Metán | |||
---|---|---|---|
| |||
Tábornok | |||
Szisztematikus név |
metán | ||
Hagyományos nevek | metán, tűzgőz | ||
Chem. képlet | CH 4 | ||
Patkány. képlet | CH 4 | ||
Fizikai tulajdonságok | |||
Moláris tömeg | 16,04 g/ mol | ||
Sűrűség |
gáz (0 °C) 0,714 (normál körülmények) kg/m³ [1] (25 °C) 0,7168 kg/m3; 0,6682 kg/m³ normál körülmények között a GOST 2939-63 szerint;folyadék (-164,6 °C) 415 kg/m³ [2] |
||
Termikus tulajdonságok | |||
Hőfok | |||
• olvadás | -182,49 °C | ||
• forralás | -161,58 °C | ||
• bomlás | +1000°C felett | ||
• villog | 85,1 K, -188 °C | ||
• spontán gyulladás | +537,8°C | ||
Robbanási határok | 4,4-17,0% | ||
Kritikus pont | |||
• hőfok | 190,56 K, -82,6 °C | ||
Entalpia | |||
• oktatás | −74 520 J/mol [3] | ||
• égés |
35,9 MJ/m³ 50,2 MJ/kg [1] 803,2 kJ/mol |
||
Fajlagos párolgási hő | 460,6 J/mol (760 Hgmm-en) [4] | ||
Kémiai tulajdonságok | |||
Oldhatóság | |||
• vízben | 0,02 g/kg [5] | ||
Osztályozás | |||
Reg. CAS szám | 74-82-8 | ||
PubChem | 297 | ||
Reg. EINECS szám | 200-812-7 | ||
MOSOLYOK | C | ||
InChI | InChI=1S/CH4/h1H4VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | PA1490000 | ||
CHEBI | 16183 | ||
ENSZ szám | 1971 | ||
ChemSpider | 291 | ||
Biztonság | |||
Korlátozza a koncentrációt | 7000 mg/m³ | ||
LD 50 | 13450-36780 mg/kg | ||
Toxicitás | Veszélyességi osztály a GOST 12.1.007 szerint: 4 | ||
EKB ikonok | |||
NFPA 704 |
![]() |
||
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve. | |||
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
Metán ( lat. metán ; mocsári gáz ), CH 4 - összetételében a legegyszerűbb telített szénhidrogén , normál körülmények között színtelen , szagtalan és íztelen gáz .
Vízben enyhén oldódik, majdnem kétszer olyan könnyű, mint a levegő.
A metán nem mérgező , de magas koncentrációban a levegőben gyenge kábító hatású (MPC 7000 mg/m 3 ) [6] . Bizonyíték van arra, hogy a levegőben lévő alacsony metánkoncentrációnak való krónikus expozíció káros hatással van a központi idegrendszerre [7] . A metán CH 4 kábító hatását gyengíti alacsony víz- és véroldékonysága és kémiai tehetetlensége . Toxicitási osztály – negyedik [8] .
A mindennapi életben való használat során az illatanyagokat (általában tiolokat ) rendszerint metánhoz (földgázhoz) adják – olyan illékony anyagokhoz, amelyek sajátos "gázszaggal" rendelkeznek, hogy a személy időben észrevegye a vészhelyzeti gázszivárgást. Az ipari termelésben a szivárgást szenzorok rögzítik, és sok esetben a laboratóriumok és az ipari termelés metánját szaganyagok hozzáadása nélkül szállítják.
Beltérben levegővel keverékben felhalmozódva a metán 4,4% és 17% közötti koncentrációban robbanásveszélyessé válik [9] . Levegővel alkotott keverékben a legrobbanékonyabb koncentráció 9,5 térfogat%. A szénbányákban kiszabadul a szénrétegekből, ami esetenként robbanásokhoz vezet, amelyek következményei katasztrofálisak lehetnek.
A metán a harmadik legfontosabb üvegházhatású gáz a Föld légkörében (a vízgőz és a szén-dioxid után 4-9%-ra becsülik az üvegházhatáshoz való hozzájárulását [10] [11] .
1776 novemberében Alessandro Volta olasz fizikus metánt fedezett fel a Maggiore - tó mocsaraiban, Olaszország és Svájc határán. Benjamin Franklin „éghető levegőről” szóló tanulmánya ihlette a mocsári gáz tanulmányozására . Volta összegyűjtötte a mocsár fenekéről kibocsátott gázt, és 1778-ban tiszta metánt izolált. Bemutatta a gáz elektromos szikrából való meggyulladását is.
Sir Humphry Davy 1813-ban tanulmányozta a tűzgőzt , és kimutatta, hogy az metán kis mennyiségű nitrogén N 2 és szén-dioxid CO 2 keveréke – vagyis minőségileg megegyezik a mocsári gázzal.
A modern "metán" nevet 1866-ban August Wilhelm von Hoffmann német kémikus adta a gáznak [12] [13] , a " metanol " szóból származik .
A földgáz fő összetevője (77-99%), a kapcsolódó kőolajgázok (31-90%), a bánya- és mocsári gázok (innen ered a metán többi elnevezése is - mocsár vagy tűzgőz). Anaerob körülmények között (mocsarakban, vizes talajokban, kérődzők beleiben ) biogén módon képződik bizonyos mikroorganizmusok élettevékenysége eredményeként.
A metán nagy készletei a metán- hidrátokban koncentrálódnak a tengerek fenekén és a permafrost zónában [10] [11] .
Metánt más bolygókon is találtak, köztük a Marson is , ami hatással van az asztrobiológiai kutatásokra [14] . A modern adatok szerint a metán jelentős koncentrációban van jelen a Naprendszer óriásbolygóinak légkörében [15] .
Feltehetően a Titán felszínén alacsony hőmérsékleten (-180 °C) egész tavak és folyók találhatók folyékony metán-etán keverékből [16] . Szedna felszínén is nagy a metánjég aránya .
A szén kokszosítása , a szén hidrogénezése , a szénhidrogének hidrogenolízise során keletkezik katalitikus reformáló reakciókban.
A Sabatier-reakció révén metán nyerhető , a szén-dioxid és a hidrogén kölcsönhatása következtében katalizátor jelenlétében, magasabb hőmérsékleten és nyomáson:
∆H = -165,0 kJ/molLaboratóriumban nátronmész ( nátrium- hidroxid és kalcium-hidroxid keveréke ) vagy vízmentes nátrium-hidroxid jégecettel való melegítésével készítve :
.A víz hiánya fontos ehhez a reakcióhoz, ezért nátrium-hidroxidot használnak, mivel kevésbé higroszkópos .
A metán előállítható nátrium-acetát és nátrium-hidroxid olvasztásával [17] :
.A metán laboratóriumi előállításához az alumínium-karbid hidrolízisét is használják :
,vagy néhány fémorganikus vegyület (például metil-magnézium-bromid ).
A metán biológiai termelése lehetséges, lásd biogáz .
Szobahőmérsékleten és normál nyomáson a metán színtelen, szagtalan gáz [18] . A háztartási földgáz ismerős szagát úgy érik el, hogy biztonsági intézkedésként terc-butil-tiolt tartalmazó illatosító keveréket adnak a gázhoz a vészhelyzeti metánszivárgás szag alapján történő észlelésére.
A metán forráspontja egy atmoszféra nyomáson –164 °C [19] .
Könnyen meggyullad 4,4 és 17 térfogatszázalék közötti levegőkoncentrációnál. % normál nyomáson. Robbanási (gyulladási) határértékek metán és oxigén keverékében 4,5 és 61 térfogat közötti légköri nyomáson . %.
A szilárd metán nagyon magas nyomáson többféle változatban létezik. Kilenc ilyen módosítás ismert [20] .
A metán a telített szénhidrogének (alkánok) homológ sorozatának első tagja, a vegyi hatásoknak leginkább ellenálló. Más alkánokhoz hasonlóan gyökös szubsztitúciós reakciókba lép be - halogénezés , szulfoklórozás , szulfoxidáció, nitrálás és mások, de kevésbé reaktív, mint más alkánok.
A metán esetében a vízgőzzel való reakció specifikus - a gőzreformálás reakciója, amelyhez nikkelt használnak katalizátorként az iparban , alumínium-oxidra (Ni / Al 2 O 3 ) 800-900 °C-on vagy felhasználás nélkül. katalizátor 1400-1600 °C-on. A keletkező szintézisgáz felhasználható metanol , szénhidrogének , ecetsav , acetaldehid és egyéb termékek későbbi szintézisére, ez a hidrogén előállításának fő gazdaságos módja:
.Kékes lánggal ég a levegőben, miközben normál körülmények között 1 m³ metánra körülbelül 33,066 MJ energia szabadul fel . A metán égési reakciója oxigénben vagy levegőben:
+ 891 kJ.Halogénekkel szubsztitúciós reakciókba lép , amelyek a szabad gyökös mechanizmus szerint mennek végbe ( metalepsziás reakció )? például szekvenciális klórozási reakciók szén-tetrakloriddal :
, , , .1400 °C felett a következő reakció szerint bomlik:
.150-200 °C-on és 30-90 atm nyomáson hangyasavvá oxidálódik . radikális lánc mechanizmussal :
.A metán zárványvegyületeket képez - gázhidrátokat , amelyek a természetben széles körben elterjedtek.
A metánt kályhák , vízmelegítők , autók [21] [22] , turbinák stb. tüzelőanyagaként használják . Az aktív szén a metán tárolására használható .
A földgáz fő összetevőjeként a metánt gázturbinákban vagy gőzfejlesztőkben elégetve villamos energiát állítanak elő. Más szénhidrogén üzemanyagokhoz képest a metán kevesebb szén-dioxidot termel egységnyi hőre vetítve. A metán égéshője körülbelül 891 kJ/mol, ami alacsonyabb, mint bármely más szénhidrogéné. Ugyanakkor tömegegységenként (55,7 kJ/g) több hőt termel, mint bármely más szerves anyag, viszonylag magas hidrogéntartalma miatt, amely a hidrogén körülbelül 55%-át adja a fűtőértékhez [23] , de molekulatömege csak 25%. metánból.
Sok városban metánt szállítanak az otthonok fűtésére és főzésére. Általában azonban földgáznak nevezik , amelynek energiatartalma 39 mJ/m 3 . A cseppfolyósított földgáz (LNG) túlnyomórészt metán (CH 4 ), amelyet cseppfolyósítanak a tárolás és/vagy szállítás megkönnyítése érdekében.
A folyékony metán folyékony oxigénnel kombinálva ígéretes rakéta-üzemanyagnak számít [24] [25] , és olyan motorokban használják, mint az RD-0162 , BE-4 [26] és a Raptor . A metán előnye a kerozinnal szemben, mivel:
Ez csökkenti a rakéták újrafelhasználásának nehézségeit [26] [29] .
A metánt szerves szintézisek alapanyagaként használják , beleértve a metanol előállítását is .
A metán a paraffinos szénhidrogének homológ sorozatának élettanilag legártalmatlanabb gáza . A metánnak nincs élettani hatása és nem mérgező (a metán vízben és vérplazmában való csekély oldhatósága és a paraffinok kémiai tehetetlensége miatt). Magas metánkoncentrációjú levegőben az ember csak a levegő oxigénhiánya miatt halhat meg. Így amikor a levegő metántartalma 25-30%, megjelennek a fulladás első jelei (pulzusfokozódás , fokozott légzési térfogat, finom izommozgások koordinációjának zavara stb.). A metán magasabb koncentrációja a levegőben oxigénhiányt okoz az emberben - fejfájást, légszomjat - a magassági betegségre jellemző tüneteket .
Mivel a metán könnyebb a levegőnél, nem halmozódik fel a szellőztetett földalatti építményekben. Ezért nagyon ritkák az emberek fulladás miatti halálesetei metán és levegő keverékének belélegzése esetén.
Elsősegélynyújtás súlyos fulladás esetén: az áldozat eltávolítása a káros légkörből. Légzés hiányában azonnal (az orvos megérkezése előtt) mesterséges lélegeztetést szájból szájba. Pulzus hiányában - közvetett szívmasszázs.
A bányákban vagy olyan iparágakban dolgozó embereknél, ahol kis mennyiségben metán és egyéb gáz halmazállapotú paraffin szénhidrogének vannak jelen a levegőben, az autonóm idegrendszerben észrevehető változásokat írnak le (pozitív okulokardiális reflex , kifejezett atropin teszt, hipotenzió ) a nagyon gyenge kábítószer miatt. ezeknek az anyagoknak a hatása, hasonlóan a dietil-éter kábító hatásához .
A metán MPC -je a munkaterület levegőjében 7000 mg/m³ [6] .
Kimutatták, hogy az endogén metánt nemcsak a metanogén bélmikroflóra, hanem az eukarióta sejtek is képesek előállítani , és termelődése jelentősen megnövekszik, ha kísérleti úton celluláris hipoxiát okoznak , például ha a mitokondriumokat a test mérgezése okozza. egy kísérleti állat nátrium-aziddal , egy ismert mitokondriális méreggel. Feltételezték, hogy az eukarióta sejtek, különösen az állatok által okozott metánképződés a sejtek által tapasztalt hipoxia intracelluláris vagy intercelluláris jele lehet [30] .
Az állati és növényi sejtek metántermelésének növekedését is kimutatták különböző stressztényezők hatására, például bakteriális endotoxémia vagy annak utánzása bakteriális lipopoliszacharid bejuttatásával , bár ez a hatás nem minden állatnál figyelhető meg. fajok (a kísérletben a kutatók egerekben szerezték meg, de nem kapták meg). patkányokban) [31] . Lehetséges, hogy ilyen stresszes körülmények között az állati sejtek által kialakuló metán játssza az egyik stresszjel szerepét.
Azt is feltételezik, hogy a metán, amelyet az emberi bél mikroflóra választ ki, és nem szívódik fel az emberi szervezetben (nem metabolizálódik, és részben eltávolítható a bélgázokkal együtt, részben felszívódik és eltávolítható a tüdőn keresztül lélegezve ), nem "semleges". a bakteriális anyagcsere mellékterméke , de részt vesz a bélmotilitás szabályozásában , és feleslege nemcsak puffadást, böfögést , fokozott gázképződést és hasi fájdalmat okozhat, hanem funkcionális székrekedést is [32] .
Üvegházhatású gáz , ebből a szempontból erősebb, mint a szén-dioxid , mivel molekuláiban mély vibrációs-forgási elnyelési sávok találhatók az infravörös spektrumban . Ha a szén-dioxid éghajlatra gyakorolt hatásának mértékét feltételesen egynek vesszük, akkor azonos moláris térfogatú metán üvegházhatása 21-25 egység [34] [35] . A metán légköri élettartama azonban rövid (több hónaptól több évig), mivel a troposzférában villámkisülés hatására oxigén hatására szén-dioxiddá oxidálódik, a sztratoszférában pedig UV-C sugárzás hatására. a Naptól.
1750 óta a metán koncentrációja a Föld atmoszférájában körülbelül 150%-kal nőtt, és ez a hosszú élettartamú és globálisan kevert üvegházhatású gázok teljes sugárzási kényszerének 20%-át teszi ki [36] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
szénhidrogének | |
---|---|
Alkánok | |
Alkének | |
Alkinok | |
diének | |
Egyéb telítetlen | |
Cikloalkánok | |
Cikloalkének | |
aromás | |
Policiklikus | Decalin |
Policiklusos aromás vegyületek | |
|