Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Metan

Metan jest to przedstawiciel alkanów, charakteryzujący się najprostszą budową cząsteczki.

Wzór sumaryczny

CH4

Wzór strukturalny
Metan wzór strukturalny

Wzór elektronowy
Metan wzór elektronowy

W cząsteczce metanu atom węgla połączony jest z atomem wodoru za pośrednictwem wiązania δ. Wiązanie to powstało w wyniku nałożenia się orbitalu sp3 atomu węgla na orbital s atomu wodoru. Doświadczalnie stwierdzono, że wszystkie wiązania C – H mają jednakową długość i energię. Okazuje się również, że cząsteczka metanu ma kształt czworościanu foremnego (tetraedru), w którego narożach znajdują się atomy wodoru, a w środku – atom węgla.
Cząsteczka metanu

W cząsteczce metanu odległości od jądra atomu węgla do jądra każdego z atomów wodoru są takie same i wynoszą 109 pm (1 pm = 1 · 10-12 m), a kąty między nimi są równe 109°28’. Taki układ wiązań, jak w cząsteczce metanu, nosi nazwę układu tetraedrycznego, a atom węgla związany w ten sposób czterema innymi atomami – tetraedrycznego atomu węgla.

Właściwości

Stan skupienia w temp. 20°C: Gaz.
Barwa: Bezbarwny.
Zapach: Bezwonny.
Masa molowa: 16 g/mol
Temperatura topnienia: -182 °C
Temperatura wrzenia: -161 °C
Temperatura krytyczna: -82 °C
Zakres zapalności: 4.4 17 obj.% w powietrzu
Rozpuszczalność w wodzie: 26 mg/l
Temperatura samozapłonu: 595 °C

Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego. W połączeniu z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. To właśnie metan odpowiedzialny jest za szereg wypadków w kopalniach. Całkowite spalanie metanu, w wyniku którego powstaje dwutlenek węgla i woda przedstawia poniższa reakcja:

\(CH_4    +    2 O_2  \rightarrow   CO_2    +    2 H_2O    +    \text{energia}\)

Warto również zaznaczyć że podczas tej reakcji wydziela się duża ilość ciepła. W przypadku dostarczenia zbyt małej ilości tlenu następuje spalanie niepełne, co w konsekwencji prowadzi do powstanie tlenku węgla (II) czyli czadu i wody lub węgla i wody. Reakcje te przebiegają następująco:

\(2 CH_4    +    3 O_2   
\rightarrow    2 CO    +    4 H_2O\)

\(CH_4    +    O_2   \rightarrow    C    +    2 H_2O\)

Metan, jako przedstawiciel węglowodorów, ulega również reakcji chlorowania. Reakcję tę w sposób ogólny można zapisać następująco:

 \(CH_4    +    Cl_2    \xrightarrow{swiatlo}   CH_3Cl    +    HCl\)

Otrzymywanie

Jedną z metod otrzymywania metanu jest synteza z pierwiastków, która przebiega w ściśle określonych warunkach (temperatura 500°C):

\(C    +    2 H_2    \rightarrow    CH_4\)

Kolejnym metodą jest ogrzewanie mieszaniny octanu sodu z wodorotlenkiem sodu przebiegająca w podwyższonej temperaturze (dekarboksylacja):

\(CH_3COONa    +     NaOH    \rightarrow    CH_4    +    Na_2CO_3\)


Metan otrzymywany jest również w reakcji węgliku glinu z kwasem np. solnym:

\(Al_4C_3    +    12 HCl   \rightarrow    3 CH_4    +     4 AlCl_3\)

Zastosowanie

Metan ze względu na niską cenę oraz łatwość pozyskiwania ma wiele różnych zastosowań. Jest składnikiem gazu ziemnego stąd też stosowany jest jako paliwo. Używany jest w piecach gazowych, a także w kuchenkach gazowych jako mieszanina z azotem. W przemyśle chemicznym stosowany jest do produkcji między innymi wodoru, tlenku węgla, gazu węglowego, metanolu oraz nawozów sztucznych. W gospodarstwach domowych służy do ogrzewania budynków. Ma również zastosowanie w produkcji farb drukarskich oraz wyrobów gumowych. Istotne jest także zastosowanie metanu w energetyce, co jest ważne nie tylko dla gospodarki ale również korzystnie wpływa na ochronę środowiska oraz poprawę bezpieczeństwa energetycznego.