Метан – ch4.

Основные характеристики.

Метан – газ органического происхождения без цвета и без запаха. Его химическая формула - CH₄, это простейший углеводород с массой легче массы воздуха. В воде растворяется плохо.

Называя этот газ «органическим», мы имеем в виду, что в 90-95% случаев производится он естественным путём, являясь продуктом жизнедеятельности животных и остатков растений. Неудивительно, что некоторые свойства метана были известны ещё в доисторическую эпоху: именно тогда люди начали наблюдать, например, как из болот поднимаются пузырьки воздуха – это результат гниения растений на дне болота без доступа воздуха.

При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно меркаптаны) со специфическим «запахом газа». 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 4,4-17 %. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови.

Получение:

Перечислим другие общеизвестные природные источники метана:

1. нефтяные месторождения: в «чёрном золоте» метан содержится в больших количествах;

2. растения (среди которых – рис-сырец) вырабатывают метан в процессе фотосинтеза;

3. некоторые насекомые – например, термиты;

4. рудники и шахты: каменный уголь, медленно разлагаясь под землёй, выпускает пары

метана;

1. домашний скот (коровы, козы и др.): бактерии в их желудках в процессе своей

деятельности выделяют одну пятую долю метана, содержащегося в нашем воздухе;

2. вулканы: скорее всего, метан в них также появляется благодаря разложению

доисторической органики;

3. океан: на больших глубинах метан появляется, просачиваясь через трещины в земной

коре;

4. горящий лес также является источником этого «лёгкого» газа;

5. заводы и фабрики выбрасывают в воздух метан, но доля этих выбросов очень мала и

незначительна.

6. Получается также при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе

углеводородов в реакциях каталитического риформинга.

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

Способы получения:

1. 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.

2. Возможно получение метана сплавлением ацетата натрия с гидроксидом натрия:

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^oС (при нормальном давлении)

1. Вступает с галогенами в реакции замещения, которые проходят по свободно

радикальному механизму:

2. Выше 1400 °C разлагается по реакции:

3. Окисляется до муравьиной кислоты при 150—200 °C и давлении 30—90 атм по цепному

радикальному механизму:

Применение:

1. Метан широко используется в промышленности и в быту, чем приносит немалую пользу

каждому жителю большого города.

2. На метане работают автомобильные двигатели.

3. Благодаря метану в наших аптечках появляются многие лекарства: дезинфицирующие

вещества, снотворное и др.

4. С помощью метана в химической промышленности выпускаются метанол и

формальдегид, а уже на их основе производятся денатурирующие вещества, аммиак и многие сельскохозяйственные удобрения.

5. Производство растворителей и наполнение огнетушителей было бы невозможным без

использования метана.

6. Синильная кислота, являясь и ядом, и практически полезным веществом одновременно,

получается в результате каталитического окисления смеси метана и аммиака.

Действие метана на организм.

Является парниковым газом, в этом отношении, более сильным, чем углекислый газ, из-за наличия глубоких вращательных полос поглощения его молекул в инфракрасном спектре. Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека, является самым физиологически безвредным газом в гомологическом ряду парафиновых углеводородов. Также является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови.

Но в первую очередь, метан чрезвычайно взрывоопасен – не зря его называют «гремучим газом», и вся опасность связана с горнодобывающей промышленностью. Стоит ему только где-нибудь скопиться – и тогда даже самая маленькая искра способна вызвать сильнейший взрыв. Именно поэтому в местах выброса метана людям запрещается курить и пользоваться факелами, лучинами, керосиновыми лампами, спичками и т.д. Но даже несмотря на изобретённую в начале XIX века «шахтёрскую лампочку» и последующее внедрение электричества, мощные взрывы всё ещё продолжают уносить жизни людей.

Ранее уже упоминалось свойство метана образовываться в рудниках и шахтах в процессе разложения органических остатков. Главным образом, накапливается он в пустотах между пород: а ведь именно такие рукотворные пустоты образует человек во время добычи полезных ископаемых (в основном, угля). Выброс метана идёт тем интенсивнее, чем сильнее обрушаются угольные породы. Вот почему шахтёры входят в группу риска № 1 и являются носителями одной из самых опасных в мире профессий.

Однако не только взрывами опасен метан, он ещё и грозит отравлением. При вдыхании метана у человека может развиться кислородное голодание, начаться удушье. Первые признаки интоксикации метаном – «тяжёлая» голова, головокружение, шум в ушах. При попадании более концентрированных доз метана в организм сердце начинает учащённо биться, в мышцах появляется слабость, человека клонит в сон, начинается рвота, на коже появляются покраснения. Самое тяжёлое отравление сопровождается потерей сознания, побледнением кожи, непроизвольным мочеиспусканием, судорогами и может окончиться летальным исходом.

Что особенно опасно: метан в своём первоначальном виде не имеет запаха, и почувствовать его органами обоняния мы просто не можем. Тот «запах метана», к которому мы привыкли, является не чем иным как специальной отдушкой, искусственно добавляемой в газ из соображений безопасности.