Свойства метана

Метан — первый представитель ряда алканов с формулой СН4. Это бесцветный природный газ без запаха. Благодаря своим физическим и химическим свойствам метан используется в качестве топлива.

Строение

Молекула метана представляет собой тетраэдр, в середине которого находится углерод, соединенный одинарными (одинарными) σ-связями с атомами водорода. Строение и свойства молекулы метана важны для понимания всей органической химии, поскольку большинство органических соединений содержат метил-СН2-группы.

Рис. 1. Строение молекулы метана.

Метан образует гомологический ряд алканов. Каждый последующий гомолог отличается от предыдущего группой -СН2. Из-за тетраэдрической конфигурации длинные молекулы алканов выглядят как изогнутые цепочки.

Получение

Метан — распространенный газ во Вселенной. Он содержится в природном и попутном газе, образуется на дне морей и выделяется как конечный продукт жизнедеятельности кишечных бактерий. Метан входит в состав атмосферы планет-гигантов. На поверхности спутника Сатурна Титана есть озера и реки этан-метан.

Рис. 2. Спутник Титан.

В промышленности метан выделяют из природного газа и получают коксованием (прокаливанием) угля.

В лаборатории метан образуется при нагревании сухого гидроксида натрия с уксусной кислотой, а также при плавлении ацетата с гидроксидом натрия:

  • 2NaOH + CH3COOH → Na2CO3 + H2O + CH4;
  • CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.

Метан впервые обнаружил в болотах физик Алессандро Вольта в 1776 году. Двумя годами позже он выделил чистый метан из болотного газа.

Свойства

Основные физические свойства:

  • легче воздуха;
  • без запаха и вкуса;
  • мало растворим в воде;
  • молекулярная масса — 16;
  • температура плавления — -182,49°С;
  • температура кипения — -161,56°С;
  • температура вспышки – -188°С;
  • температура самовоспламенения — 537,8°С.

Метан определяет физико-химические свойства гомологического ряда алканов. В нормальных условиях метан и его гомологи неактивны и реагируют под действием высоких температур и катализатора. Для разрыва связи CH необходимы дополнительные условия.

Основные реакции метана:

  • нитрование: CH4 + HONO2 → CH3-NO2 + H2O;
  • галогенирование: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl;
  • сульфохлорирование: CH4 + SO2 + Cl2 → CH3-SO2Cl + HCl↑;
  • каталитическое окисление под действием солей меди и марганца: 2CH4 + O2 → 2CH3OH;
  • полное окисление (сгорание): CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q;
  • паровое окисление: CH4 + H2O → CO + 3H2;
  • крекинг (метод очистки нефти): 2CH4 → HC≡CH + 3H2.

Рис. 3. Сжигание метана.

Концентрация метана в воздухе более 4% взрывоопасна. Поэтому особый запах метану придают путем смешивания газа с серосодержащими тиолами. Это помогает контролировать бытовую утечку газа.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть