Miłość, miłość, miłość to dusza geniuszu. Wolfgang Amadeus Mozart

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.