Метан







































































































Метан
Methane-CRC-MW-dimensions-2D.png
Метан
Общие
Хим. формула
CH₄
Рац. формула
CH4
Физические свойства
Молярная масса
16,04 г/моль
Плотность
газ (0 °C) 0,7168 кг/м³; 0,6682 кг/м³ в стандартных условиях по ГОСТ 2939—63;
жидкость (−164,6 °C) 415 кг/м³[1]
Термические свойства
Т. плав.
-182,49 °C
Т. кип.
-161,58 °C
Т. свспл.
537,8 °C
Пр. взрв.
4,4-17,0 %
Химические свойства

Растворимость в воде
0,02 г/кг[2]
Классификация
Рег. номер CAS
74-82-8
PubChem
297
Рег. номер EINECS
200-812-7
SMILES

InChI

RTECS
PA1490000
ChEBI
16183
Номер ООН
1971
ChemSpider
291
Безопасность
Токсичность

NFPA 704.svg

4

1

0


Hazard F.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

У этого термина существуют и другие значения, см. Метан (значения).

Мета́н (лат. methanum), CH4[3] — простейший по составу предельный углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха.[4] Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно тиолы) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека[5].
Однако имеются данные, что метан относится к токсическим веществам, действующим на центральную нервную систему[6].


Накапливаясь в закрытом помещении, метан становится взрывоопасен. Обогащают одорантами, чтобы человек вовремя заметил утечку газа. На промышленных производствах утечки фиксируют датчики, и во многих случаях метан для лабораторий и промышленных производств поставляется без добавления одорантов.


Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 % до 17 %[7]. Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Проявляет наркотические свойства; наркотическое действие ослабляется малой растворимостью в воде и крови. Класс опасности — четвёртый[8].


Метан — третий по значимости (4 — 9 %) парниковый газ в атмосфере Земли (после водяного пара и углекислого газа)[9][10].mw-parser-output .ts-Переход img{margin-left:.285714em}.




Содержание






  • 1 История


  • 2 Нахождение в природе


  • 3 В промышленности


  • 4 Классификация по происхождению


  • 5 Получение


  • 6 Химические свойства


  • 7 Соединения включения


  • 8 Применение метана


  • 9 Физиологическое действие


    • 9.1 Хроническое действие метана




  • 10 Биологическая роль


  • 11 Метан и экология


  • 12 Примечания


  • 13 Литература


  • 14 Ссылки





История |


В ноябре 1776 года итальянский физик Алессандро Вольта обнаружил метан в болотах озера Лаго-Маджоре на границе Италии и Швейцарии. На изучение болотного газа его вдохновила статья Бенджамина Франклина о «горючем воздухе». Вольта собирал газ, выделяемый со дна болота, и в 1778 году выделил чистый метан. Также он продемонстрировал зажигание газа от электрической искры.


Сэр Гемфри Дэви в 1813 г. изучал рудничный газ и показал, что он является смесью метана с небольшими количествами азота N2 и углекислого газа CO2 — то есть, что он качественно тождествен по составу болотному газу.


Современное название «метан» в 1866 г. газу дал немецкий химик Август Вильгельм фон Гофман[11][12] и происходит от слова «метанол»[стиль].



Нахождение в природе |


Основной компонент природного газа (77—99 %), попутных нефтяных газов (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда произошли другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, кишечнике жвачных животных) образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.


Большие запасы метана сосредоточены в метаногидратах на дне морей и в зоне вечной мерзлоты[9][10].


По современным данным, в атмосферах планет-гигантов солнечной системы в заметных концентрациях содержится метан[13].


Предположительно, на поверхности Титана в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси[14]. Велика доля метановых льдов и на поверхности Седны.



В промышленности |


Образуется при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга.



Классификация по происхождению |



  • абиогенный — образован в результате химических реакций неорганических соединений, например, при взаимодействии карбидов металлов с водой;

  • биогенный — образован как результат химических превращений органических веществ;

  • бактериальный (микробный) — образован в результате жизнедеятельности бактерий (микроорганизмов);

  • термогенный — образован в ходе термохимических процессов.



Получение |


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


2NaOH+CH3COOH→otNa2CO3+H2O+CH4↑{displaystyle {mathsf {2NaOH+CH_{3}COOH{xrightarrow[{}]{^{o}t}}Na_{2}CO_{3}+H_{2}O+CH_{4}uparrow }}}{mathsf {2NaOH+CH_{3}COOH{xrightarrow[ {}]{^{o}t}}Na_{2}CO_{3}+H_{2}O+CH_{4}uparrow }}

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[15]:


CH3COONa+NaOH→CH4↑+Na2CO3{displaystyle {mathsf {CH_{3}COONa+NaOHrightarrow CH_{4}uparrow +Na_{2}CO_{3}}}}{mathsf {CH_{3}COONa+NaOHrightarrow CH_{4}uparrow +Na_{2}CO_{3}}}

Также для лабораторного получения метана используют гидролиз карбида алюминия или некоторых металлорганических соединений (например, метилмагнийбромида).


Также возможно биологическое получение метана, см. Биогаз.



Химические свойства |


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 других, но обладает меньшей реакционной способностью по сравнению с другими алканами.


Для метана специфична реакция с парами воды, в которой в промышленности применяется в качестве катализатора никель, нанесённый на оксиде алюминия (Ni/Al2O3) при 800—900 °C или без катализатора при 1400—1600 °C. Образующийся в результате реакции синтез-газ может быть использован для последующих синтезов метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.


Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 33,066 МДж на 1 м³, взятый при нормальных условиях. Реакция горения метана в кислороде или воздухе:



CH4+2O2→CO2+2H2O+891 kJ{displaystyle {mathsf {CH_{4}+2O_{2}rightarrow CO_{2}+2H_{2}O+891 {kJ}}}}{displaystyle {mathsf {CH_{4}+2O_{2}rightarrow CO_{2}+2H_{2}O+891 {kJ}}}}.

С воздухом образует взрывоопасные смеси при объёмных концентрациях от 4,4 % до 17 %.


Вступает с галогенами в реакции замещения, которые проходят по свободно-радикальному механизму:




CH4+Cl2→CH3Cl+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{4}+Cl_{2}rightarrow CH_{3}Cl+HCl}}}{mathsf {CH_{4}+Cl_{2}rightarrow CH_{3}Cl+HCl}},


CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl}}}{mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl}},


CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}rightarrow CHCl_{3}+HCl}}}{mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}rightarrow CHCl_{3}+HCl}},


CHCl3+Cl2→CCl4+HCl{displaystyle {mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}rightarrow CCl_{4}+HCl}}}{mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}rightarrow CCl_{4}+HCl}}.


Выше 1400 °C разлагается по реакции:



2CH4→C2H2+3H2{displaystyle {mathsf {2CH_{4}rightarrow C_{2}H_{2}+3H_{2}}}}{mathsf {2CH_{4}rightarrow C_{2}H_{2}+3H_{2}}}.

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



CH4+3[O]→HCOOH+H2O{displaystyle {mathsf {CH_{4}+3[O]rightarrow HCOOH+H_{2}O}}}{mathsf {CH_{4}+3[O]rightarrow HCOOH+H_{2}O}}.


Соединения включения |


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



Применение метана |



  • Применяется как топливо для автомобилей , судов , газовых плит , печей , паяльных ламп и зажигалок а также как ракетное топливо (экспериментально)[16].

  • Сырьё в органическом синтезе.
    • в том числе для изготовления метанола.



В смеси с пропаном и бутаном используется как галлюциногенное вещество токсикоманами .



Физиологическое действие |


Метан является самым физиологически безвредным газом в гомологическом ряду парафиновых углеводородов. Физиологическое действие метан не оказывает и неядовит (из-за малой растворимости метана в воде и плазме крови и присущей парафинам химической инертности). Погибнуть человеку в воздухе с высокой концентрацией метана можно только от недостатка кислорода в воздухе. Так, при содержании в воздухе 25—30 % метана появляются первые признаки удушья (учащение пульса, увеличение объёма дыхания, нарушение координации тонких мышечных движений и т. д.). Более высокие концентрации метана в воздухе вызывают у человека кислородное голодание — головную боль, одышку, — симптомы, характерные для горной болезни.


Так как метан легче воздуха, он не скапливается в проветриваемых подземных сооружениях. Поэтому случаи гибели людей от удушья при вдыхания смеси метана с воздухом весьма редки.


Первая помощь при тяжелом удушье: удаление пострадавшего из вредной атмосферы. При отсутствии дыхания немедленно (до прихода врача) искусственное дыхание изо рта в рот. При отсутствии пульса — непрямой массаж сердца.



Хроническое действие метана |


У людей, работающих в шахтах или на производствах, где в воздухе присутствуют в незначительных количествах метан и другие газообразные парафиновые углеводороды, описаны заметные сдвиги со стороны вегетативной нервной системы (положительный глазосердечный рефлекс, резко выраженная атропиновая проба, гипотония) из-за очень слабого наркотического действия этих веществ, сходного с наркотическим действием диэтилового эфира.


ПДК метана в воздухе рабочей зоны составляет 7000 мг/м³[17].
В двадцать первом веке стал популярен среди токсикоманов, так как вызывает галлюцинации, но в отличии от толуола и бензина не оставляет многочасового запаха.



Биологическая роль |


Показано, что эндогенный метан способен вырабатываться не только метаногенной микрофлорой кишечника, но и клетками эукариот, и что его образование значительно возрастает при экспериментальном вызывании клеточной гипоксии, например, при нарушении работы митохондрий при помощи отравления организма экспериментального животного азидом натрия, известным митохондриальным ядом. Высказывается предположение, что образование метана клетками эукариот, в частности животных, может быть внутриклеточным или межклеточным сигналом испытываемой клетками гипоксии[18].


Также показано увеличение образования метана клетками животных и растений под влиянием различных стрессовых факторов, например, бактериальной эндотоксемии или её имитации введением бактериального липополисахарида, хотя, возможно, этот эффект наблюдается не у всех видов животных (в эксперименте исследователи получили его у мышей, но не получили у крыс)[19]. Возможно, что образование метана клетками животных в подобных стрессовых условиях играет роль одного из стрессовых сигналов.


Предполагается также, что метан, выделяемый кишечной микрофлорой человека и не усваиваемый организмом человека (он не метаболизируется и частично удаляется вместе с кишечными газами, частично всасывается и удаляется при дыхании через лёгкие), не является «нейтральным» побочным продуктом метаболизма бактерий, а принимает участие в регуляции перистальтики кишечника, а его избыток может вызывать не только вздутие живота, отрыжку, повышенное газообразование и боли в животе, но и функциональные запоры[20].



Метан и экология |


Является парниковым газом, более сильным в этом отношении, чем углекислый газ, из-за наличия глубоких вращательных полос поглощения его молекул в инфракрасном спектре. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность того же молярного объёма метана составит 21-25 единиц[21][22].



Примечания |





  1. ↑ Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.


  2. ↑ Обзор: Растворимость некоторых газов в воде


  3. ↑ Львов М. Д. Болотный газ или метан // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.


  4. ↑ Статья «Метан» на сайте «Химик»


  5. ↑ З. Гауптман, Ю. Грефе, Х. Ремане «Органическая химия», М. «Химия», 1979, стр. 203.


  6. ↑ Куценко С. А. Основы токсикологии / С. А. Куценко. — СПб.: Фолиант, 2004.


  7. ↑ ГОСТ Р 52136-2003


  8. ↑ Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, н-бутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03 (Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 30.03.2003)


  9. ↑ 12 Наталья Ржевская Тепло мерзлоты // В мире науки. — 2016. — № 12. — С. 67—73.


  10. ↑ 12 Леонид Юрганов. Метан над Арктикой // Наука и жизнь. — 2017. — № 11. — С. 24.


  11. ↑ A. W. Hofmann (1866) "On the action of trichloride of phosphorus on the salts of the aromatic monoamines, " Proceedings of the Royal Society of London, 15 : 55—62; see footnote on pp. 57-58.


  12. ↑ James Michael McBride (1999) «Development of systematic names for the simple alkanes». Available online at Chemistry Department, Yale University (New Haven, Connecticut).


  13. ↑ Atreya, S.K.; Mahaffy, P.R.; Niemann, H.B. et al (2003). “Composition and origin of the atmosphere of Jupiter—an update, and implications for the extrasolar giant planets”. Planetary and Space Sciences. 51: 105–112. DOI:10.1016/S0032-0633(02)00144-7. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка).mw-parser-output cite.citation{font-style:inherit}.mw-parser-output q{quotes:"""""""'""'"}.mw-parser-output code.cs1-code{color:inherit;background:inherit;border:inherit;padding:inherit}.mw-parser-output .cs1-lock-free a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/65/Lock-green.svg/9px-Lock-green.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-lock-limited a,.mw-parser-output .cs1-lock-registration a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg/9px-Lock-gray-alt-2.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-lock-subscription a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/aa/Lock-red-alt-2.svg/9px-Lock-red-alt-2.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration{color:#555}.mw-parser-output .cs1-subscription span,.mw-parser-output .cs1-registration span{border-bottom:1px dotted;cursor:help}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{display:none;font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-visible-error{font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration,.mw-parser-output .cs1-format{font-size:95%}.mw-parser-output .cs1-kern-left,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-left{padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-right{padding-right:0.2em}


  14. ↑ Tidal effects of disconnected hydrocarbon seas on Titan


  15. ↑ Б. А. Павлов, А. П. Терентьев. Курс органической химии. — Издание шестое, стереотипное. — M.: Химия, 1967. — С. 58.


  16. ↑ SpaceX test-fires the engines that could take humans to Mars - The Verge


  17. ↑ Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»


  18. ↑ Tuboly E. et al. Methane biogenesis during sodium azide-induced chemical hypoxia in rats // American Journal of Physiology — Cell Physiology. — 15 January 2013. — Vol. 304, № 2. — P. 207—214. — DOI:10.1152/ajpcell.00300.2012. — PMID 23174561.


  19. ↑ Tuboly E, Szabó A, Erős G, Mohácsi A, Szabó G, Tengölics R, Rákhely G, Boros M. Determination of endogenous methane formation by photoacoustic spectroscopy. // J Breath Res.. — Dec 2013. — Т. 7, вып. 7(4), № 4. — DOI:10.1088/1752-7155/7/4/046004. — PMID 24185326.


  20. ↑ Sahakian AB, Jee SR, Pimentel M. Methane and the gastrointestinal tract. // Dig Dis Sci. — Aug 2010. — Т. 55, вып. 55(8), № 8. — С. 2135-2143. — DOI:10.1007/s10620-009-1012-0. — PMID 19830557.


  21. ↑ EBRD Methodology for Assessment of Greenhouse Gas Emissions, Version 7, 6 July 2010 Архивная копия от 13 мая 2015 на Wayback Machine (англ.)


  22. ↑ Non-CO2 Greenhouse Gases: Scientific Understanding, Control and Implementation (ed. J. van Ham, Springer 2000, ISBN 9780792361992): 4. Impact of methane on climate, page 30 «On a molar basis, an additional mole of methane in the current atmosphere is about 24 times more effective at absorbing infrared radiation and affecting climate than an additional mole of carbon dioxide (WMO, 1999)»




Литература |


.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты{background:#f8f9fa;border:1px solid #a2a9b1;clear:right;float:right;font-size:90%;margin:0 0 1em 1em;padding:.5em .75em}.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты th,.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты td{padding:.25em 0;vertical-align:middle}.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты td{padding-left:.5em}










wikt:
Метан в Викисловаре

commons:
Метан на Викискладе

  • Львов М. Д. Болотный газ или метан // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.


Ссылки |



  • Термодинамические свойства метана.

  • Метан










-

Popular posts from this blog

Сан-Квентин

Image
Сан-Квентин Местоположение Сан-Квентин, Калифорния Координаты 37°56′13″ с. ш. 122°29′20″ з. д. H G Я O L Текущий статус Действует Режим безопасности минимальный и максимальный Количество мест 3 302 Открытие Июнь 1852 Находится в ведомстве California Department of Corrections and Rehabilitation Начальник Mike Martel, начальник  Сан-Квентин на Викискладе Сан-Квентин (англ.  San Quentin ) — тюрьма, располагающаяся на 432 акрах (около 1,7 км²), на мысе Сан-Квентин, в округе Марин, штат Калифорния, США. Тюрьма штата Калифорния Сан-Квентин была открыта в июле 1852 года и является старейшей в штате. Она была построена заключёнными, которые проживали в течение строительства на тюремном судне Вабан. В Сан-Квентине отбывали наказание и мужчины, и женщины до 1934 года, когда построили женскую тюрьму в Техачапи и туда перевели всех заключённых женщин. В Сан-Квентине приводятся в исполнение смертные казни, для этого имеется газовая камера, но...
Read more

8-я гвардейская общевойсковая армия

Image
8-я гвардейская общевойсковая ордена Ленина армия Награды: Войска: РККА → Советская армия → СВ России Род войск: Формирование: 1943 Расформирование (преобразование): 1992 Предшественник: 62-я армия (1942—43) → 8-я гвардейская общевойсковая армия (1943—92) → 8-й гвардейский армейский корпус (1992—98) Боевой путь Изюм-Барвенковская операция Донбасская операция Запорожская операция Битва за Днепр Днепропетровская операция Березнеговато-Снигирёвская операция Одесская операция Люблин-Брестская операция Варшавско-Познанская операция Восточно-Померанская операция Берлинская наступательная операция У этого термина существуют и другие значения, см. 8-я армия. Фотография Гвардейского Красного Знамени (лицевая сторона) 8-й гвардейской армии , образца 1943 года. Фотография Гвардейского Красного Знамени (оборотная сторона) 8-й гвардейской армии , образца 1943 года. 8-я гвардейская общевойсковая ордена Ленина армия  — гвардейское фор...
Read more

Алькесар

Image
Муниципалитет Алькесар Alquézar Герб 42°10′16″ с. ш. 0°01′27″ в. д. H G Я O L Страна Испания   Испания Автономное сообщество Арагон Провинция Уэска Комарка Сомонтано-де-Барбастро Алькальд Хосе Марияно Альтемир Ласкорс (ИСРП) История и география Площадь 32,36 км² Высота НУМ 660 м Часовой пояс UTC+1, летом UTC+2 Население Население 313 человек ( 2010 ) Плотность 9,92 чел./км² Этнохороним alquezarano/-a Цифровые идентификаторы Телефонный код +34 974 Почтовые индексы 22112 Автомобильный код HU alquezar.org   (исп.) Показать/скрыть карты Алькесар Алькесар Алькесар  Аудио, фото и видео на Викискладе Алькесар (исп.  Alquézar ) — муниципалитет в Испании, входит в провинцию Уэска, в составе автономного сообщества Арагон. Муниципалитет находится в составе района (комарки) Сомонтано-де-Барбастро. Занимает площадь 32,36 км². Население — 321 челове...
Read more