Метан

Метан
Общие
Химическая формула	CH4
Молярная масса	16,04 г/моль
Физические свойства
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 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	74-82-8
SMILES	C
Токсикология
Токсичность	4 1 0

Мета́н (лат. Methanum) — простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, химическая формула — CH₄. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно меркаптаны) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека. Однако имеются данные, что метан относится к токсическим веществам, действующих на центральную нервную систему . Накапливаясь в закрытом помещении, метан взрывоопасен. Обогащение одорантами делается для того, чтобы человек вовремя заметил утечку газа. На промышленных производствах эту роль выполняют датчики и во многих случаях метан для лабораторий и промышленных производств остается без запаха.

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.

Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 % до 17 %. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови. Класс опасности — четвёртый.

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:

• абиогенный — образован как результат химических реакций неорганических соединений;
• биогенный — образован как результат химической трансформации органического вещества;
• бактериальный (микробный) — образован в результате жизнедеятельности бактерий;
• термогенный — образован в ходе термохимических процессов.

Интересно, что на поверхности Титана (спутник Сатурна) в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси.

Получение

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и кальция) или безводного гидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой.

2NaOH+CH₃COOH→(t)Na₂CO₃+CH₄↑+H₂O

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:

CH₃COONa + NaOH → CH₄↑ + Na₂CO₃

Также для лабораторного получения метана используют гидролиз карбида алюминия или некоторых металлорганических соединений (напр., 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 −184С (при нормальном давлении)

Вступает с галогенами в реакции замещения (например, CH₄ + 3Cl₂= CHCl₃+ 3HCl), которые проходят по свободно радикальному механизму:

CH₄ + Cl₂ = CH₃Cl (хлорметан)+ HCl

CH₃Cl + ½Cl₂ = CH₂Cl₂ (дихлорметан)

CH₂Cl₂ + ½Cl₂ = CHCl₃ (трихлорметан)

CHCl₃ + ½Cl₂ = CCl₄ (тетрахлорметан)

Выше 1400 °C разлагается по реакции:
2CH₄ = C₂H₂ + 3H₂

Окисляется до муравьиной кислоты при 150—200 °C и давлении 30—90 атм по цепному радикальному механизму:

CH₄ + 3[O] = HCOOH + H₂O

Соединения включения

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

1. Топливо.
2. Продукты хлорирования используются в огнетушителях, а так же как снотворное, или растворитель.
3. Производство продукта дегидрирования-ацетилена.
4. Продукт конверсии-синтез-газ. Используется для производства метанола и формальдегида, а следовательно и полимеров, медикаментов и денатурирующих и дезинфицирующих материалов. Также из синтез-газа изготавливаются аммиак и удобрения.

Физиологическое действие

Метан является наиболее инертным соединением из группы парафиновых углеводородов. Физиологическое действие метан оказывает лишь в очень высокой концентрации (из-за малой растворимости метана в воде и крови). Так, при содержании в воздухе 25—30 % метана появляются первые признаки асфиксии (учащение пульса, увеличение объёма дыхания, нарушение координации тонких мышечных движений и т. д.). Более высокие концентрации метана в воздухе вызывают у человека головную боль.

Первая помощь при остром отравлении: удаление пострадавшего из вредной атмосферы. Грелки. При отсутствии дыхания немедленно (до прихода врача) искусственное дыхание.

Хроническое действие метана

У работающих на шахтах или производствах, где в воздухе присутствуют метан и другие углеводороды ряда метана, описаны заметные сдвиги со стороны вегетативной нервной системы (положительный глазо-сердечный рефлекс, резко выраженная атропиновая проба, гипотония).

Метан и экология

Является сильным парниковым газом, более сильным, чем углекислый газ. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21 единицу..

ПДК метана в воздухе рабочей зоны составляет 7000 мг/м³.

Ссылки

• Чем метан лучше пропана
• Термодинамические свойства метана.
• Свойства метана