Metan

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Metan
structura
model molecular
Numele IUPAC
metan [1]
Denumiri alternative
tetrahidrură de carbon
gaz mlaștină
grisou
formene
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută CH 4
Masa moleculară ( u ) 16.04
Aspect gaz incolor
numar CAS 74-82-8
Numărul EINECS 200-812-7
PubChem 297
DrugBank DB15994
ZÂMBETE
C
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (kg m −3 , în cs ) 0,71682
Solubilitate în apă 0,024 g / L la cn
Temperatură de topire −182,7 ° C (90,8 K)
Δ fus H 0 (kJ mol −1 ) 1.1
Temperatura de fierbere −161,4 ° C (111,8 K)
Δ eb H 0 (kJ mol −1 ) 8.17
Punct triplu 90,67 K (-182,48 ° C)
11,7 kPa
Punct critic 190,6 K (−82,6 ° C)
4,6 MPa
Vâscozitate dinamică ( mPa s la 0 ° C și 100 ° C) 0,0103
0,0137
Proprietăți termochimice
Δ f H 0 (kJ mol −1 ) −74,81 [2]
Δ f G 0 (kJ mol −1 ) −50,72 [2]
S 0 m (J K −1 mol −1 ) 186,26 [2]
C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) 35,31 [2]
Δ pieptene H 0 (kJ mol −1 ) −890 [2]
Informații de siguranță
Punct de flacără −188 ° C (85 K)
Limite de explozie 5,3 - 14% vol.
Temperatură de autoaprindere 600 ° C (873 K)
Simboluri de pericol chimic
extrem de inflamabil gaz comprimat
Pericol
Fraze H 220 - 280
Sfaturi P 210 - 377 - 381 - 403 [3]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Metanul este o hidrocarbură simplă ( alcan ) formată dintr-un atom de carbon și patru atomi de hidrogen ; Formula sa chimică este CH 4, și apare în mod natural sub formă de gaz .

fundal

Descoperirea

În toamna anului 1776 Alessandro Volta a studiat un fenomen cunoscut chiar și în vremuri mai îndepărtate, raportat de Carlo Giuseppe Campi: într-o cotă stagnantă a râului Lambro , când o flacără se apropia de suprafață, flăcările cerești erau aprinse.

Acest fenomen fusese deja studiat separat de Lavoisier , Franklin și Priestley cu câțiva ani mai devreme și fusese clasificat pur și simplu ca o expirație de aer inflamabil, de origine minerală.

Volta a vrut să aprofundeze problema. În timp ce era invitat în Angera în casa prietenei sale Teresa Castiglioni ( Angera 1750 - Como 1821), Alessandro Volta a descoperit aerul inflamabil în mlaștina insulei Partegora , în localitatea Bruschera (provincia Varese). Încercând să miște fundul cu ajutorul unui băț, a văzut bule de gaz crescând și le-a strâns în sticle. El a dat acestui gaz numele de aer de mlaștină inflamabil și a descoperit că acesta poate fi aprins, fie prin intermediul unei lumânări aprinse, fie printr-o descărcare electrică; el a dedus că gazul s-a format în descompunerea substanțelor animale și vegetale [4] . Gândindu-se imediat la utilizarea sa practică, a construit mai întâi un pistol electrophlogopneumatic din lemn, metal și sticlă, al cărui scop ar fi transmiterea unui semnal la distanță, iar mai târziu a realizat o lampă de aer inflamabilă și a perfecționat eudiometrul pentru măsurare și analiza gazelor.

Pentru confirmarea ulterioară a tezei sale, s-a dus în 1780 la Pietramala , în Apenninul toscan, unde erau faimoase șireturi . Compoziția corectă a gazului a fost determinată de William Henry în 1805 .

Extracția metanului în Italia

În iunie 1959, în Italia, lângă Lodi , un foraj Eni , condus atunci de Enrico Mattei , a descoperit primul zăcământ adânc din Europa de Vest.

Ulterior, sondajele din Marea Adriatică au început, dar primele două foraje au dat rezultate negative, așa că Eni a abandonat ideea preferând să aloce resursele forajelor din Marea Roșie . În așteptarea autorizațiilor din partea guvernului egiptean , Eni a decis să efectueze o a treia forare în largul coastei Ravennei , ceea ce a dat un rezultat pozitiv. În 1959 a intrat în funcțiune prima platformă de metan .

În largul coastei Crotone, platformele Eni extrag în prezent aproximativ 15% din consumul național de metan, atât pentru uz civil, cât și industrial.

Proprietăți fizico-chimice

Molecula de metan are o formă tetraedrică; atomul de carbon se află în centrul unui tetraedru regulat la vârfurile căruia sunt atomii de hidrogen. Unghiurile de legătură sunt de 109,5 °.

Molecula de metan are un orbital atomic hibrid sp 3 , ca toți carbonii moleculelor din clasa alcanilor, dintre care este cel mai scurt membru; de aceea are 4 legături CH echivalente.

La temperatura și presiunea ambiantă apare ca un gaz incolor, inodor și foarte inflamabil. Metanul lichid, pe de altă parte, se obține prin răcirea gazului la o temperatură de –162 ° C, din nou la presiunea atmosferică. [5]

Abundența și disponibilitatea în lume

Subteran

Flăcări generate de pierderea gazului natural (constând în principal din metan) dintr-o sursă naturală.

Metanul este rezultatul descompunerii unor substanțe organice în absența oxigenului. Cea mai mare parte a metanului se obține prin extracție din depozitele sale subterane, unde este adesea combinată cu alte hidrocarburi , rezultatul descompunerii substanțelor organice îngropate adânc în timpurile preistorice.

Metanul este prezent în mod normal în câmpurile petroliere (dar există și câmpuri uriașe de metan doar). Metanul derivă din rocile sursă , din care toate hidrocarburile (de la solid - bitum , la lichid - petrol , până la gazos, cum ar fi metanul însuși) derivă progresiv (prin crăparea kerogenului ).

Când se extrage petrol, metanul se ridică și el la suprafață, în medie în cantități egale cu petrolul însuși. Dacă câmpurile sunt departe de locurile de consum sau sunt amplasate în larg, este aproape imposibil să se utilizeze acel metan, care este, prin urmare, ars la ieșirea din fântâni fără a fi utilizat în vreun fel, sau este pompat înapoi în câmpurile petroliere, prin utilizarea compresoarelor centrifuge sau cu piston alternativ, favorizând în continuare ieșirea din țiței datorită presiunii.

Aproximativ două treimi din metanul extras nu este utilizat, ci dispersat în atmosferă, deoarece costul transportului gazelor naturale în conducte este de patru ori mai mare decât cel al petrolului, deoarece densitatea gazului este mult mai mică.

În fundul oceanului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: eliberarea metanului arctic .

Se estimează că există cantități mari de metan sub formă de clatrați de metan pe fundul oceanului.

Clatrat de metan pe fundul oceanului.

În atmosfera pământului

Metanul este un gaz cu efect de seră prezent în atmosfera terestră în concentrații mult mai mici decât CO 2, dar cu un potențial de încălzire globală de 21 de ori mai mare [6] .

Principalele surse de emisii de metan în atmosferă sunt:

60% până la 80% din emisiile lumii sunt de origine umană. Acestea provin în principal din mine de cărbune [7] , depozite de deșeuri, activități petroliere, conducte de gaz și agricultură.

Concentrația sa în atmosferă a crescut de la 700 ppb (părți pe miliard) în perioada 1000 - 1750 la 1.750 ppb în 2000 , o creștere de 150% [8] . Până în mai 2019, valoarea a crescut la 1862,8 ppb [9] .

Metanul este responsabil pentru 18% din creșterea efectului de seră .

Încălzirea globală, prin creșterea eliberării de metan în sistemele naturale, poate crește, de asemenea, nivelul atmosferic de metan. [10]

Concentrația medie anuală de metan în troposferă în 2011 (în ppm ).

Este prezent în concentrație mai mare în emisfera nordică .

Pe celelalte planete

Harta concentrației de metan în atmosfera lui Marte .

Prezența metanului a fost verificată sau ipotezată în multe locuri din sistemul solar . În majoritatea cazurilor, se crede că provine din procese abiotice . Posibile excepții ar putea fi cele de pe Marte și Titan

  • Luna - există urme ale acesteia care se scurg de la suprafață. [11]
  • Marte - atmosfera marțiană conține ceva metan. În ianuarie 2009, cercetătorii NASA au observat emisiile de metan de la suprafață în atmosferă situate în zone specifice, sugerând că acestea ar putea fi legate de activitățile biologice care au loc în subteran. [12]
  • Jupiter - atmosfera planetei este formată din aproximativ 0,3% metan.
  • Saturn - atmosfera planetei este formată din aproximativ 0,4% metan.
Lacuri de metan lichide la suprafața Titanului .
    • Titan - atmosfera sa conține aproximativ 1,6% metan și mii de lacuri de metan lichid au fost observate la suprafață. [13] În atmosfera superioară, metanul este transformat în molecule mai complexe, inclusiv acetilena , într-un proces care produce și hidrogen molecular. De asemenea, s-a observat că în apropierea suprafeței acetilena și hidrogenul se întorc pentru a forma metan: se presupune prezența unui catalizator exotic sau a unei forme și mai exotice de viață metanogenă . [14]
    • Enceladus - atmosfera sa conține aproximativ 1,7% metan. [15]
  • Uranus - atmosfera planetei conține aproximativ 2,3% metan.
    • Ariel - se presupune că metanul este unul dintre constituenții gheții de suprafață a lui Ariel.
    • Miranda
    • Oberon - Aproximativ 20% din gheața de suprafață a Oberonului este compusă din compuși pe bază de carbon, asemănători compușilor cu metan și azot.
    • Titania - Aproximativ 20% din gheața de suprafață a Titaniei este compusă din compuși organici legați de metan.
    • Umbriel - metanul este unul dintre constituenții gheții de suprafață.
  • Neptun - atmosfera planetei conține aproximativ 1,6% metan.
    • Triton - Tritonul are o atmosferă de azot tenuos cu urme de metan la nivelul suprafeței. [16] [17]
  • Pluto - analiza spectroscopică a suprafeței lui Pluto arată prezența urmelor de metan. [18] [19]
  • Caron - prezența metanului pe Caron este ipotezată, dar nu este încă confirmată definitiv. [20]
  • Eris - spectrul infraroșu dezvăluie prezența gheții metanice.
  • Cometa lui Halley
  • Cometa Hyakutake - observațiile de pe Pământ au arătat prezența metanului și a etanului în cometă. [21]
  • exoplaneta HD 189733b - aceasta este prima detectare a unui compus organic pe o planetă din afara sistemului solar. Originea sa este încă necunoscută, având în vedere că temperatura ridicată a suprafeței planetei (700 ° C) ar trebui să favorizeze în mod normal dezvoltarea monoxidului de carbon . [22]
  • nori interstelari [23]

Reactivitate

Model 3D de metan (CH 4 ). Figura arată distanța (în ångström ) între carbon și hidrogen, care este destul de scurtă în comparație cu legăturile CH ale celorlalte hidrocarburi.

Cu excepția arderii, reacțiile metanice sunt conduse în mare parte la presiuni și / sau temperaturi ridicate, însă aproape întotdeauna în prezența catalizatorilor.

Oxidarea metanului cu acid sulfuric și diclorobipirimidilplatină ca catalizator transformă aproximativ 90% din metan în hidrogen sulfat de metil la 220 ° C și 34 atm de presiune; prin hidroliză ulterioară se obțin metanol și acid sulfuric de pornire, dar procesul nu este considerat eficient. [24]

Legătura covalentă carbon - hidrogen din metan este una dintre cele mai puternice dintre toate hidrocarburile; din acest motiv, metanul este mai puțin reactiv decât alte hidrocarburi, astfel încât utilizarea sa ca materie primă în industria chimică este limitată. Căutarea unui catalizator care poate facilita activarea legăturii CH în metan și alți alcani ușori este o zonă de cercetare cu implicații industriale importante.

Prin îndepărtarea unui atom de hidrogen, metanul formează radicalul metilic (CH 3 •), în timp ce dacă sunt eliminați doi hidrogeni, radicalul format ia numele de metilen (• CH 2 •).

Combustie

Tendința entalpiei de reacție asociată cu arderea metanului.

Metanul este componenta principală a gazelor naturale și este un combustibil excelent, deoarece are o putere calorică ridicată . Arderea unei molecule de metan în prezența oxigenului formează o moleculă de CO 2 ( dioxid de carbon ), două molecule de H 2 O ( apă ) și se eliberează o cantitate de căldură:

Căldura de ardere a reacției este negativă (reacția de ardere fiind o reacție exotermă ); considerând reacția de ardere a metanului ca un sistem închis , căldura de reacție este egală cu -891 kJ / mol.

Din arderea unui kilogram de metan, aproximativ 50,0 Mjoules . Din arderea unui metru cub normal (1 Nm 3 este o cantitate de substanță egală cu 44,61 moli) de metan, se obține aproximativ 39,79 MJ (9,503,86 kcal). [25]

Principalele aplicații și utilizări

Metanul este utilizat în principal în domeniul energetic, pentru utilizarea încălzirii sau pentru alimentarea aragazelor cu gaz. Apoi este utilizat în sectorul agricol pentru a crea climatul ideal în sere . În cele din urmă, este folosit ca combustibil pentru alimentarea autovehiculelor și camioanelor (atât în ​​cazul aprinderii cu scânteie, cât și al aprinderii spontane ), aceste vehicule sunt numite vehicule cu gaz natural .

Metanul este inodor, incolor și insipid, deci pentru a fi distribuit în rețelele interne, acesta trebuie „odorizat” printr-un proces de înmuiere a unui lichid cu un „miros de gaz” caracteristic - adesea este vorba despre mercaptani ( tioli ). Această procedură este esențială pentru a face remarcabilă prezența gazului în caz de scurgeri și pentru a reduce riscul de incendii și explozii accidentale.

Imagini 3D ale moleculei

Metan anaglif.png
Anaglif metan. Pentru o vizualizare corectă, purtați ochelari cu lentile albastre și roșii.
Metan cross.png
Model 3D cu metan cu ochi încrucișați. Pentru o vizualizare corectă, purtați ochelari corespunzători.

Notă

  1. ^ Nomenclatura chimiei organice: recomandări IUPAC și nume preferate 2013 (Cartea albastră) , Cambridge, The Royal Society of Chemistry , 2014, pp. 3-4, DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 , ISBN 978-0-85404-182-4 .
    „Metanul este un nume reținut (vezi P-12.3) care este preferat denumirii sistematice„ carbane ”, un nume recomandat niciodată pentru a înlocui metanul, dar folosit pentru a obține denumirile„ carbene ”și„ carbine ”pentru radicalii H 2 C 2 • și respectiv HC 3 • . " .
  2. ^ a b c d e "Atkins SH - Ediția 8"
  3. ^ foaie de metan pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Internet Archive .
  4. ^ Sursă: Angera.biz Arhivat 16 ianuarie 2009 la Internet Archive .
  5. ^ Sursa: Focus [ link rupt ]
  6. ^ Potențiale de încălzire globală
  7. ^ (EN) Jillian Ambrose, Emisiile de metan de la minele de cărbune ar putea provoca criza climatică - studiu , în The Guardian, 15 noiembrie 2019. Accesat la 15 noiembrie 2019.
  8. ^ Buletinul OMM privind gazele cu efect de seră. Nr 1: 14 martie 2006
  9. ^ (EN) NOAA US Department of Commerce, ESRL Global Monitoring Division - Global Greenhouse Gas Reference Network pe www.esrl.noaa.gov. Adus la 16 iulie 2019 .
  10. ^ (EN) Joshua F. Dean, Jack și Thomas J. Middelburg Rockmann, Methane Feedbacks to the Global Climate System in a Warmer World , în Reviews of Geophysics, vol. 56, nr. 1, 2018, pp. 207-250, DOI : 10.1002 / 2017RG000559 . Adus pe 29 septembrie 2019 .
  11. ^ SA Stern, Atmosfera lunară: istorie, stare, probleme actuale și context , în Rev. Geophys. , vol. 37, n. 4, 1999, pp. 453–491, Bibcode : 1999RvGeo..37..453S , DOI : 10.1029 / 1999RG900005 .
  12. ^ Marte degajă metanul în ceea ce ar putea fi semn de viață , Washington Post, 16 ianuarie 2009
  13. ^ HB HB Niemann, și colab., SK Atreya, SJ Bauer, GR Carignan, JE Demick, RL Frost, D Gautier, JA Haberman și DN Harpold, Abundențele constituenților atmosferei Titan din instrumentul GCMS de pe sonda Huygens , în Natura , vol. 438, nr. 7069, 2005, pp. 779–784, Bibcode : 2005 Natur.438..779N , DOI : 10.1038 / nature04122 , PMID 16319830 .
  14. ^ Chris Mckay, Have We Discovered Evidence For Life On Titan , spacedaily.com , SpaceDaily, 2010. Accesat la 10 iunie 2010 . Space.com. 23 martie 2010.
  15. ^ Waite, JH; și colab. ; (2006); Cassini Ion și spectrometru de masă neutru: compoziție și structură a penelor Enceladus , știință, vol. 311, nr. 5766, pp. 1419–1422
  16. ^ DF AL Broadfoot, SK Bertaux, JE Dessler și colab., RV Yelle, Linick și Lunine, Ultraviolet Spectrometer Observations of Neptune and Triton , în Science , vol. 246, nr. 4936, 15 decembrie 1989, pp. 1459–1466, Bibcode : 1989Sci ... 246.1459B , DOI : 10.1126 / science.246.4936.1459 , PMID 17756000 .
  17. ^ Ron Miller, William K. Hartmann, The Grand Tour: A Traveler's Guide to the Solar System , 3rd, Thailand, Workman Publishing, 2005, pp. 172–73 , ISBN 0-7611-3547-2 .
  18. ^ Tobias C. Owen, Ted L. Roush și colab., Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto , în Science , vol. 261, n. 5122, 6 august 1993, pp. 745–748, Bibcode : 1993Sci ... 261..745O , DOI : 10.1126 / science.261.5122.745 , PMID 17757212 . Adus 29.03.2007 .
  19. ^ Pluto , pe SolStation , 2006. Accesat la 28 martie 2007 .
  20. ^ B B. Sicardy și colab., A Bellucci, E Gendron, F Lacombe, S Lacour, J Lecacheux, E Lellouch, S Renner și S Pau, Dimensiunea lui Charon și o limită superioară a atmosferei sale dintr-o ocultare stelară , în Nature , vol. 439, nr. 7072, 2006, pp. 52-4, Bibcode : 2006 Nat. 439 ... 52S , DOI : 10.1038 / nature04351 , PMID 16397493 .
  21. ^ Mumma, MJ, Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD și DX Xie, Detection of Abundant Ethane and Metan, împreună cu monoxid de carbon și apă, în Cometa C / 1996 B2 Hyakutake: dovezi pentru originea interstelară , în Știință , vol. 272, nr. 5266, 1996, pp. 1310–4, Bibcode : 1996Sci ... 272.1310M , DOI : 10.1126 / science.272.5266.1310 , PMID 8650540 .
  22. ^ Stephen Battersby, Molecule organice găsite pentru prima dată pe lumea extraterestră , la space.newscientist.com , 11 februarie 2008. Accesat la 12 februarie 2008 (arhivat din original la 13 februarie 2008) .
  23. ^ JH Lacy, JS Carr, NJ Evans, II, F. Baas, JM Achtermann, JF Arens, Descoperirea metanului interstelar - Observații ale absorbției gazoase și solide de CH4 către stele tinere în nori moleculari , în Astrophysical Journal , vol. 376, 1991, pp. 556–560, Bibcode : 1991ApJ ... 376..556L , DOI : 10.1086 / 170304 .
  24. ^ Știință , 280 , 24 aprilie 1998, 525
  25. ^ combustie de metan , pe Chimica Online .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 31236 · LCCN ( EN ) sh85084379 · GND ( DE ) 4169678-5 · BNF ( FR ) cb11980022t (data) · NDL ( EN , JA ) 00576602
Chimica Portale Chimica : il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Metano&oldid=122237628 "