Как выглядит молекула метана: Метан — Википедия – Строение молекулы метана (Анри) — Викитека

  • Home
  • Разное
  • Как выглядит молекула метана: Метан — Википедия – Строение молекулы метана (Анри) — Викитека

Содержание

Готовимся к углубленному изучению химии : 9.3.1 Насыщенные УВ. Метан

9.3.1  Насыщенные УВ. Метан Насыщенными углеводородами называют органические соединения, в составе молекул которых находятся атомы углерода и водорода и содержатся только одинарные С — С-связи. Строение молекулы метана Простейшим представителем предельных углеводородов является метан. СН4 – молекулярная формула (качественный, количественный состав). а) электронная и структурная формулы; б)  пространственное строение Молекула метана не имеет плоского строения. Молекула метана в действительности имеет форму тетраэдра. Тетраэдр – это пирамида, в основании которой лежит равносторонний треугольник. В центре тетраэдра находится атом углерода, а атомы водорода – в вершинах тетраэдра. Вывод: молекула метана в пространстве имеет тетраэдрическое строение. В молекуле метана все химические связи С-Н являются
равноценными,
а углы между ними одинаковы и составляют 109о28‘. Тетраэдрическое расположение связей обусловлено  минимальным взаимным отталкиванием электронных облаков связей С-Н.  Строение молекулы этана С2Н6 Строение молекулы пропана С3Н8 – цепь зигзагообразная  Проблемные вопросы:

  • Почему молекула метана имеет такую пространственную форму?

  • Чем объясняется направление валентных связей атома углерода от центра к вершинам тетраэдра?


Ответ следует искать в электронном строении атома углерода и молекулы метана.

С 1S2 2S2 2P2

––> C * 1S2 2S1 2P3

     (основное состояние)                      (возбужденное состояние)

Так как на втором энергетическом уровне Р-подуровне есть свободная орбиталь, то на неё переходит один из 2S2-электронов. В результате этого атом углерода в возбуждённом состоянии имеет четыре неспаренных электрона, т.е. становится четырёхвалентным.

(негибридные электронные облака)      (гибридные электронные облака)

Облака всех четырёх валентных электронов атома углерода выравниваются, становятся одинаковыми. При этом они принимают форму вытянутых в направлении к вершинам тетраэдра восьмёрок.

Явление, при котором происходит смешение и выравнивание по форме и энергии электронных облаков, называется гибридизацией.

Так как гибридизации подвергаются один S и три Р-электрона, то такое состояние называется SP3-гибридизацией.

Физические свойства метана При обычных условиях метангаз, не имеющий запаха и цвета, практически не растворяется в воде, в два раза легче воздуха. Метан образуется в природных условиях при разложении без доступа воздуха остатков растительных и животных организмов. В небольших количествах выделяется в заболоченных водоемах, отсюда и другое название —
болотный газ.
При низких температурах и  больших давлениях (в океане)  метан образует соединения с водой  —  гидраты метана, являющимися  источниками  метана в природе. Эти соединения устойчивы  лишь при температуре 0 о С  и давлении, которое  существует на глубине 250 метров. При атмосферном давлении  гидраты метана устойчивы достаточное время при температуре  — 80 о С. Горение метана «Врата ада» — искусственного происхождения кратер Дарваза в Туркменистане. В 1971 году советские геологи в наткнулись на скопление подземного газа. В результате раскопок и бурения разведочной скважины геологи наткнулись на подземную
каверну (пустоту),
из-за чего земля провалилась и образовалась большая дыра, наполненная газом, в которую улетела буровая вышка со всем оборудованием и транспортом. Люди, к счастью, не пострадали. Чтобы вредные для людей и скота газы не выходили наружу, их решили поджечь. Геологи рассчитывали, что пожар через несколько дней потухнет, но ошиблись: природный газ, выходящий из кратера, непрерывно горит днём и ночью уже более сорока лет.

Метан ⚗️ структурная формула газа, строение, химические и физические свойства, получение и применение, с какими веществами реагирует углеводород

Характеристика метана

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:

Получение вещества в промышленности и лаборатории
  • 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.

На Земле вещество просачивается через трещины в земной коре, находящиеся на океанском дне, в больших количествах выделяется во время горных разработок и при лесных пожарах. Кроме того, недавно учёными был обнаружен новый источник газа, который никогда ранее в таком ключе не рассматривался.

Физические качества

Метан представляет собой самый простой углеводород. Считается, что он имеет специфический запах, но это распространённое заблуждение. Чистый газ не имеет запаха, характерный аромат он приобретает благодаря специальным добавкам, которые добавляют в вещество для предупреждения о его утечке, ведь цвета химическое соединение также не имеет.

Кроме того, к физическим свойствам метана относятся:

Метан горит синим пламенем
  • Горение голубым пламенем.
  • Сгорание без выделения вредных продуктов.
  • Плохая растворимость в воде.
  • Он легче воздуха.
  • Основная составляющая природных, попутных нефтяных, рудничного и болотного газов.
  • Кипение при температуре -161 °C.
  • Замерзание при температуре -183 °C.
  • Молярная масса составляет 16,044 г/моль.
  • Плотность — 0,656 кг/м³.
  • При соединении с воздухом образуются взрывоопасные смеси.
  • В жидком виде представляет собой бесцветную жидкость без запаха.

Наиболее опасен метан, который выделяется во время подземных разработок полезных ископаемых, а также на фабриках, занимающихся переработкой и обогащением угля. Когда количество газа в воздухе достигает 5−6%, то он начинает гореть рядом с источниками тепла.

Химические и физические свойства газа

Если уровень вещества поднимается до 14−16%, то может произойти взрыв. При увеличении концентрации вещество горит при постоянном поступлении кислорода. Если же в этот момент количество метана начнёт снижаться, то результатом также может стать взрыв. При взрыве огонь, подпитываемый газом, движется со скоростью от 500 до 700 м/сек. Давление же вещества в этот момент в замкнутом пространстве составляет 1 Мн/м2.

При соприкосновении с источником тепла метан воспламеняется с небольшой задержкой. Это свойство вещества применяется при изготовлении предохранительных взрывчатых веществ и электрооборудования, безопасного при взрывах. На всех объектах, где существует опасность выброса метана, действуют правила техники безопасности «газовый режим».

Химические свойства

В химии формула метана — Ch5. Соединение плохо вступает в химические связи.

В обычных условиях оно не реагирует со следующими веществами:

  • концентрированные кислоты;
  • расплавленные и концентрированные щелочи;
  • щелочные металлические реагенты;
  • галогены;
  • перманганат калия;
  • дихромат калия в кислой среде.
Нахождение метана в природе

При температуре около 200 °C и давлении от 30 до 90 атмосфер болотный газ окисляется, преобразуясь в муравьиную кислоту. Вещество образует соединения, называемые газовыми гидратами, которые часто встречаются в природе.

По своим химическим свойствам метан схож с другими реагентами, относящимися к алканам. А потому он вступает в такие химические реакции, как:

Применение метана
  • Конверсия в синтез-газ. Синтез-газ, который образуется в результате указанной реакции, используется для получения метанола, углеводородов и так далее.
  • Галогенирование. Такая реакция является цепной. При ней молекула брома или йода подвергается воздействию света и распадается на радикалы, которое затем атакуют молекулы метана. В результате от соединения отрывается атом водорода, а газ становится свободным метилом Ch4. Получившееся вещество сталкивается с молекулами брома или йода, которые разрушаются, образуя новые радикалы этих реагентов.
  • Нитрование.
  • Окисление или горение. Эта реакция происходит при избытке кислорода и описывается следующим уравнением: Ch5 + 2O2 → CO2 + 2h3O. В этом случае пламя имеет голубой цвет. Если кислорода недостаточно, то результатом реакции становится выработка не углекислого газа, а оксида углерода. Если же кислорода ещё меньше, то взаимодействие веществ приведёт к выделению мелкодисперсного углерода.
  • Сульфохлорирование.
  • Сульфоокисление.
  • Разложение.
  • Дегидрирование.
  • Каталитическое окисление. В подобных реакциях из болотного газа образуются карбоновые кислоты, спирты, альдегиды.

Получение в промышленности и лаборатории

В промышленных условиях вещество получают посредством нагревания углерода и водорода или синтеза водяного газа. Для того чтобы реакция протекала успешно, используют катализатор, обычно в этом качестве применяется никель. В США для добычи простейшего углеводорода используется специальная система, способная извлекать соединение из природного угля. Но также метан выделяется в виде подобного продукта при термической переработке нефти и нефтепродуктов, коксовании и гидрировании каменного угля.

В лаборатории для получения вещества применяются следующие методы:

  • Реакция гидроксида натрия с ацетатом натрия.
  • Взаимодействие карбида алюминия.
  • Нагревание натристой извести с уксусной кислотой. Для этой реакции необходима безводная среда, а потому в ней применяется гидроксид натрия, который является наименее гигроскопичным.

Болотный газ самый термически устойчивый углеводород, а потому он широко применяется и в быту, и в промышленности. Хлорирование вещества даёт возможность получения метилхлорида, метиленхлорида, хлороформа, четырёххлористого углерода. Результатом его неполного сгорания является сажа, Если метан каталитически окисляется, то получается формальдегид. А его реакция с серой приводит к образованию сероуглерода.

К важным методам получения ацетилена из простейшего углеводорода относятся:

  • термоокислительный крекинг,
  • электрокрекинг.
Свойства метана

Газ также применяется для производства синильной кислоты. Кроме того, он даёт водород, необходимый для выработки водяного газа, который, в свою очередь, применяется для создания углеводородов, альдегидов и тому подобного. Кроме того, метан необходим при производстве нитрометана.

В настоящее время газ стал часто использоваться в качестве автомобильного топлива. Но его плотность в 1000 раз меньше плотности бензина, а потому, чтобы заправить автомобиль метаном на тот же объём, что и бензином, при равном давлении необходим соответствующий бак. В таком случае для обычной поездки потребовалось бы возить прицеп с топливом.

Учёные решили эту проблему, увеличив плотность газа до 200−250 атмосфер. Сжатое вещество закачивается в специальные баллоны, установленные на автомобилях особой конструкции.

Парниковый эффект

Применение метана

Метан является одним из газов, создающих на планете парниковый эффект. Чтобы измерить уровень его парниковой активности, необходимо принять за единицу меру воздействия на климат нашей планеты диоксида углерода. При таком соотношении влияние метана будет равно 23. Специалисты в области изучения парникового эффекта отмечают, что количество указанного газа в земной атмосфере значительно выросло за последние два столетия.

Объём метана в современной атмосфере в среднем составляет 1,8 части на миллион. Это количество в 200 раз меньше того же показателя углекислого газа. Необходимо отметить, что молекулы соединения рассеивают и удерживают теплоту, которую излучает нагретая солнцем планета, гораздо лучше, чем молекулы углекислого газа. И также необходимо отметить, что углеводород поглощает земное излучение в тех спектральных областях, которые свободно проходят через другие газовые соединения, создающие эффект парника.

Но тем не менее такие газы планете необходимы. Без двуокиси углерода, водяных паров, метана и других составляющих атмосферы температура на поверхности Земли была бы значительно ниже средних 15 градусов тепла.

Влияние на организм человека

Химические свойства метана

Человек может отравиться, надышавшись метаном при аварии на производстве или из-за неправильного обращения с приборами, работающими на этом газе. Возможна такая ситуация и при длительном нахождении на болоте, в шахте. Если концентрация вещества в воздухе составляет 20 и более процентов, то отравление может быть очень тяжёлым, вплоть до летального исхода.

Работники химических производств, рудников и шахт подвержены другому способу отравления углеводородом. Зачастую эти люди на протяжении длительного времени регулярно вдыхают небольшие дозы вещества.

Кроме того, хроническая интоксикация может наступить из-за заболеваний кишечника, например, дисбактериоза. В таких случаях в организме больного метан образуется в повышенном количестве. Этот газ не станет причиной серьёзной интоксикации, но всё же он может вызвать в организме разные нарушения, привести к желудочно-кишечному дискомфорту и общему ухудшению самочувствия.

Отличить острое отравление метаном можно по следующим признакам:

Влияние метана на организм человека Признаки отравления метаном
  • головокружение;
  • шум в ушах;
  • сонливость;
  • общая слабость;
  • потеря координации;
  • нарушение речи;
  • резь в глазах;
  • слезотечение;
  • удушье;
  • усиленное сердцебиение;
  • понижение артериального давления;
  • тошнота;
  • приступы рвоты;
  • синюшность кожных покровов и слизистых оболочек.

Если отравление тяжёлое, то человек теряет сознание, у него начинаются судороги, за которыми следует кома. А также возможна остановка дыхания и сердцебиения.

При отравлении метаном

Если отравление метаном является хроническим, то пострадавший страдает от частых головных болей, общего недомогания, низкого артериального давления и снижения работоспособности. Человек становится бледным и вялым, испытывает упадок сил. Гипотония может вызывать обмороки. И также возможно истощение нервной системы, которое выражается в повышенной раздражительности, нервозности и тому подобном.

Метан известен, как один из самых опасных газов. Он токсичен, горюч и взрывоопасен. Вещество не имеет ни цвета, ни запаха, а потому обнаружить его в воздухе крайне сложно. Чтобы не подвергать своё здоровье и жизнь опасности, следует внимательно относится к технике безопасности и соблюдать осторожность при работе или бытовом использовании метана.


Химические свойства метана, формула, плотность, горение газа, молярная масса, применение в промышленности, термическое разложение, бромирование метана, строение молекулы

Химические свойства метана ничем не отличаются от свойств, присущих всем веществам класса алканов. В школьном курсе химии метан изучают одним из первых веществ органики, так как он является одним из простейших представителей алканов.

В его составе один атом углерода и четыре атома водорода.

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.

Физические свойства метана

Характеристика:

  1. Бесцветный газ, без запаха.
  2. Взрывоопасен.
  3. Нерастворим в воде.
  4. Температура кипения: -162oC, замерзания: -183°C.
  5. Молярная масса: 16,044 г/моль.
  6. Плотность: 0,656 кг/м³.

Химические свойства метана

Говоря о химических свойствах, выделяют те реакции, в которые вступает метан. Ниже они приведены вместе с формулами.

Горение метана

Как все органические вещества, метан горит. Можно заметить, что при горении образуется голубоватое пламя.

СН4 + 2O2 → СO2↑ + 2Н2O

Называется такая реакция – реакцией горения или полного окисления.

Замещение

Метан также реагирует с галогенами. Это химические элементы 17 группы в периодической таблице Менделеева. К ним относятся: фтор, хлор, бром, йод и астат. Реакция с галогенами называется – реакцией замещения или галогенирования. Такая реакция проходит только в присутствии света.

Хлорирование и бромирование

Если в качестве галогена используется хлор, то реакция будет называться – реакцией хлорирования. Если в качестве галогена выступает бром, то – бромирование, и так далее.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + НСl

CH4 + Br2 → CH3Br + НBr

Хлорирование. Низшие алканы могут прохлорировать полностью.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + НСl

CH3Cl + Cl2 → CH2Сl2 + НСl

CH2Сl2+ Cl2 → CHCl3 + НСl

CHCl3 + Cl2 → CСl4 + НСl

Точно так же метан может полностью вступать в реакцию бромирования.

CH4 + Br2 → CH3Br + Н Br

CH3Br + Br2 → CH2Br2 + НBr

CH2Br2 + Br2 → CHBr3 + НBr

CHBr3 + Br2 → CBr4 + НBr

С йодом такой реакции уже нет, а с фтором наоборот сопровождается быстрым взрывом.

Разложение

Так же этому углеводороду свойственна реакция разложения. Полное разложение:

СН4 → С + 2H₂

И неполное разложение:

2СН4 → С2Н2 + 3Н2

Реакция с кислотами

Метан реагирует с концентрированной серной кислотой. Реакция носит название сульфирования и происходит при небольшом нагревании.

2СН4 + Н24 → СН33Н + Н2О

Окисление

Как уже было сказано, СH4 может полностью окисляться, но при недостатке кислорода возможно неполное окисление.

2СН4 + 3O2 → 2CO + 4Н2O

СН4 + О2 → С + 2Н2O

Помимо прочего для этого газа характерно каталитическое окисление. Оно происходит в присутствии катализатора. При разном соотношении моль вещества получаются разные конечные продукты реакции. В основном это:

Реакция протекает при температуре 1500°C. Данная реакция также носит название – крекинг – термическое разложение.

Нитрование метана

Существует также реакция нитрования или реакция Коновалова, названная в честь ученого, который доказал, что с предельными углеводородами действует разбавленная азотная кислота. Продукты реакции получили название – нитросоединения.

CH4 + НNО3 → СН3NO2 + H2O

Реакция проводится при температуре 140-150°C.

Дегидрирование метана

Кроме того, для метана характерна реакция дегидрирования (разложения) – отцепление атомов водорода и получения ацетилена, в данном случае.

2CН4 → C2H2 + 3Н2

Применение метана

Метан, как и остальные предельные углеводороды, широко используется в повседневной жизни. Его применяют в производстве бензина, авиационного и дизельного топлива.

Используют в качестве базы для получения различного органического сырья на предприятиях. Также метан широко используется в медицине и косметологии.

Метан применяют для получения синтетического каучука, красок и шин.

Атлеты используют так называемый жидкий метан для быстрого набора массы за короткий промежуток времени.

А при хлорировании метана образуется вещество, которое в дальнейшем используется для обезжиривания поверхностей или как компонент в средствах для снятия лака. Некоторое время продукт взаимодействия метана и хлора использовали в качестве наркоза.

Молекула метана — Справочник химика 21

    А молекулы жидкого метана, не содержащие гидроксильных групп, не слипаются. Они легко разлетаются, образуя газ. Даже при такой низкой температуре, как —161 С, тепла хватает, чтобы испарить метан — его температура кипения как раз —161 С. А молекулы метилового спирта содержат гидроксильные группы, которые делают их липкими . Чтобы отделить их друг от друга и превратить в газ, нужно затратить немало энергии, хотя сами молекулы лишь немногим крупнее молекул метана. Вот почему температура кипения метилового спирта 65 «С — на 226 градусов выше, чем у метана. [c.86]
    При замещении хлора в молекуле метана фтором температура кипения углеводорода снижается приблизительно на 52°. Температура кипения производных этана изменяется значительно меньше. Ниже пр.и-ведена температура кипения (°С при 760 мм рт. ст.) некоторых хлорированных и фторированных парафиновых углеводородов  [c.204]

    Относительное расположение атомов водорода и углерода для тетраэдрической молекулы метана СН4 приведено на рис. 43. Как видно Hi рисунка, правильный тетраэдр  [c.63]

    Меченые атомы открывают широкие возможности непосредственного изучения механизма химических реакций. В качестве меченых атомов могут быть применены как стабильные, так и радиоактивные изотопы. Обычно в исследуемой молекуле метится (т. е, заменяется на атом соответствующего стабильного или радиоактивного изотопа) определенный атом (тот, который подвергается перемещению) и исследуются его превращения в результате реакции. [c.369]

    Электронная формула показывает, что атом углерода в молекуле метана нмеет устойчивую восьмиэлектронную внешнюю оболочку (электронный октет), а атомы водорода — устойчивую двух-электронную оболочку (электронный дублет). [c.453]

    Боковая цепь в этом соединении состоит из атома углерода и присоединенных к нему трех атомов водорода. Другими словами, это не что иное, как молекула метана без одного водородного атома. Такая группировка называется метильной группой, а соединение, состоящее из [c.58]

    Начнем с чего-нибудь попроще. Представьте себе, что все атомы водорода в молекуле метана замещены атомами хлора  [c.68]

    Сырье каталитического крекинга — соляровый дестиллат — состоит из большого числа разнообразных углеводородов, молекулы которых содержат от 20 до 26 атомов углерода и от 40 до 50 атомов водорода. Если одна молекула метана состоит всего из [c.8]

    Это определяет образование четырех связей С—Н и расположение атомов водорода молекулы метана СН4 в вершинах тетраэдра (рис. 50). [c.72]

    Результаты расчета по температуре, полученной по уравнению связи ее с глубиной, показывает, что увеличение пластовой температуры ведет к уменьшению степени циклизации молекул метано-нафтеновых УВ. [c.172]


    Обратимся снова к молекуле метана. Метан — это первый представитель ряда углеводородов, известных под названием алканы,. которые мы сейчас рассматриваем. В алканах каждый углеродный атом образует ковалентную связь с четырьмя другими атомами. Алканы еще называют насыщенными углеводородами, потому что каждый атом углерода связан с максимальным числом других атомов (четыре). [c.188]

    Постройте модель молекулы метана СН4. [c.188]

    Сравните вашу модель с рис. III.8. Молекула метана должна иметь вид тригональной пирамиды (пирамиды с треугольником в основании) (рис. [c.188]

    В табл. 111.3 также даны названия первых 10 членов алканового ряда. Названия состоят нз корня с добавлением окончания ан . Корень указывает на число атомов углерода в молекуле. Мет — означает один атом углерода, эт — два, проп — три и т.д. [c.189]

    Химическую связь в молекуле метана, СН4, удается хорошо объяснить, исходя из представлений о тетраэдрических хр -гибридных орбиталях атома углерода. Эти представления позволяют также объяснить строение этана, СзН , и многих других органических соединений, в которых атомы углерода соединены друг с другом в цепи простыми связями. В этане к каждому из двух атомов углерода присоединено по три атома водорода с образованием ковалентны

Метан — это… Что такое Метан?

Мета́н (лат. Methanum) — простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха[2], 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[3]. Однако имеются данные, что метан относится к токсическим веществам, действующим на центральную нервную систему[4]. 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 %[5]. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови. Класс опасности — четвёртый[6].

Источники

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[источник не указан 27 дней]-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[7]:

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[8].

ПДК метана в воздухе рабочей зоны составляет 7000 мг/м3[9].

Ссылки

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»

Метан молекулы размер — Справочник химика 21

    NaA -4 11,4 Вода, углекислый газ, сероводород, аммиак, метанол, этилен, пропилен, этан, метан Изобутан и другие изопарафины, изо-спирты, бензол и другие ароматические углеводороды вещества с размерами молекул больще 5 А [c.91]

    Молекула нормального углеводорода имеет форму цепочки, как это представлено на рис. 124. Поперечные и продольные размеры молекул нормального углеводорода могут резко различаться. Наиболее легкие углеводороды — метАн и этан — отличаются по строению молекул от более тяжелых углеводородов. Молекула метана имеет форму тетраэдра с критическим диаметром 4А. В молекуле [c.315]


    Гидраты представляют собой кристаллические соединения — включения (клатраты), которые могут существовать в стабильном состоянии, не являясь химическими соединениями. По существу гидраты — это твердые растворы, где растворителем являются молекулы воды, образующие с помощью водородных связей объемный каркас гидратов. В полостях этого каркаса находятся молекулы газов, способных образовывать гидраты (метан, этан, пропан, изобутан, азот, сероводород, диоксид углерода, аргон). Углеводороды, молекулы которых больше молекулы изобутана, не могут проникать внутрь каркаса, а поэтому не образуют гидратов. Нормальный бутан не образует гидратов, но его молекулы способны проникать через решетку гидратного каркаса вместе с молекулами газов меньших размеров, что приводит к изменению равновесного давления над гидратом. [c.115]

    Металлографические (рис.1 в) и электронномикроскопические исследования показывают, что процесс обезуглероживания начинается по границам зерен. При этом продуктом реакции обезуглероживания является метан. Размер молекул метана (= 2,96 достаточно большой, и такая молекула не может диффундировать через решетку металла. Накопление продуктов реакции (метана и атомарного водорода, рекомбинирующегося в молекулы) может происходить первоначально в порах и микропустотах межкристаллитной прослойки на границах зерен металла. [c.164]

    Кристаллогидраты в системах этого типа относятся к структуре I, так как газы с критическими температурами ниже О °С имеют малые размеры молекул. Среди газов, входящих в данный тип систем, можно отметить метан, азот, кислород, аргон, криптон. [c.11]

    Разницу в кинетике адсорбции веществ, размеры молекул которых близки к размерам входных окон, можно использовать для их разделения. Например, из смеси азота и метана при равновесии цеолитом NaA преимущественно сорбируется метан, но молекулы азота, имеющие несколько меньшие размеры, диффундируют внутрь кристаллита быстрее, благодаря этому можно подобрать такие условия, когда достигается значительное обогащение адсорбированной фазы азотом. [c.116]


    Для метана в пределах давления от 1 до 350 бар коэффициент сжимаемости меньше единицы, т. е. за счет действия межмолеку-лярных сил притяжения метан сжимается сильнее, чем идеальный газ. Минимальное значение коэффициента сжимаемости метана соответствует давлению 140—160 бар. При давлении выше 350 бар при сжатии газа начинают влиять на его объем размеры молекул и коэффициент сжимаемости становится больше единицы. [c.34]

    Рассмотрение гибридизации и размеров орбиталей помогает объяснить другие свойства молекул, кроме длин связей, например относительную кислотность некоторых углеводородов (разд. 8.10) и относительную основность некоторых аминов (разд. 36.11). Следовало ожидать, что более короткие связи будут более прочными установлено, что энергия диссоциации связи С—Н в этилене [104—122 ккал (435,43-10 —510,79-10 Дж)] больше, чем в метане [102 ккал (427,05-10 Дж), разд. 2.161. Как будет показано в разд. 10.18, изменение характера гибридизации может иметь большее значение, чем обычно считают, поскольку оно влияет на устойчивость молекул. [c.145]

    Через k обозначены константы скоростей реакций. На первой стадии исходное вещество М распадается на два радикала R-, которые в свою очередь отрывают водород от молекулы предельного углеводорода в результате образуются большие радикалы, которые распадаются на радикалы меньшего размера и молекулы олефинов.И, наконец, малые радикалы могут соединяться между собой, образуя различные соединения, главным образом этан, этилен и метан. [c.155]

    Цеолит NaA адсорбирует компоненты промышленных газов, критический размер молекул которых не превышает 0,4 нм это — вода, сероводород, сероуглерод, оксид и диоксид углерода, аммиак,. метан, этан, этилен, метанол. Он не сорбирует пропан и органические соединения с числом атомов углерода более 3. [c.123]

    Большинство авторов предполагают существование связи между возможностью свободного вращения и размером полости, занимаемой ротатором, с одной стороны, и симметрией (близостью ее к сферической) ротатора и полости — с другой. Кабана и др. [129] провели результативное исследование вращения СН4 и D4 (почти сферические молекулы) в твердых Хе, Кг и Аг (имеющих высокосимметричные трехмерные полости). Метан, как известно, образует с Кг и, возможно, с Хе твердые растворы, поэтому не следует ожидать больших уплотнений. Опубликовано и теоретическое рассмотрение сферического волчка в октаэдрической ячейке. Исследования, проведенные в области температур от 5° до 40° К, окончательно показали, что имеет место только слегка заторможенное вращение указанных молекул в ксеноне, криптоне и, возможно, в аргоне, хотя в последнем случае при определенных условиях было замечено образование уплотнений. [c.615]

    К легким газам в хроматографии обычно относят водород, азот, кислород, элементы нулевой группы периодической таблицы, а также метан, оксид и диоксид углерода. Определение состава смесей, включающих эти газы, необходимо при анализе атмосферы нефтяных, болотных и рудничных газов продуктов радиоактивного распада, производства редких газов и продуктов электролиза газов, растворенных в металлах, в крови газов, выдыхаемых человеком многих смесей. Для хроматографического разделения таких смесей необходимы сильные сорбенты типа активных углей, силикагелей, алюмогелей и молекулярных сит. Однако вследствие очень высокого давления пара и примерно одинаковых размеров молекул разделить некоторые пары веществ даже на колонке с молекулярным ситом удается лишь при весьма низких температурах. Кроме того, вследствие сорбции газа-носителя может происходить изменение свойств адсорбента по отношению к разделяемым веществам, и, таким образом, природа подвижной фазы оказывает влияние на селективность колонки и форму регистрируемых пиков [231]. [c.221]

    К легким газам в хроматографии относят водород, азот, кислород, элементы нулевой группы периодической таблицы, а также метан, окись и двуокись углерода. Определение состава смесей, включающих эти газы, необходимо при анализе воздуха нефтяных, болотных и рудничных газов продуктов радиоакт

Какое строение имеет метан. Срочно нужно по химии. Строение метана

Чтобы понять пространственное строение молекулы метана, обратимся к распределению электронов по уровням и подуровням атома углерода. Из электронной формулы метана видно, что в образовании связей должны участвовать один s-электрон и три р-электрона атома углерода, которые будут пере-крываться с s-облаками атомов водорода, т. е. можно предположить такие перекрытия: Энергия связей перекрытия s-s-электронов и s-р-электронов должна быть неодинаковой. Тем не ме-нее, экспериментально доказано, что все связи в молекуле метана имеют одинаковую энергию. Объясняет это явление учение Лайнуса Полинга о гибридизации электронных орбиталей. Согласно его тео-рии, электронные облака атома углерода изменяют свою форму под действием электронных облаков атомов водорода, вытягиваясь в их сторону: Такой процесс называется гибридизацией, а полученные орбитали новой формы называются гиб-ридными. Гибридные орбитали сильнее перекрываются с электронными орбиталями других атомов, что приводит к образованию более прочных связей. Теперь все связи в молекуле метана одинаковы. Поскольку свою электронную форму изменяют один s- и три р-электрона атома углерода, то этот процесс называется sр3 -гибридизацией. 3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ МЕТАНА. В местах перекрытий облаков электронная плотность, а следовательно, и отрицательный заряд, возрастает, поэтому они будут максимально расталкиваться в пространстве. В результате молекула метана приобретает форму тетраэдра: в центре — атом углерода, в вершинах — атомы водорода, С — Н связи направлены к вершинам тетраэдра под углом 109°28′.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *