Формула ch4 что это
Метан
Метан | |||||||||||||||||||||||||
Общие | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Химическая формула | CH4 | ||||||||||||||||||||||||
Физические свойства | |||||||||||||||||||||||||
Молярная масса | 16,04 г/моль | ||||||||||||||||||||||||
Плотность | газ (0 °C, 1013 гПа) 0,72 кг/м³; жидкость (−161,6 °C) 0,42 г/см³ | ||||||||||||||||||||||||
Термические свойства | |||||||||||||||||||||||||
Температура плавления | -182,5 °C | ||||||||||||||||||||||||
Температура кипения | -161,6 °C | ||||||||||||||||||||||||
Химические свойства | |||||||||||||||||||||||||
Растворимость в воде | 0,35 [1] г/100 мл | ||||||||||||||||||||||||
Классификация | |||||||||||||||||||||||||
Рег. номер CAS | 74-82-8 | ||||||||||||||||||||||||
SMILES | C | ||||||||||||||||||||||||
Безопасность | |||||||||||||||||||||||||
Токсичность |
Название алкана | Формула алкана |
Метан | CH4 |
Этан | C2H6 |
Пропан | C3H8 |
Бутан | C4H10 |
Пентан | C5H12 |
Гексан | C6H14 |
Гептан | C7H16 |
Октан | C8H18 |
Нонан | C9H20 |
Декан | C10H22 |
Общая формула гомологического ряда алканов CnH2n+2.
Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества.
Строение метана
В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp 3 :
Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:
Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.
Например, в молекуле метана CH4 атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдра, центром которого является атом углерода |
Изомерия метана
Для метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.
Химические свойства метана
Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.
Для метана характерны реакции:
Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.
Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.
Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.
1. Реакции замещения
Для метана характерны реакции радикального замещение.
1.1. Галогенирование
Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.
При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:
Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:
Химическая активность хлора выше, чем активность брома, поэтому хлорирование протекает быстро и неизбирательно. |
Бромирование протекает более медленно.
Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.
Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.
Первая стадия. Инициирование цепи.
Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:
Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.
Вторая стадия. Развитие цепи.
Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.
При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:
Третья стадия. Обрыв цепи.
При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.
Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:
1.2. Нитрование метана
Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140 о С и под давлением. Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO2.
Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан:2. Реакции разложения метана (д егидрирование, пиролиз)Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен: Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена. 3. Окисление метанаАлканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.). 3.1. Полное окисление – горениеАлканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты. Уравнение сгорания алканов в общем виде: При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С. Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода: Эта реакция используется для получения сажи. 3.2. Каталитическое окислениеПродукт реакции – так называемый «синтез-газ». Получение метана1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминияЭтот способ получения используется в лаборатории для получения метана. 3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении. R–COONa + NaOH → R–H + Na2CO3 Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты. 4. Синтез Фишера-ТропшаИз синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды: Это промышленный процесс получения алканов. Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан: 5. Получение метана в промышленностиМетанМетан, CH4 – простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов. Метан является одним из парниковых газов. Он пожаро- и взрывоопасен. Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях. Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4 го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007. Метан трудно вступает в химические реакции. Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций: 1. газификации твердого топлива: 2. синтеза Фишера-Тропша: 3. реакции взаимодействия оксида углерода (IV) и водорода: 5. щелочного плавления солей одноосновных органических кислот Метан, получение, свойства, химические реакцииМетан, получение, свойства, химические реакции.Метан, CH4 – простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов. В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе, в рудничном и болотном газах. Растворен в нефти, в пластовых и поверхностных водах. В твердом состоянии встречается в виде газогидратов. Метан, формула, газ, характеристики:Химическая формула метана CH4, рациональная формула CH4. Изомеров не имеет. Является одним из парниковых газов. Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %. Помимо газообразного состояния в природе встречается еще и в твердом состоянии на дне морей, океанов и в зоне вечной мерзлоты в виде метаногидратов ( гидратов природного газа ), именуемых «горючий лёд». Пожаро- и взрывоопасен. Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие). Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007. Физические свойства метана:* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении. Химические свойства метана:Химические свойства метана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции: CH4 + H2O → CО + 3H2 (kat = Ni/Al2O3 при t o = 800-900 о С или без катализатора при t o = 1400-1600 о С). Образующийся в результате реакции синтез-газ может быть использован для последующих синтезов метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов. Реакция носит цепной характер. Молекула брома или йода под действием света распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы метана, отрывая у них атом водорода, в результате этого образуется свободный метил CH3·, который сталкиваются с молекулами брома (йода), разрушая их и образуя новые радикалы йода или брома : Br2 → Br·+ Br· (hv); – инициирование реакции галогенирования; CH4 + Br· → CH3· + HBr; – рост цепи реакции галогенирования; CH3· + Br· → CH3Br; – обрыв цепи реакции галогенирования. Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование метана проходит поэтапно – за один этап замещается не более одного атома водорода. При избытке кислорода: Горит голубоватым пламенем. CH4 → C + 2H2 (при t o > 1000 о С). В реакциях каталитического окисления метана могут образовываться спирты, альдегиды, карбоновые кислоты. 2CH4 + O2 → 2CН3OH (при t o = 200 о С, kat); – образуется метанол; CH4 + O2 → НCНO + H2O (при t o = 200 о С, kat); – образуется формальдегид; 2CH4 + 3O2 → 2НCOОН + H2O (при t o = 200 о С, kat); – образуется муравьиная кислота. Получение метана в промышленности и в лаборатории. Химические реакции – уравнения получения метана:Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций: CО + 3H2 → CH4 (kat = Ni, t o = 200-300 о С); Применение и использование метана:– как топливо для автомобилей, судов, газовых плит, печей, паяльных ламп, зажигалок и пр. бытовых приборов; – как сырье в химической промышленности для проведения реакций органического синтеза.
|