Свойства метана

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

Строение

Молекула метана представляет собой тетраэдр, в середине которого находится углерод, соединённый простыми (одинарными) σ-связями с атомами водорода. Строение и свойства молекулы метана важны для понимания всей органической химии, так как большинство органических соединений содержит метильные группы -СН2.

Строение молекулы метана

Рис. 1. Строение молекулы метана.

Метан образует гомологический ряд алканов. Каждый последующий гомолог отличается от предыдущего на одну группу -СН2.

Из-за тетраэдрической конфигурации длинные молекулы алканов имеют вид изогнутых цепочек.

Получение

Метан – распространённый газ во Вселенной. Он находится в природном и попутном газе, образуется на дне морей, выделяется как конечный продукт жизнедеятельности кишечных бактерий. Метан входит в состав атмосферы планет-гигантов. На поверхности Титана – спутника Сатурна – находятся этан-метановые озёра и реки.

Спутник Титан

Рис. 2. Спутник Титан.

В промышленности метан выделяют из природного газа и получают при коксовании (прокаливании) каменного 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.

Впервые метан обнаружил на болотах физик Алессандро Вольта в 1776 году. Два года спустя он выделил из болотного газа чистый метан.

Свойства

Основные физические свойства:

  • легче воздуха;
  • без запаха и вкуса;
  • плохо растворяется в воде;
  • молекулярная масса – 16;
  • температура плавления – -182,49°С;
  • температура кипения – -161,56°С;
  • температура вспышки – 87,8°С;
  • температура самовоспламенения – 537,8°С.

Метан определяет физико-химические свойства гомологического ряда алканов. При обычных условиях метан и его гомологи малоактивны и вступают в реакции под действием высокой температуры и катализатора. Дополнительные условия необходимы для расщепления связи С-Н.

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 (горение):
    CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O + Q;
  • окисление водяным паром:
    CH4 + H2O → CO + 3H2;
  • крекинг (метод переработки нефти):
    2CH4 → HC≡CH + 3H2.

Горение метана

Рис. 3. Горение метана.

Концентрация метана в воздухе более 4 % взрывоопасна. Поэтому метану специально придают запах, смешивая газ с тиолами, содержащими серу. Это помогает контролировать утечку бытового газа.

Что мы узнали?

Метан – простейший представитель класса алканов, образующий гомологический ряд. Это бесцветный горючий газ, выделяемый из природного газа и получаемый при коксовании угля. Метан используется в качестве топлива. При высокой температуре самовоспламеняется. Газ подвержен нитрованию, галогенированию, сульфохлорированию, окислению под действием катализатора, водяного пара, горения, а также крекингу, используемого в переработке нефти.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 127.

Предметы