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
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.
Содержание
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:
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 −184 o С (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
Физиологическое действие
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
Метан и экология
Ссылки
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Метан» в других словарях:
Метан — газообразный углеводород СН4, первый член ряда метановых или парафиновых углеводородов (см Ряды углеводородов гомологические). tкип 161,6°С. Масса 1 л М. при 0°С и давлении 760 мм 0,7168 г. М. главная составная часть большинства природных… … Геологическая энциклопедия
метан — а, м. méthane m. англ. methane <гр. вино. Простейшее соединение водорода с углеродом; болотный или рудничный газ. БАС 1. Метановый ая, ое. Лекс. Брокг. метан; Уш. 1938: мета/н; БСЭ 2: мета/новое брожение … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Метан — CH4, насыщенный углеводород парафинового ряда. В стандартных условиях М. газ без цвета к запаха, относится к пожаро и взрывоопасным веществам. Молекулярная масса 16,04 кг/кмоль, температура плавления 90,66 К, температура кипения 111,67 К,… … Энциклопедия техники
метан — сущ., кол во синонимов: 4 • алкан (37) • газ (55) • топливо (48) • … Словарь синонимов
МЕТАН — (СН4) простейший углеводород; газ без цвета и запаха; легче воздуха; смесь М. с воздухом взрывоопасна. Образуется в природе при разложении органических веществ без доступа воздуха (напр., на дне болот, в рудниках отсюда названия М.: болотный газ … Российская энциклопедия по охране труда
Метан CH4 – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.
Гомологический ряд метана
Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН2– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.
Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН2– в углеводородную цепь алкана.
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:
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 метана
Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).
3.1. Полное окисление – горение
Алканы 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 окисление
Продукт реакции – так называемый «синтез-газ».
Получение метана
1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)
2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия
Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана.
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-Тропша
Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:
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. Также растворен в нефти, в пластовых и поверхностных водах. В твердом состоянии встречается в виде газогидратов.
Метан является одним из парниковых газов. Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %.
Он 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.
Метан трудно вступает в химические реакции. В обычных условиях не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде. Химические свойства метана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов.
Метан в промышленных и лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
1. газификации твердого топлива: C + 2H2 → CH4 + H2O (повышенное давление и to, kat = Ni, Mo или без катализатора).
2. синтеза Фишера-Тропша: CО + 3H2 → CH4 (kat = Ni, to = 200-300 о С);
3. реакции взаимодействия оксида углерода (IV) и водорода: CО2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (kat, to = 200-300 о С);
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.
