Metan

Structură
Proprietati
Formula = CH4
Masa molara = 16,042 g/mol
Aparenta = Gaz incolor
Densitate = 0,717 kg/m3N
Punct de topire = -182,5 °C, 91 K
Punct de fierbere = -161,6 °C, 112 K
Solubilitatea in apa = 35 mg/l (la 17 °C)
R- și S-text R: 35; S:2 26 37/39 45
MAK Dacă nu sunt alte indicații atunci se ține cont de prevederile Standard.

Atomul de carbon este hibridizat sp³, molecula de metan avînd conformaţie tetraedrică (verde)

Metanul (CH₄) este o hidrocarbură saturată, componentul principal al gazelor naturale.

Generalități

Metanul a fost descoperit de Alessandro Volta în 1778 în mâlul bălților, din această cauză fiind numit și gaz de baltă. Metanul este capul de serie a alcanilor, o hidrocarbură saturată aciclică, în care atomul de carbon este hibridizat sp³, având o geometrie tetraedrică de hidrocarburi parafinice.

Răspândire

Metanul se găsește sub formă de zăcăminte naturale în stare destul de pură, la noi în țară puritatea metanului fiind de 99%, însă se poate întâlni și în minele de cărbuni unde în amestec cu aerul formează amestecul exploziv numit gaz grizu (responsabil de exploziile miniere).

Metode de sinteză

Fermentația anaerobă

Metanul este produs prin fermentarea resturilor vegetale sau animale mai ales pe fundul bălților, metoda putînd fi folosită și in cazul epurărilor apelor reziduale din marile orașe și nu numai. Plantațiile de orez produc metan în timpul procesului de crestere a plantei.

Gazul de iluminat

În gazul de iluminat obținut prin distilarea uscată a huilei există un procent de circa 20-30%.

Metode de laborator

• Metoda Moissan

are la bază reacția dintre o carbură (de aluminiu, de beriliu) și apă

Al₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4Al(OH)₃.

• Metoda Dumas

folosește ca materie primă acetatul de sodiu (sau de potasiu) prin încălzire cu calce sodată:

CH₃-COONa + NaOH = CH₄ + Na₂CO₃

Proprietăți fizico-chimice

Metanul este un gaz incolor, inodor, mai ușor decît aerul. Este foarte puțin solubil în apă (sub 1%), dar solubil în alcool și eter. Arde cu flacără puțin luminoasă, cu degajare mare de caldură (8560kcal/m³). Amestecul de metan și oxigen (sau metan și aer) explodează în prezența unei scântei. Așa se explică exploziile care se produc uneori în minele de cărbuni, unde se găsesc cantități însemnate de metan sub formă de gaz grizzu. Acesta are o comportare deosebită față de celelalte hidrocarburi, datorita faptului că legătura covalentă existentă în moleculă este foarte stabilă, iar acest fapt influențează comportamnetul său chimic. Prin arderea completă a metanului cu cantități insuficiente de aer, în instalații speciale, se obține „negrul de fum” -- o sursă importantă pentru sintezele chimice (în special cele pentru fabricarea cauciucului). Prin trecerea metanului împreună cu vapori de apă peste catalizatori de aluminiu la o temperatură de circa 850 °C se obține un amestec de oxid de carbon și hidrogen care poate fi folosit drept „gaz de sinteză”:

CH₄ + H₂0 = CO + 3H₂

Acest gaz de sinteză trecut peste un catalizator de fier la 450 °C suferă o transformare la nivelul oxidului de carbon, acesta fiind transformat în dioxid de carbon

$C O + H_2 O \overleftarrow{\rightarrow} C O_2 + H_2$

Atunci cînd catalizatorii nu sunt prezenți, metanul este stabil pînă la circa 900 °C. Prin trecerea metanului prin tuburi de cuarț la 1000-1200 °C se formează, cu randamente relativ mici, acetilenă, etenă, butadienă, dar și hidrocarburi aromatice de tipul benzenului, xilenuluin antracenului, etc. Ca orice hidrocarbură saturată, metanul poate suferi reacții de substituție, reacțiile de halogenare (clorurare) ale metanului fiind cele mai reprezentative din acest punct de vedere. Acestea conduc în final la o compuși mono-, di-, tri-tetra substituți, însă mai poate suferi și reacții de amonooxidare (tratarea cu amoniac si oxigen, respectiv aer), în urma cărora se formează acid cianhidric (cianurile alcaline, diferite produse intermediare pentru industria materialelor plastice, a fibrelor sintetice, a cauciucului sintetic), sulfura de carbon CS₂ (prin tratare cu sulf la 600-700 °C, în prezența catalizatorilor), nitrarea (se obține nitrometan, bun dizolvant). Metanul poate suferi și o oxidare catalitică la temperaturi de 600-700 °C, în urma căreia rezultă formaldehida.

Vezi și

• Hidrat de metan sau gheața care arde