λίγο χώμα από τον πάτο του βάλτου και να το τοποθετήσετε σε ένα βάζο ρίχνοντας από πάνω νερό. Το βάζο σφραγίζεται καλά και τοποθετείται σε σκοτεινό και ζεστό μέρος. Μετά από λίγες μέρες, θα παρατηρήσετε την εμφάνιση μικρών φυσαλίδων αερίου στην επιφάνεια του νερού. Το προκύπτον μεθάνιο μπορεί να αφαιρεθεί από το δοχείο μέσω ενός σωλήνα εξόδου αερίου.

Πώς να αποκτήσετε μεθάνιο σε εργαστηριακές συνθήκες

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι λήψης μεθανίου σε εργαστήριο:

Περνώντας ένα μείγμα υδρόθειου και δισουλφιδίου του άνθρακα μέσω ενός σωλήνα στον πυθμένα του οποίου υπάρχει θερμός χαλκός: CS 2 + 2H 2 S + 8Cu = CH 4 + Cu 2 S. Αυτή ήταν η πρώτη μέθοδος παραγωγής μεθανίου. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι το μεθάνιο μπορεί να ληφθεί με θέρμανση ενός μείγματος υδρογόνου και άνθρακα παρουσία καταλύτη νικελίου στους 475 βαθμούς. Χωρίς τη χρήση καταλύτη, το μείγμα πρέπει να θερμανθεί στους 1200 βαθμούς. C + 2H2 = CH4
Επί του παρόντος, το μεθάνιο παράγεται με θέρμανση ενός μίγματος υδροξειδίου του νατρίου και οξικού νατρίου: CH 3 COONa + NaOH = Na 2 CO 3 + CH 4.
Καθαρό μεθάνιο μπορεί να ληφθεί με την αντίδραση καρβιδίου του αργιλίου και νερού: Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 3CH 4
Η σύνθεση μεθανίου μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με βάση έναν συνδυασμό υδρογόνου και μονοξειδίου του άνθρακα: CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O

Πώς να πάρετε την ακετυλίνη από το μεθάνιο

Το ακετυλένιο μπορεί να ληφθεί από το μεθάνιο θερμαίνοντας το τελευταίο σε θερμοκρασία μιάμιση χιλιάδων βαθμών:

2 CH 4 > C 2 H 2 + H 2

Πώς να πάρετε μεθανόλη από μεθάνιο

Για να ληφθεί μεθανόλη από μεθάνιο, πρέπει να πραγματοποιηθούν αρκετές χημικές αντιδράσεις. Πρώτον, συμβαίνει μια αντίδραση μεταξύ χλωρίου και μεθανίου. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει μόνο στο φως, γιατί πυροδοτείται από φωτόνια φωτός. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, σχηματίζονται τριχλωρομεθάνιο και υδροχλωρικό οξύ: CH 4 + Cl 2 > CH 3 Cl + HCl. Στη συνέχεια πραγματοποιείται μια αντίδραση μεταξύ του προκύπτοντος τριχλωρομεθανίου και ενός υδατικού διαλύματος υδροξειδίου του νατρίου. Το αποτέλεσμα είναι μεθανόλη και χλωριούχο νάτριο: CH 3 Cl + NaOH > NaCl + CH 3 OH

Πώς να λάβετε ανιλίνη από μεθάνιο

Είναι δυνατό να ληφθεί ανιλίνη από μεθάνιο εκτελώντας μόνο μια ολόκληρη αλυσίδα αντιδράσεων, η οποία σχηματικά μοιάζει με αυτό: CH 4 > C 2 H 2 > C 6 H 6 > C 6 H 5 NO 2 > C 6 H 5 NH 2 .

Αρχικά, το μεθάνιο θερμαίνεται στους 1500 βαθμούς, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί ακετυλένιο. Στη συνέχεια λαμβάνεται βενζόλιο από ακετυλένιο χρησιμοποιώντας την αντίδραση Zelinsky. Για να γίνει αυτό, η ακετυλίνη περνά μέσα από ένα σωλήνα που θερμαίνεται στους 600 βαθμούς, μισογεμάτο με ενεργό άνθρακα: 3C 2 H 2 = C 6 H 6

Το νιτροβενζόλιο λαμβάνεται από το βενζόλιο: C 6 H 6 + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + H 2 O, που είναι η πρώτη ύλη για την παραγωγή ανιλίνης. Αυτή η διαδικασία ακολουθεί την αντίδραση του Ζινίν:

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

Το μεθάνιο είναι ένα οργανικό αέριο, άοσμο και άχρωμο. Το CH 4 είναι ο χημικός του τύπος και η μάζα της ουσίας είναι μικρότερη από τη μάζα του αέρα. Η διάλυση στο νερό προχωρά αργά. Μιλώντας για την οργανική φύση του μεθανίου, σημαίνει ότι σχεδόν το 95% των περιπτώσεων εμφάνισής του είναι φυσικής φύσης. Για παράδειγμα, απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση των φυτικών υπολειμμάτων. Ως εκ τούτου, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι πολλά από τα χαρακτηριστικά του μελετήθηκαν ακόμη και πριν από τη Νέα Εποχή, όταν οι άνθρωποι παρατήρησαν φυσαλίδες αέρα στην επιφάνεια στάσιμων υδάτινων σωμάτων. Αυτές οι φυσαλίδες ήταν ακριβώς το μεθάνιο που απελευθερώθηκε κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης των φυτών στον πυθμένα του βάλτου.

Άλλες φυσικές πηγές αερίου περιλαμβάνουν:

Ζώα. Τα βακτήρια που ζουν στο στομάχι τους εκπέμπουν μεθάνιο κατά τη διάρκεια της ζωής τους και το μερίδιό του αντιπροσωπεύει το 20% του συνόλου του ατμοσφαιρικού αερίου.
Φυτά. Το μεθάνιο είναι μια αναπόσπαστη ουσία που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση.
έντομα. Οι τερμίτες είναι οι πιο ενεργοί εκπομποί μεθανίου.
Ορυχεία. Κάτω από την επιφάνεια της γης, συμβαίνει συνεχώς η αργή αποσύνθεση του άνθρακα, κατά την οποία σχηματίζεται μεθάνιο.
Πηγάδια πετρελαίου. Η περιεκτικότητα αυτού του αερίου στο πετρέλαιο είναι απλά τεράστια.
Ηφαίστεια. Πιθανώς, εκεί σχηματίζεται και μεθάνιο λόγω του γεγονότος ότι η προϊστορική οργανική ύλη αποσυντίθεται ενεργά.
Ωκεανός. Βαθιά κάτω από το νερό υπάρχουν ρωγμές από τις οποίες μπορεί να διαρρεύσει μεθάνιο.
Καύση δάσους.
Βιομηχανία. Παρά τη φαινομενική δραστηριότητα αυτών των επιχειρήσεων, το μερίδιό τους στις εκπομπές στη συνολική μάζα είναι αμελητέο.

Όλα τα παραπάνω παραδείγματα επιβεβαιώνουν ξεκάθαρα το γεγονός ότι το μεθάνιο ήταν συνεχώς στην ατμόσφαιρα, η εμφάνισή του δεν σχετίζεται με την έναρξη της ενεργού ανθρώπινης δραστηριότητας. Γι' αυτό η παρουσία μεθανίου σε έναν πλανήτη είναι σημάδι ότι μπορεί να υπάρχει ζωή σε αυτόν ή ότι κάποτε ήταν εκεί.

Ωστόσο, η «φυσικότητα» αυτού του αερίου δεν σημαίνει ότι δεν μας βλάπτει. Οι ατμοί του, ειδικά σε υψηλές συγκεντρώσεις, είναι αρκετά ικανοί να οδηγήσουν σε ανθρώπινο θάνατο. Στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης της εξορυκτικής βιομηχανίας καταγράφηκαν συχνά εκρήξεις ή σοβαρές δηλητηριάσεις ανθρακωρύχων με μεθάνιο. Εάν παρακολουθείτε πληροφορίες στα μέσα ενημέρωσης, αυτά τα γεγονότα λαμβάνουν χώρα και στον σύγχρονο κόσμο. Για να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα δηλητηρίασης με μεθάνιο, είναι απαραίτητο, με το πρώτο σημάδι της, να γίνει παραγγελία για επαγγελματική ανάλυση του αέρα στο δωμάτιο, με τη βοήθεια της οποίας θα είναι δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός της συγκέντρωσης.

Το μεθάνιο στον σύγχρονο κόσμο

Το αέριο χρησιμοποιείται ευρέως στον σύγχρονο κόσμο:

Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης συχνά λειτουργούν με μεθάνιο.
Το αέριο καθιστά δυνατή την παραγωγή πολλών φαρμάκων, συμπεριλαμβανομένων των αντισηπτικών και των υπνωτικών χαπιών.
Το μεθάνιο είναι η βάση της φορμαλδεΰδης και της μεθανόλης, με την οποία παράγονται τα λιπάσματα και πολλές άλλες ουσίες.
Χωρίς μεθάνιο είναι αδύνατο να κατασκευαστούν πυροσβεστήρες και διαλύτες.
Το υδροκυανικό οξύ δεν είναι απλώς ένα δηλητήριο, έχει επίσης ευρείες πρακτικές εφαρμογές και η διαδικασία παραγωγής του βασίζεται στην οξείδωση ενός μείγματος μεθανίου και αμμωνίας.

Το μεθάνιο και ο κίνδυνος του για τον ανθρώπινο οργανισμό

Ο κίνδυνος του μεθανίου έγκειται στους ακόλουθους παράγοντες:

Κίνδυνος έκρηξης. Ήταν αυτή η ιδιοκτησία που της έδωσε το όνομα «εκρηκτικό αέριο». Μια συσσώρευση μεθανίου, η μικρότερη σπίθα - όλα αυτά μπορούν να οδηγήσουν σε μια καταστροφική έκρηξη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σε μέρη όπου καταγράφονται συσσωρεύσεις ή εκπομπές αυτού του αερίου, δεν πρέπει να καπνίζετε ή να χρησιμοποιείτε πηγές ανοιχτής φλόγας. Αλλά μερικές φορές ακόμη και αυτά τα μέτρα ασφαλείας δεν αρκούν· το αέριο συνεχίζει να προκαλεί ανθρώπινες ζωές.
Έχουμε ήδη αναφέρει την ιδιότητα σύμφωνα με την οποία μπορεί να συσσωρεύεται μεθάνιο στα ορυχεία. Βρίσκεται κυρίως στα κενά μεταξύ μεγάλων στρωμάτων βράχου, καθώς και στα κενά που δημιουργούνται από τους ανθρακωρύχους κατά τη διαδικασία εξόρυξης. Όσο πιο ενεργή είναι η εξόρυξη, τόσο πιο έντονες είναι οι εκπομπές μεθανίου, και ως εκ τούτου είναι οι εργαζόμενοι στο ορυχείο που πεθαίνουν συχνότερα από αυτό το αέριο.
Οι εκρήξεις δεν είναι ο μόνος κίνδυνος· το μεθάνιο μπορεί επίσης να προκαλέσει σοβαρή δηλητηρίαση. Η εισπνοή μεγάλων όγκων του οδηγεί σε έλλειψη οξυγόνου στο αίμα, «βουητό» στα αυτιά και αίσθηση κεφαλής «χυτοσίδηρου». Η αυξημένη συγκέντρωση κάνει την καρδιά να χτυπά πιο γρήγορα, το άτομο αισθάνεται γενική αδυναμία, υποφέρει από ναυτία και το δέρμα μπορεί να κοκκινίσει. Οι πιο σοβαρές συνέπειες είναι λιποθυμία, ωχρότητα, σπασμοί ακόμα και θάνατος.
Δυστυχώς, το μεθάνιο στην καθαρή του μορφή δεν έχει οσμή και επομένως είναι δύσκολο να ανιχνευθεί. Το άρωμα «μεθάνιο» που μπορούμε να μυρίσουμε είναι αποτέλεσμα ειδικών αρωμάτων που κάνουν τη χρήση του πιο ασφαλή και ελεγχόμενη.
Στα ορυχεία φυσικά δεν προστίθενται αρώματα στο μεθάνιο. Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν ειδικές μεθόδους για να ανιχνεύσουν την παρουσία του στον αέρα. Οι πρώτοι ανθρακωρύχοι, για παράδειγμα, πήραν ένα καναρίνι μαζί τους. Εάν το πουλί σταματήσει να τραγουδά ή ακόμα και πεθάνει, τότε είναι απαραίτητο να απομακρυνθεί επειγόντως από τη σφαγή.
Στη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα, άρχισαν να χρησιμοποιούν ειδικές συσκευές που επέτρεψαν τον ακριβή προσδιορισμό του ποσοστού μεθανίου στο μείγμα αέρα. Ωστόσο, έμπειροι εργαζόμενοι είπαν ότι το καναρίνι είναι ακόμα καλύτερη μέθοδος από τις νέες συσκευές. Φυσικά, οι σύγχρονες συσκευές είναι πιο ευαίσθητες και συμπαγείς· μερικές φορές τοποθετούνται απευθείας στα κράνη των ανθρακωρύχων, ακριβώς όπως οι λαμπτήρες. Στα ορυχεία εγκαθίστανται επίσης σταθεροί αισθητήρες, οι οποίοι μεταδίδουν συνεχώς πληροφορίες σε ειδικούς. Επικίνδυνες αυξήσεις αναγκάζουν άμεσες διακοπές ρεύματος και εκκενώσεις προσωπικού. Στις μέρες μας χρησιμοποιούνται επίσης ειδικές εγκαταστάσεις που μπορούν να εντοπίσουν την έκρηξη της σκόνης άνθρακα στα πρώτα στάδια. Πριν ξεκινήσει η βάρδια εργασίας, η ποσότητα μεθανίου στο ορυχείο μειώνεται σε εξαιρετικά ασφαλή επίπεδα.

Αποδεικνύεται ότι ο κίνδυνος του μεθανίου για τον άνθρωπο προέρχεται από δύο πλευρές ταυτόχρονα. Η τάση για έκρηξη, η δηλητηριώδης επίδραση, η απουσία οσμής και χρώματος - όλα αυτά καθιστούν το "εκρηκτικό αέριο" απίστευτα επικίνδυνο. Για να μην συναντήσετε τις χειρότερες πλευρές του, αξίζει να παραγγείλετε εκ των προτέρων μια περιβαλλοντική εκτίμηση που μπορεί να καθορίσει το επίπεδο συγκέντρωσης μεθανίου στον αέρα.

Ο μοριακός, δομικός και ηλεκτρονικός τύπος του μεθανίου συντάσσονται με βάση τη θεωρία του Butlerov για τη δομή των οργανικών ουσιών. Πριν αρχίσουμε να γράφουμε τέτοιους τύπους, ας ξεκινήσουμε με μια σύντομη περιγραφή αυτού του υδρογονάνθρακα.

Χαρακτηριστικά του μεθανίου

Αυτή η ουσία είναι εκρηκτική· ονομάζεται επίσης αέριο «βάλτου». Η συγκεκριμένη μυρωδιά αυτού του κορεσμένου υδρογονάνθρακα είναι γνωστή σε όλους. Κατά τη διαδικασία της καύσης δεν μένουν χημικά συστατικά από αυτό που να έχουν αρνητική επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό. Το μεθάνιο συμμετέχει ενεργά στο σχηματισμό του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Φυσικές ιδιότητες

Ο πρώτος εκπρόσωπος της ομόλογης σειράς αλκανίων ανακαλύφθηκε από επιστήμονες στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα και του Άρη. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το μεθάνιο συνδέεται με την ύπαρξη ζωντανών οργανισμών, έχει προκύψει μια υπόθεση για την ύπαρξη ζωής σε αυτούς τους πλανήτες. Στον Κρόνο, τον Δία, τον Ποσειδώνα και τον Ουρανό, το μεθάνιο εμφανίστηκε ως προϊόν της χημικής επεξεργασίας ουσιών ανόργανης προέλευσης. Στην επιφάνεια του πλανήτη μας το περιεχόμενό του είναι ασήμαντο.

γενικά χαρακτηριστικά

Το μεθάνιο δεν έχει χρώμα, είναι σχεδόν διπλάσιο από τον αέρα και είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Στη σύνθεση του φυσικού αερίου, η ποσότητα του φτάνει το 98 τοις εκατό. Περιέχει από 30 έως 90 τοις εκατό μεθάνιο. Σε μεγάλο βαθμό, το μεθάνιο είναι βιολογικής προέλευσης.

Τα οπληφόρα φυτοφάγα κατσίκια και οι αγελάδες εκπέμπουν αρκετά σημαντική ποσότητα μεθανίου όταν επεξεργάζονται βακτήρια στο στομάχι τους. Μεταξύ των σημαντικών πηγών της ομόλογης σειράς αλκανίων, ξεχωρίζουμε τους βάλτους, τους τερμίτες, τη διήθηση φυσικού αερίου και τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης των φυτών. Εάν εντοπιστούν ίχνη μεθανίου σε έναν πλανήτη, μπορούμε να μιλήσουμε για την ύπαρξη βιολογικής ζωής σε αυτόν.

Μέθοδοι απόκτησης

Ο διευρυμένος δομικός τύπος του μεθανίου επιβεβαιώνει ότι το μόριο του περιέχει μόνο κορεσμένους απλούς δεσμούς που σχηματίζονται από υβριδικά νέφη. Μεταξύ των εργαστηριακών επιλογών για την παραγωγή αυτού του υδρογονάνθρακα, σημειώνουμε τη σύντηξη οξικού νατρίου με στερεό αλκάλιο, καθώς και την αλληλεπίδραση του καρβιδίου του αργιλίου με το νερό.

Το μεθάνιο καίγεται με μια μπλε φλόγα, απελευθερώνοντας περίπου 39 MJ ανά κυβικό μέτρο. Αυτή η ουσία σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα. Το πιο επικίνδυνο είναι το μεθάνιο, το οποίο απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της υπόγειας εξόρυξης ορυκτών αποθέσεων σε ορεινά ορυχεία. Υπάρχει υψηλός κίνδυνος έκρηξης μεθανίου στα εργοστάσια παρασκευής άνθρακα και μπρικέτας, καθώς και στη διαλογή των φυτών.

Φυσιολογική δράση

Εάν το ποσοστό του μεθανίου στον αέρα είναι μεταξύ 5 και 16 %, η έκθεση στο οξυγόνο μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξη του μεθανίου. Εάν υπάρχει σημαντική αύξηση σε αυτό το χημικό στο μείγμα, η πιθανότητα αύξησης της έκρηξης.

Εάν η συγκέντρωση αυτού του αλκανίου στον αέρα είναι 43 %, προκαλεί ασφυξία.

Κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης, η ταχύτητα διάδοσης είναι από 500 έως 700 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αφού έρθει σε επαφή με το μεθάνιο με μια πηγή θερμότητας, η διαδικασία ανάφλεξης του αλκανίου συμβαίνει με κάποια καθυστέρηση.

Σε αυτή την ιδιότητα βασίζεται ότι βασίζεται η παραγωγή ηλεκτρικού εξοπλισμού από την έκρηξη και η εκρηκτική ασφάλεια.

Δεδομένου ότι το μεθάνιο είναι το πιο θερμικά σταθερό, χρησιμοποιείται ευρέως με τη μορφή βιομηχανικού και οικιακού καυσίμου και χρησιμοποιείται επίσης ως πολύτιμη πρώτη ύλη για χημική σύνθεση. Ο δομικός τύπος του τρι-αιθυλομεθανίου χαρακτηρίζει τα δομικά χαρακτηριστικά των εκπροσώπων αυτής της κατηγορίας υδρογονανθράκων.

Κατά τη χημική του αλληλεπίδραση με το χλώριο όταν εκτίθεται σε υπεριώδη ακτινοβολία, είναι δυνατός ο σχηματισμός πολλών προϊόντων αντίδρασης. Ανάλογα με την ποσότητα της αρχικής ουσίας, είναι δυνατό να ληφθεί χλωρομεθάνιο, χλωροφόρμιο ή τετραχλωράνθρακας κατά την υποκατάσταση.

Σε περίπτωση ατελούς καύσης μεθανίου σχηματίζεται αιθάλη. Στην περίπτωση της καταλυτικής οξείδωσης, σχηματίζεται φορμαλδεΰδη. Το τελικό προϊόν της αλληλεπίδρασης με το θείο είναι ο δισουλφίδιο του άνθρακα.

Χαρακτηριστικά της δομής του μεθανίου

Ποιος είναι ο δομικός τύπος του; Το μεθάνιο είναι ένας κορεσμένος υδρογονάνθρακας με τον γενικό τύπο C n H 2n+2. Ας εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά του σχηματισμού του μορίου για να εξηγήσουμε πώς σχηματίζεται ο δομικός τύπος.

Το μεθάνιο αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα και τέσσερα άτομα υδρογόνου που συνδέονται μεταξύ τους με έναν ομοιοπολικό πολικό χημικό δεσμό. Ας εξηγήσουμε τους συντακτικούς τύπους με βάση τη δομή του ατόμου άνθρακα.

Τύπος υβριδισμού

Η χωρική δομή του μεθανίου χαρακτηρίζεται από τετραεδρική δομή. Δεδομένου ότι ο άνθρακας έχει τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους στο εξωτερικό του επίπεδο, όταν το άτομο θερμαίνεται, ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από το δεύτερο τροχιακό s στο p. Ως αποτέλεσμα, ο άνθρακας έχει τέσσερα ασύζευκτα ("ελεύθερα") ηλεκτρόνια στο τελευταίο ενεργειακό του επίπεδο. Ο πλήρης δομικός τύπος του μεθανίου βασίζεται στο σχηματισμό τεσσάρων υβριδικών νεφών, τα οποία προσανατολίζονται στο διάστημα υπό γωνία 109 μοιρών και 28 λεπτά, σχηματίζοντας μια τετραεδρική δομή. Στη συνέχεια, οι κορυφές των υβριδικών νεφών επικαλύπτονται με μη υβριδικά νέφη ατόμων υδρογόνου.

Ο πλήρης και συντομευμένος δομικός τύπος του μεθανίου αντιστοιχεί πλήρως στη θεωρία του Butlerov. Ένας απλός (μονός) δεσμός σχηματίζεται μεταξύ άνθρακα και υδρογόνου, επομένως οι αντιδράσεις προσθήκης δεν είναι τυπικές για αυτήν τη χημική ουσία.

Ο τελικός δομικός τύπος παρουσιάζεται παρακάτω. Το μεθάνιο είναι ο πρώτος εκπρόσωπος της κατηγορίας των κορεσμένων υδρογονανθράκων· έχει τις τυπικές ιδιότητες ενός κορεσμένου αλκανίου. Ο δομικός και ηλεκτρονικός τύπος του μεθανίου επιβεβαιώνει τον τύπο υβριδισμού του ατόμου άνθρακα σε αυτή την οργανική ουσία.

Από σχολικό μάθημα χημείας

Αυτή η κατηγορία υδρογονανθράκων, αντιπροσωπευτική της οποίας είναι το «βαλτοαέριο», μελετάται στη 10η τάξη του λυκείου. Για παράδειγμα, προσφέρεται στα παιδιά η ακόλουθη εργασία: «Γράψτε τους δομικούς τύπους του μεθανίου». Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ότι για αυτήν την ουσία μόνο μια λεπτομερής δομική διαμόρφωση μπορεί να περιγραφεί σύμφωνα με τη θεωρία του Butlerov.

Ο συντομευμένος τύπος του θα συμπίπτει με τον μοριακό, γραμμένο ως CH4. Σύμφωνα με τα νέα ομοσπονδιακά εκπαιδευτικά πρότυπα, τα οποία εισήχθησαν σε σχέση με την αναδιοργάνωση της ρωσικής εκπαίδευσης, στο βασικό μάθημα χημείας, εξετάζονται όλα τα θέματα που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά των κατηγοριών οργανικών ουσιών.

Βιομηχανική σύνθεση

Με βάση το μεθάνιο, έχουν αναπτυχθεί βιομηχανικές διεργασίες για ένα τόσο σημαντικό χημικό συστατικό όπως το ακετυλένιο. Η βάση της θερμικής και ηλεκτρικής πυρόλυσης ήταν ακριβώς η δομική του φόρμουλα. Το μεθάνιο κατά την καταλυτική οξείδωση με αμμωνία σχηματίζει υδροκυανικό οξύ.

Αυτή η οργανική ουσία χρησιμοποιείται για την παραγωγή αερίου σύνθεσης. Κατά την αλληλεπίδραση με υδρατμούς, λαμβάνεται ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου, το οποίο είναι η πρώτη ύλη για την παραγωγή κορεσμένων ενώσεων καρβονυλίου.

Ιδιαίτερη σημασία έχει η αλληλεπίδραση με το νιτρικό οξύ, που έχει ως αποτέλεσμα το νιτρομεθάνιο.

Εφαρμογή με τη μορφή καυσίμου αυτοκινήτου

Λόγω της έλλειψης φυσικών πηγών υδρογονανθράκων, καθώς και της εξάντλησης της βάσης των πρώτων υλών, το θέμα που σχετίζεται με την αναζήτηση νέων (εναλλακτικών) πηγών για την απόκτηση καυσίμων είναι ιδιαίτερα σημαντικό. Μία από αυτές τις επιλογές είναι αυτή που περιέχει μεθάνιο.

Λαμβάνοντας υπόψη τη διαφορά στην πυκνότητα μεταξύ του καυσίμου βενζίνης και του πρώτου αντιπροσώπου της κατηγορίας των αλκανίων, υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά της χρήσης του ως πηγή ενέργειας για κινητήρες αυτοκινήτων. Προκειμένου να αποφευχθεί η ανάγκη μεταφοράς τεράστιων ποσοτήτων μεθανίου, η πυκνότητά του αυξάνεται με συμπίεση (σε πίεση περίπου 250 ατμοσφαιρών). Το μεθάνιο αποθηκεύεται σε υγροποιημένη κατάσταση σε κυλίνδρους που είναι εγκατεστημένοι στα αυτοκίνητα.

Επιπτώσεις στην ατμόσφαιρα

Έχει ήδη συζητηθεί παραπάνω ότι το μεθάνιο έχει αντίκτυπο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Εάν ο βαθμός επίδρασης του μονοξειδίου του άνθρακα (4) στο κλίμα λαμβάνεται συμβατικά ως ένας, τότε το μερίδιο του "αερίου βάλτου" σε αυτό είναι 23 μονάδες. Τους τελευταίους δύο αιώνες, οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει μια αύξηση στην ποσοτική περιεκτικότητα σε μεθάνιο στην ατμόσφαιρα της γης.

Επί του παρόντος, η κατά προσέγγιση ποσότητα CH4 υπολογίζεται σε 1,8 ppm. Παρά το γεγονός ότι αυτός ο αριθμός είναι 200 φορές μικρότερος από την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα, υπάρχει μια συζήτηση μεταξύ των επιστημόνων για τον πιθανό κίνδυνο διατήρησης της θερμότητας που εκπέμπεται από τον πλανήτη.

Λόγω της εξαιρετικής θερμογόνου δύναμης του «αερίου βάλτου», χρησιμοποιείται όχι μόνο ως πρώτη ύλη για τη χημική σύνθεση, αλλά και ως πηγή ενέργειας.

Για παράδειγμα, μια ποικιλία από λέβητες αερίου και θερμοσίφωνες που έχουν σχεδιαστεί για μεμονωμένα συστήματα θέρμανσης σε ιδιωτικές κατοικίες και εξοχικές κατοικίες λειτουργούν με μεθάνιο.

Αυτή η επιλογή αυτόνομης θέρμανσης είναι πολύ επωφελής για τους ιδιοκτήτες σπιτιού και δεν σχετίζεται με ατυχήματα που συμβαίνουν συστηματικά σε κεντρικά συστήματα θέρμανσης. Χάρη σε έναν λέβητα αερίου που λειτουργεί με αυτόν τον τύπο καυσίμου, αρκούν 15-20 λεπτά για την πλήρη θέρμανση ενός διώροφου εξοχικού σπιτιού.

συμπέρασμα

Το μεθάνιο, οι δομικοί και μοριακοί τύποι του οποίου δόθηκαν παραπάνω, είναι μια φυσική πηγή ενέργειας. Λόγω του γεγονότος ότι περιέχει μόνο ένα άτομο άνθρακα και άτομα υδρογόνου, οι περιβαλλοντολόγοι αναγνωρίζουν την περιβαλλοντική ασφάλεια αυτού του κορεσμένου υδρογονάνθρακα.

Υπό τυπικές συνθήκες (θερμοκρασία αέρα 20 βαθμοί Κελσίου, πίεση 101325 Pa) αυτή η ουσία είναι αέρια, μη τοξική, αδιάλυτη στο νερό.

Όταν η θερμοκρασία του αέρα πέσει στους -161 βαθμούς, συμπιέζεται το μεθάνιο, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία.

Το μεθάνιο επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία. Δεν είναι δηλητηριώδης ουσία, αλλά θεωρείται ασφυξιακό αέριο. Υπάρχουν ακόμη και μέγιστα πρότυπα (μέγιστα όρια συγκέντρωσης) για την περιεκτικότητα αυτής της χημικής ουσίας στην ατμόσφαιρα.

Για παράδειγμα, η εργασία σε ορυχεία επιτρέπεται μόνο σε περιπτώσεις που η ποσότητα της δεν υπερβαίνει τα 300 χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο. Αναλύοντας τα δομικά χαρακτηριστικά αυτής της οργανικής ουσίας, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι χημικές και φυσικές της ιδιότητες είναι παρόμοιες με όλους τους άλλους εκπροσώπους της κατηγορίας των κορεσμένων (κορεσμένων) υδρογονανθράκων.

Αναλύσαμε τους δομικούς τύπους και τη χωρική δομή του μεθανίου. που αρχίζει «αέριο βάλτου» έχει τον γενικό μοριακό τύπο C n H 2n+2 .

Οι χημικές ιδιότητες του μεθανίου δεν διαφέρουν από τις ιδιότητες που είναι εγγενείς σε όλα. Σε ένα σχολικό μάθημα χημείας, το μεθάνιο μελετάται ως μια από τις πρώτες οργανικές ουσίες, αφού είναι ένας από τους απλούστερους εκπροσώπους των αλκανίων.

Φόρμουλα μεθανίου και μέθοδοι παραγωγής του

Το μεθάνιο βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες στην ατμόσφαιρα. Δεν δίνουμε σημασία στην παρουσία αυτού του αερίου στον αέρα, γιατί δεν επηρεάζει με κανέναν τρόπο τον οργανισμό μας, αλλά τα καναρίνια είναι πολύ ευαίσθητα στο μεθάνιο.

Μια φορά κι έναν καιρό βοήθησαν ακόμη και τους ανθρακωρύχους να πάνε υπόγεια. Όταν το ποσοστό του μεθανίου άλλαξε, τα πουλιά σταμάτησαν να τραγουδούν. Αυτό χρησίμευσε ως σήμα στο άτομο που είχε κατέβει πολύ βαθιά και έπρεπε να ανέβει.

Το μεθάνιο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των υπολειμμάτων των ζωντανών οργανισμών.Δεν είναι τυχαίο ότι το μεθάνιο μεταφράζεται από τα αγγλικά ως αέριο βάλτο, επειδή μπορεί να βρεθεί σε βάλτους δεξαμενές και ανθρακωρυχεία.

Η κύρια πηγή αερίου στον γεωργικό τομέα είναι τα βοοειδή. Ναι, απομακρύνουν το μεθάνιο από το σώμα μαζί με άλλα απόβλητα. Παρεμπιπτόντως, η αύξηση του αριθμού των βοοειδών στον πλανήτη μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος, επειδή το μεθάνιο και το οξυγόνο σχηματίζουν ένα εκρηκτικό μείγμα.

Το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί βιομηχανικά με θέρμανση άνθρακα και υδρογόνου ή με σύνθεση αερίου νερού· όλες οι αντιδράσεις συμβαίνουν παρουσία καταλύτη, πιο συχνά νικελίου.

Στις ΗΠΑ, έχει αναπτυχθεί ένα ολόκληρο σύστημα εξόρυξης μεθανίου, το οποίο μπορεί να εξάγει έως και το 80% του αερίου από φυσικό άνθρακα.Σήμερα, τα παγκόσμια αποθέματα μεθανίου υπολογίζονται από τους ειδικούς σε 260 τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα! Ακόμη και τα αποθέματα φυσικού αερίου είναι σημαντικά μικρότερα.

Στο εργαστήριο, το μεθάνιο παράγεται με την αντίδραση του καρβιδίου του αργιλίου (μια ανόργανη ένωση του αλουμινίου με τον άνθρακα) και του νερού. Χρησιμοποιείται επίσης, το οποίο αντιδρά με οξικό νάτριο, πιο γνωστό ως πρόσθετο τροφίμων E262.

Φυσικές ιδιότητες του μεθανίου

Χαρακτηριστικό γνώρισμα:

Άχρωμο αέριο, άοσμο.
Εκρηκτικός.
Αδιάλυτο στο νερό.
Σημείο βρασμού: -162 o C, σημείο πήξης: -183°C.
Μοριακή μάζα: 16,044 g/mol.
Πυκνότητα: 0,656 kg/m³.

Χημικές ιδιότητες του μεθανίου

Μιλώντας για χημικές ιδιότητες, επισημαίνουμε εκείνες τις αντιδράσεις στις οποίες εισέρχεται το μεθάνιο. Δίνονται παρακάτω μαζί με τους τύπους.

Καύση μεθανίου

Όπως όλες οι οργανικές ουσίες, έτσι και το μεθάνιο καίγεται. Μπορείτε να παρατηρήσετε ότι κατά την καύση σχηματίζεται μια μπλε φλόγα.

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Αυτή η αντίδραση ονομάζεται αντίδραση καύσης ή πλήρους οξείδωσης.

Υποκατάσταση

Το μεθάνιο αντιδρά επίσης με αλογόνα. Πρόκειται για χημικά στοιχεία της ομάδας 17 στον περιοδικό πίνακα του Μεντελέεφ. Αυτά περιλαμβάνουν: φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο και αστατίνη. Η αντίδραση με αλογόνα ονομάζεται αντίδραση υποκατάστασης ή αλογόνωσης. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει μόνο παρουσία φωτός.

Χλωρίωση και βρωμίωση

Εάν το χλώριο χρησιμοποιείται ως αλογόνο, η αντίδραση θα ονομάζεται αντίδραση χλωρίωσης. Εάν το αλογόνο είναι βρώμιο, τότε βρωμίωση, και ούτω καθεξής.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 4 + Br 2 → CH 3 Br + HBr

Χλωρίωση. Τα κατώτερα αλκάνια μπορούν να χλωριωθούν πλήρως.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

Ch 3 cl + cl 2 → ch2 cl 2 + hcl

Ch 2 cl 2 + cl 2 → chcl 3 + hcl

CHCL 3 + CL 2 → Csl 4 + HCl

Ομοίως, το μεθάνιο μπορεί να υποστεί εντελώς αντίδραση βρωμίωσης.

Ch 4 + br 2 → ch 3 br + h br

Ch 3 br + br 2 → ch2 br 2 + hbr

Ch 2 br 2 + br 2 → chbr 3 + hbr

CHBR 3 + BR 2 → CBR 4 + HBR

Με το ιώδιο δεν υπάρχει τέτοια αντίδραση, αλλά με το φθόριο, αντίθετα, συνοδεύεται από μια γρήγορη έκρηξη.

Αποσύνθεση

Αυτός ο υδρογονάνθρακας χαρακτηρίζεται επίσης από μια αντίδραση αποσύνθεσης. Πλήρης αποσύνθεση:

CH4 → C + 2H2

Και ελλιπής αποσύνθεση:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Αντίδραση με οξέα

Το μεθάνιο αντιδρά με συμπυκνωμένο θειικό οξύ. Η αντίδραση ονομάζεται σουλφόνωση και συμβαίνει με ελαφρά θέρμανση.

2CH 4 + H 2 SO 4 → CH 3 SO 3 H + H2 O

Οξείδωση

Όπως αναφέρθηκε ήδη, το CH 4 μπορεί να οξειδωθεί πλήρως, αλλά με έλλειψη οξυγόνου, είναι δυνατή η ατελής οξείδωση.

2CH 4 + 3O 2 → 2CO + 4H 2 O

Ch 4 + o 2 → c + 2h 2 o

Μεταξύ άλλων, αυτό το αέριο χαρακτηρίζεται από καταλυτική οξείδωση. Εμφανίζεται παρουσία καταλύτη. Σε διαφορετικές αναλογίες mole ουσίας, λαμβάνονται διαφορετικά τελικά προϊόντα αντίδρασης. Κυρίως:

Αλκοόλες: 2ch 4 + o 2 → 2co 3 oh
Αλδεϋδές: CH 4 + O 2 → HSON + H2 O
: 2CH 4 + 3O 2 → 2 нON + 2N 2 o

Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 1500°C. Αυτή η αντίδραση ονομάζεται επίσης πυρόλυση - θερμική αποσύνθεση.

Νίτρωση μεθανίου

Υπάρχει επίσης μια αντίδραση νίτρωσης ή η αντίδραση Konovalov, που πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα που απέδειξε ότι το αραιό νιτρικό οξύ δρα με κορεσμένους υδρογονάνθρακες. Τα προϊόντα της αντίδρασης ονομάζονται νιτροενώσεις.

CH 4 + HNO 3 → CH 3 NO 2 + H 2 O

Η αντίδραση διεξάγεται σε θερμοκρασία 140-150°C.

Αφυδρογόνωση μεθανίου

Επιπλέον, το μεθάνιο χαρακτηρίζεται από μια αντίδραση αφυδρογόνωσης (αποσύνθεσης) - την αποκόλληση ατόμων υδρογόνου και την παραγωγή ακετυλενίου, σε αυτή την περίπτωση.

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Εφαρμογή μεθανίου

Το μεθάνιο, όπως και άλλοι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, χρησιμοποιείται ευρέως στην καθημερινή ζωή. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή βενζίνης, αεροπορίας και ντίζελ.

Χρησιμοποιείται ως βάση για την παραγωγή διαφόρων οργανικών πρώτων υλών σε επιχειρήσεις. Το μεθάνιο χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην ιατρική και την κοσμετολογία.

Το μεθάνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή συνθετικού καουτσούκ, χρωμάτων και ελαστικών.

Οι αθλητές χρησιμοποιούν το λεγόμενο υγρό μεθάνιο για να κερδίσουν γρήγορα βάρος σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Και όταν το μεθάνιο χλωριώνεται, σχηματίζεται μια ουσία που χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την απολίπανση επιφανειών ή ως συστατικό σε καθαριστικά νυχιών. Για κάποιο διάστημα, το προϊόν της αλληλεπίδρασης μεθανίου και χλωρίου χρησιμοποιήθηκε ως αναισθησία.