Фізичні властивості та поширення в природі

Метан – газ, без кольору, без запаху, майже вдвічі легший за повітря. У воді майже не розчиняється, але добре розчинний в органічних розчинниках. Суміш метану з повітрям дуже вибухонебезпечна, особливо у співвідношенні 1:10.

Метан входить до складу природного газу, який надходить до газової магістралі. З метою безпеки до природного газу додають речовини, які мають запах. Якщо, природний газ надійде до помешкання, людина може відчути його за запахом. При цьому необхідно негайно перекрити газові вентилі і відкрити вікна, зателефонувати до газової служби 104 і ні в якому разі нічого не вмикати і не вимикати, щоб не виникла іскра, яка може спричинити вибух.

У вугільних шахтах є рудниковий газ – це теж метан. Він утворюється в надрах Землі, ймовірно, внаслідок взаємодії розпечених карбідів з вологою, і збирається в тріщинах земної кори. Даний газ без запаху, його не можна відчути. Метан визначають лише прилади, які знаходяться у шахтах. Якщо знехтувати показами приладів і не відкачати газ, почати працювати, то виникають іскри, що спричиняють вибухи, пожежі з високою температурою, що призводять до трагічних наслідків (на шахті імені Засядька була зафіксована температура – 700 ^оС).

Природний метан утворюється при гнитті рослинних решток без доступу повітря. Виділення цього газу можна спостерігати, якщо провести палкою по дну заболоченого водоймища. Цей газ називають болотним.

Метан є не тільки на Землі. Він становить основу атмосфери планет Юпітер і Сатурн.

Хімічні властивості

1. Реакція горіння:

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

Горіння метану – це реакція повного окиснення. У разі нестачі кисню метан окиснюється неповністю, і замість карбон(ІV) оксиду утворюється вуглець (у вигляді сажі) та карбон(ІІ) оксиду. Це дуже токсична речовина без запаху і кольору. Слід знати, що в умовах неповного окиснення метану в побутових газових приладах його полум’я набуває жовтого забарвлення завдяки розжареним частинкам вуглецю.

2. Реакції розкладу:

а) при температурі 1000 ^оС без доступу кисню утворюється сажа і водень:

СН₄ ^1000ºС С + 2Н₂

^сажа

б) при температурі 500 ^оС утворюється етилен і водень:

2 СН₄ ^500ºС С₂Н₄ + 2Н₂

^етилен

в) при температурі 1500 ^оС утворюється ацетилен і водень:

2 СН₄ ^1500ºС С₂Н₄ + 3Н₂

^{ацетилен}

3) Реакція заміщення (хлорування):

Реакція заміщення – це реакція між простою і складною речовинами, під час якої атоми простої речовини заміщують атоми одного з елементів у складній речовині.

Реакція взаємодії речовини з хлором, називається хлоруванням.

С Н₄ + Сl₂ ^hυ СН₃Сl + НСl

Реакція хлорування відбувається під дією світла;

hυ – квант світла.

Механізм реакції хлорування:

При поглинанні світлової енергії молекули хлору розпадаються на атоми:

.. .. .. ..

:Сl : Сl: → :Сl^∙ + ^∙Cl:

^{∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙}

Атоми хлору з одним неспареним електроном хімічно дуже активні. При їх зіткненні з молекулою метану відбувається реакція, в результаті якої утворюється вільний хімічно дуже активний радикал метил:

Н Н

_{∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙}

Н : С : Н + ^∙Сl: → Н:С^∙ + Н:Cl:

^{∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙}

Н Н

_{радикал метил}

Активність радикала метилу також пояснюється наявністю неспареного електрона.

Частинки, що мають неспарені електрони і які володіють у зв’язку з цим невикористаними валентностями, називаються радикалами.

Реакція метилу з хлором протікає за вільно радикальному механізму. Радикал метил (який існує лише декілька тисячних секунди) реагує з іншою молекулою хлору, розриває зв’язки між атомами і відщеплює вільні атоми хлору з неспареними електронами. Таким чином народжуються нові хімічно активні частинки, які викликають подальші перетворення.

Реакції, в результаті яких проходить ланцюг послідовних перетворень, називаються ланцюговими реакціями.