Метан

редактировать
Для протокола службы экстренной помощи см. ЭТАН. «CH4» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. CH4 (значения).

Метан
Стерео, скелетная формула метана с добавлением некоторых измерений
Шаровая и стержневая модель метана Космическая модель метана
Имена
Предпочтительное имя IUPAC Метан
Систематическое название ИЮПАК Карбейн (никогда не рекомендуется)
Другие имена
Идентификаторы
Количество CAS
3D модель ( JSmol )
3DMet
Справочник Бейльштейна 1718732
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ХимПаук
Информационная карта ECHA 100.000.739 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Справочник по Гмелину 59
КЕГГ
МеШ Метан
PubChem CID
номер РТЭКС
УНИИ
Номер ООН 1971 г.
Панель управления CompTox ( EPA)
ИнЧИ
  • InChI=1S/CH4/h1H4 ПроверьтеД Ключ: VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N ПроверьтеД
УЛЫБКИ
  • С
Характеристики
Химическая формула Ч 4 _
Молярная масса 16,043  гмоль −1
Появление Бесцветный газ
Запах Без запаха
Плотность
Температура плавления -182,456 ° С (-296,421 ° F, 90,694 К)
Точка кипения -161,5 ° С (-258,7 ° F, 111,6 К)
Критическая точка ( T, P) 190,56 К, 4,5992 МПа
Растворимость в воде 22,7  мгл −1
Растворимость Растворим в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, толуоле, метаноле, ацетоне и нерастворим в воде
журнал P 1,09
Константа закона Генри  ( k H) 14  нмольПа - 1 кг- 1
Сопряженная кислота метаний
Сопряженная база Метиловый анион
Магнитная восприимчивость (χ) −17,4 × 10 −6  см 3 моль −1
Структура
Группа точек Т д
Молекулярная форма Тетраэдр
дипольный момент 0  Д
Термохимия
Теплоемкость ( С) 35,7  Дж(Кмоль) −1
Стандартная молярная энтропия ( S o 298) 186,3  Дж(Кмоль) −1
Стандартная энтальпия образования (Δ f H 298) −74,6  кДжмоль −1
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚) −50,5  кДжмоль −1
Стандартная энтальпия сгорания (Δ c H 298) −891  кДжмоль −1
Опасности
Маркировка СГС :
Пиктограммы GHS02: легковоспламеняющийся
Сигнальное слово Опасность
Заявления об опасности H220
Заявления о мерах предосторожности P210
NFPA 704 (огненный алмаз) Health 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g. chloroform Flammability 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propane Instability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogen Special hazard SA: Simple asphyxiant gas. E.g. nitrogen, heliumЧетырехцветный бриллиант NFPA 704 2 4 0 ЮАР
точка возгорания -188 ° С (-306,4 ° F, 85,1 К)
Температура самовоспламенения 537 ° С (999 ° F, 810 К)
Взрывоопасные пределы 4,4–17%
Родственные соединения
Родственные алканы
Страница дополнительных данных
Метан (страница данных)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). ☒Н  проверить  ( что    ?) ПроверьтеД☒Н Ссылки на информационные ящики

Метан ( США : / ˈmɛθeɪn /, Великобритания : / ˈmiːθeɪn / )химическое соединение с химической формулой CH4 ( один атом углерода связан с четырьмя атомами водорода ). Это гидрид группы 14, простейший алкан и основной компонент природного газа. Относительное изобилие метана на Земле делает его экономически привлекательным топливом, хотя его улавливание и хранение сопряжены с техническими трудностями из-за его газообразного состояния при нормальных условиях температуры и давления.

Природный метан находится как под землей, так и под морским дном и образуется как в результате геологических, так и биологических процессов. Самый большой резервуар метана находится под морским дном в виде клатратов метана. Когда метан достигает поверхности и атмосферы, он известен как атмосферный метан. Концентрация метана в атмосфере Земли увеличилась примерно на 150 % с 1750 года, и на его долю приходится 20 % общего радиационного воздействия всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов. Он также был обнаружен на других планетах, в том числе на Марсе, что имеет значение для астробиологических исследований.

Содержание

  • 1 Свойства и склеивание
  • 2 Химические реакции
    • 2.1 Селективное окисление
    • 2.2 Кислотно-основные реакции
    • 2.3 Горение
    • 2.4 Реакции радикалов метана
  • 3 использования
    • 3.1 Топливо
    • 3.2 Химическое сырье
  • 4 поколение
    • 4.1 Геологические маршруты
    • 4.2 Биологические маршруты
      • 4.2.1 Жвачные животные
      • 4.2.2 Донные отложения
    • 4.3 Промышленные маршруты
      • 4.3.1 Лабораторный синтез
  • 5 Возникновение
    • 5.1 Атмосферный метан
    • 5.2 Клатраты
    • 5.3 Внеземной метан
      • 5.3.1 Межзвездная среда
      • 5.3.2 Марс
  • 6 История
  • 7 этимология
    • 7.1 Сокращения
  • 8 Безопасность
  • 9 См. также
  • 10 пояснительных записок
  • 11 цитат
  • 12 процитированных источников
  • 13 Внешние ссылки

Свойства и склеивание

Метан представляет собой тетраэдрическую молекулу с четырьмя эквивалентными связями C–H. Его электронная структура описывается четырьмя связывающими молекулярными орбиталями (МО), возникающими в результате перекрывания валентных орбиталей на C и H. МО с самой низкой энергией является результатом перекрытия 2s-орбитали углерода с синфазной комбинацией 1s-орбиталей четырех атомов водорода. Выше этого энергетического уровня находится трижды вырожденный набор МО, который включает перекрытие 2p-орбиталей углерода с различными линейными комбинациями 1s-орбиталей водорода. Полученная схема соединения «три на один» согласуется с измерениями фотоэлектронной спектроскопии.

Метан — газ без запаха и кажется бесцветным. Он действительно поглощает видимый свет, особенно в красной части спектра, из-за обертоновых полос, но эффект заметен только в том случае, если световой путь очень длинный. Это то, что придает Урану и Нептуну их синий или голубовато-зеленый цвет, поскольку свет проходит через их атмосферу, содержащую метан, и затем рассеивается обратно.

Знакомый запах природного газа, используемого в домах, достигается за счет добавления отдушки, обычно смеси, содержащей трет-бутилтиол, в качестве меры безопасности. Метан имеет температуру кипения -161,5  ° C при давлении в одну атмосферу. Как газ он легко воспламеняется в диапазоне концентраций (5,4–17%) в воздухе при стандартном давлении.

Твердый метан существует в нескольких модификациях. В настоящее время известно девять. Охлаждение метана при нормальном давлении приводит к образованию метана I. Это вещество кристаллизуется в кубической системе ( пространственная группа Fm 3 m). Положения атомов водорода в метане I не фиксированы, т. е. молекулы метана могут свободно вращаться. Следовательно, это пластиковый кристалл.

Химические реакции

Основными химическими реакциями метана являются горение, паровая конверсия в синтетический газ и галогенирование. В общем, метановые реакции трудно контролировать.

Селективное окисление

Частичное окисление метана в метанол, более удобное жидкое топливо, представляет собой сложную задачу, потому что реакция обычно идет до углекислого газа и воды даже при недостаточном снабжении кислородом. Фермент метанмонооксигеназа производит метанол из метана, но его нельзя использовать для реакций в промышленных масштабах. Были разработаны некоторые системы с гомогенным катализатором и гетерогенные системы, но все они имеют существенные недостатки. Обычно они работают, создавая защищенные продукты, защищенные от чрезмерного окисления. Примеры включают систему Catalytica, цеолиты меди и цеолиты железа, стабилизирующие активный центр альфа-кислорода.

Одна группа бактерий катализирует окисление метана с помощью нитрита в качестве окислителя в отсутствие кислорода, что приводит к так называемому анаэробному окислению метана.

Кислотно-основные реакции

Как и другие углеводороды, метан — крайне слабая кислота. Его pK a в ДМСО оценивается в 56. Он не может быть депротонирован в растворе, но известно сопряженное основание в таких формах, как метиллитий.

Было обнаружено множество положительных ионов, полученных из метана, в основном в виде нестабильных частиц в газовых смесях низкого давления. К ним относятся метений или метил-катион CH+ 3, катион метана CH+ 4, и метан или протонированный метан CH+ 5. Некоторые из них были обнаружены в космосе. Метан также может быть получен в виде разбавленных растворов метана суперкислотами. Катионы с более высоким зарядом, такие как CH2+ 6и CH3+ 7, были изучены теоретически и предположительно стабильны.

Несмотря на прочность его связей C-H, существует большой интерес к катализаторам, которые облегчают активацию связи C-H в метане (и других алканах с более низкими номерами).

Горение

Молодая женщина держит в руках пламя Пузырьки метана можно сжечь мокрой рукой без травм.

Теплота сгорания метана составляет 55,5 МДж/кг. Горение метана представляет собой многоступенчатую реакцию, которую можно кратко описать следующим образом:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O ( Δ H = -891 кДж / моль , при стандартных условиях)

Четырехступенчатая химия Питерса — это систематически сокращенная четырехступенчатая химия, объясняющая горение метана.

Реакции радикалов метана

При соответствующих условиях метан реагирует с радикалами галогена следующим образом:

Х• + СН 4 → НХ + СН 3 •
CH 3 • + X 2 → CH 3 X + X•

где X представляет собой галоген : фтор (F), хлор (Cl), бром (Br) или йод (I). Этот механизм этого процесса называется свободнорадикальным галогенированием. Это инициируется, когда ультрафиолетовый свет или какой-либо другой радикальный инициатор (например, пероксиды ) производит атом галогена. Происходит двухступенчатая цепная реакция, в которой атом галогена отрывает атом водорода от молекулы метана, что приводит к образованию молекулы галогеноводорода и метильного радикала (СН 3 •). Метильный радикал затем реагирует с молекулой галогена с образованием молекулы галометана с новым атомом галогена в качестве побочного продукта. Аналогичные реакции могут происходить с галогенированным продуктом, приводя к замещению дополнительных атомов водорода атомами галогена со структурами дигалометана, тригалометана и, в конечном счете, тетрагалометана, в зависимости от условий реакции и соотношения галогена к метану.

Использование

Метан используется в промышленных химических процессах и может транспортироваться в виде охлажденной жидкости (сжиженный природный газ или СПГ ). В то время как утечки из контейнера с охлажденной жидкостью изначально тяжелее воздуха из-за повышенной плотности холодного газа, газ при температуре окружающей среды легче воздуха. По газопроводам распределяется большое количество природного газа, основным компонентом которого является метан.

Топливо

Метан используется в качестве топлива для печей, домов, водонагревателей, печей, автомобилей, турбин и т. д. Активированный уголь используется для хранения метана. Очищенный жидкий метан используется в качестве ракетного топлива в сочетании с жидким кислородом, как в двигателях БЕ-4 и Раптор.

Будучи основным компонентом природного газа, метан важен для производства электроэнергии путем сжигания его в качестве топлива в газовой турбине или парогенераторе. По сравнению с другими углеводородными видами топлива метан производит меньше углекислого газа на каждую единицу выделяемого тепла. Приблизительно 891 кДж/моль теплота сгорания метана ниже, чем у любого другого углеводорода. Однако он производит больше тепла на единицу массы (55,7 кДж / г), чем любая другая органическая молекула, из-за относительно большого содержания водорода, на который приходится 55% теплоты сгорания, но составляет только 25% молекулярной массы метана. Во многих городах метан подается в дома для отопления и приготовления пищи. В этом контексте его обычно называют природным газом, который, как считается, имеет энергоемкость 39 мегаджоулей на кубический метр или 1000 БТЕ на стандартный кубический фут. Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой преимущественно метан (СН 4), преобразованный в жидкую форму для облегчения хранения или транспортировки.

В качестве жидкого ракетного топлива метан имеет преимущество перед керосином в том, что он производит небольшие молекулы выхлопных газов. Это уменьшает количество сажи на внутренних частях ракетных двигателей, что снижает сложность повторного использования ракеты-носителя. Более низкая молекулярная масса выхлопа также увеличивает долю тепловой энергии, которая находится в форме кинетической энергии, доступной для движения, увеличивая удельный импульс ракеты. Жидкий метан также имеет диапазон температур (91–112 К), почти совместимый с жидким кислородом (54–90 К).

Химическое сырье

Природный газ, который в основном состоит из метана, используется для производства газообразного водорода в промышленных масштабах. Паровой риформинг метана (SMR), или просто известный как паровой риформинг, является стандартным промышленным методом производства коммерческого объемного газообразного водорода. Ежегодно во всем мире производится более 50 миллионов метрических тонн (2013 г.), в основном из ММР природного газа. Большая часть этого водорода используется на нефтеперерабатывающих заводах, в производстве химикатов и в пищевой промышленности. Очень большое количество водорода используется в промышленном синтезе аммиака.

При высоких температурах (700–1100 °C) и в присутствии катализатора на основе металла ( никеля ) пар реагирует с метаном с образованием смеси CO и H 2, известной как «водяной газ» или « сингаз »:

СН 4 + Н 2 ОСО + 3 Н 2

Эта реакция сильно эндотермична (потребляет тепло, Δ H r = 206 кДж/моль). Дополнительный водород получают реакцией CO с водой по реакции конверсии водяного газа :

СО + Н 2 О ⇌ СО 2 + Н 2

Эта реакция слабо экзотермическая (выделяет тепло, Δ H r = -41 кДж/моль).

Метан также подвергается радикальному хлорированию при производстве хлорметанов, хотя метанол является более типичным прекурсором.

Поколение

Геологические маршруты

Смотрите также: Биогеохимия

Двумя основными путями геологического образования метана являются (i) органические (термически генерируемые или термогенные) и (ii) неорганические ( абиотические ). Термогенный метан возникает из-за распада органического вещества при повышенных температурах и давлениях в глубоких осадочных толщах. Большая часть метана в осадочных бассейнах является термогенной; поэтому термогенный метан является наиболее важным источником природного газа. Термогенные компоненты метана обычно считаются реликтовыми (более ранними). Как правило, образование термогенного метана (на глубине) может происходить в результате распада органического вещества или органического синтеза. Оба пути могут включать микроорганизмы ( метаногенез ), но могут также происходить неорганически. Вовлеченные процессы также могут потреблять метан с микроорганизмами и без них.

Более важным источником метана на глубине (кристаллическая коренная порода) является абиотический. Абиотический означает, что метан создается из неорганических соединений без биологической активности либо в результате магматических процессов, либо в результате реакций вода-порода, которые происходят при низких температурах и давлениях, таких как серпентинизация.

Биологические маршруты

Основная статья: метаногенез

Большая часть земного метана является биогенной и производится метаногенезом, формой анаэробного дыхания, о которой известно только некоторым представителям домена Archaea. Метаногены населяют свалки и другие почвы, жвачных животных (например, крупный рогатый скот ), кишки термитов и бескислородные отложения ниже морского дна и дна озер. Рисовые поля также выделяют большое количество метана во время роста растений. Этот многоступенчатый процесс используется этими микроорганизмами для получения энергии. Чистая реакция метаногенеза:

СО 2 + 4 Н 2 → СН 4 + 2 Н 2 О

Заключительный этап процесса катализируется ферментом метилкоферментом М-редуктазой (MCR).

Тестирование австралийских овец на выделение метана в выдыхаемом воздухе (2001 г.), CSIRO. На этом изображении изображено жвачное животное, в частности овца, вырабатывающее метан на четырех стадиях гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза.

Жвачные

Жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, выделяют метан, что составляет около 22% годовых выбросов метана в атмосферу в США. В одном исследовании сообщалось, что животноводство в целом (в первую очередь крупный рогатый скот, куры и свиньи) производит 37% всего антропогенного метана. По оценкам исследования 2013 года, на домашний скот приходится 44% антропогенного метана и около 15% антропогенных выбросов парниковых газов. В настоящее время предпринимаются многочисленные усилия по сокращению производства метана в животноводстве, такие как лечение и корректировка диеты, а также улавливание газа для использования энергии его сгорания.

Донные отложения

Большая часть морского дна бескислородна, потому что кислород удаляется аэробными микроорганизмами в пределах первых нескольких сантиметров осадка. Ниже богатого кислородом морского дна метаногены производят метан, который либо используется другими организмами, либо попадает в ловушку в газовых гидратах. Эти другие организмы, которые используют метан для получения энергии, известны как метанотрофы («поедающие метан») и являются основной причиной того, что небольшое количество метана, образующегося на глубине, достигает поверхности моря. Было обнаружено, что консорциумы архей и бактерий окисляют метан посредством анаэробного окисления метана (АОМ); Ответственными за это организмами являются анаэробные метанотрофные археи (ANME) и сульфатредуцирующие бактерии (SRB).

Промышленные маршруты

На этой диаграмме показан метод устойчивого производства метана. См.: электролиз, реакция Сабатье.

Учитывая его дешевое изобилие природного газа, мало стимулов для промышленного производства метана. Метан можно получить путем гидрогенизации двуокиси углерода в процессе Сабатье. Метан также является побочным продуктом гидрирования окиси углерода в процессе Фишера-Тропша, который практикуется в больших масштабах для получения молекул с более длинной цепью, чем у метана.

Примером крупномасштабной газификации угля в метан является завод Great Plains Synfuels, запущенный в 1984 году в Беулахе, Северная Дакота, как способ разработки богатых местных ресурсов низкокачественного лигнита, ресурса, который иначе было бы трудно транспортировать для других целей. его масса, зольность, низкая теплотворная способность и склонность к самовозгоранию при хранении и транспортировке. Ряд подобных заводов существует по всему миру, хотя в основном эти заводы предназначены для производства алканов с длинной цепью для использования в качестве бензина, дизельного топлива или сырья для других процессов.

Преобразование энергии в метан — это технология, использующая электроэнергию для производства водорода из воды путем электролиза и использующая реакцию Сабатье для объединения водорода с углекислым газом для получения метана. По состоянию на 2021 год он в основном находится в стадии разработки и не используется в больших масштабах. Теоретически этот процесс можно было бы использовать в качестве буфера для избыточной и непиковой мощности, генерируемой сильно колеблющимися ветряными турбинами и солнечными батареями. Однако, поскольку в настоящее время на электростанциях (например, ПГУ ) для производства электроэнергии используется очень большое количество природного газа, потери эффективности недопустимы.

Лабораторный синтез

Метан можно получить путем протонирования метиллития или метилового реактива Гриньяра, такого как хлорид метилмагния. Его также можно получить из безводного ацетата натрия и сухого гидроксида натрия, смешанных и нагретых до температуры выше 300 ° C (с карбонатом натрия в качестве побочного продукта). На практике потребность в чистом метане может быть легко удовлетворена стальным газовым баллоном от стандартных поставщиков газа.

Вхождение

Метан был открыт и выделен Алессандро Вольта между 1776 и 1778 годами при изучении болотного газа из озера Маджоре. Это основной компонент природного газа, около 87% по объему. Основным источником метана является добыча из геологических месторождений, известных как месторождения природного газа, при этом добыча газа из угольных пластов становится основным источником (см. Извлечение метана из угольных пластов, метод извлечения метана из угольных месторождений, в то время как повышенное извлечение метана из угольных пластов является способ извлечения метана из неизвлекаемых угольных пластов). Он связан с другими углеводородными топливами, а иногда и с гелием и азотом. Метан производится на неглубоких уровнях (низкое давление) в результате анаэробного распада органического вещества и переработанного метана из глубоких слоев земной поверхности. Как правило, отложения, генерирующие природный газ, залегают глубже и при более высоких температурах, чем отложения, содержащие нефть.

Метан обычно транспортируют наливом по трубопроводу в виде природного газа или танкерами для перевозки СПГ в сжиженном виде; немногие страны перевозят его на грузовиках.

Атмосферный метан

Основная статья: Атмосферный метан Метан (CH 4), измеренный в рамках Расширенного глобального эксперимента по атмосферным газам ( AGAGE ) в нижних слоях атмосферы ( тропосфере ) на станциях по всему миру. Численность дана как среднемесячная молярная доля без загрязнения в частях на миллиард.

В 2010 году уровень метана в Арктике был измерен на уровне 1850 нмоль/моль. Этот уровень более чем в два раза выше, чем когда-либо за последние 400 000 лет. Исторические концентрации метана в атмосфере мира колебались от 300 до 400 нмоль/моль во время ледниковых периодов, широко известных как ледниковые периоды, и от 600 до 700 нмоль/моль во время теплых межледниковых периодов. Океаны Земли являются потенциально важным источником арктического метана.

Метан является важным парниковым газом с потенциалом глобального потепления 34 по сравнению с CO 2 (потенциал 1) за 100-летний период и 72 за 20-летний период.

Концентрация метана в атмосфере Земли увеличилась примерно на 150 % с 1750 года, и на его долю приходится 20 % общего радиационного воздействия всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов. В ДО6 МГЭИК говорится: «Наблюдаемое повышение концентраций хорошо перемешанных парниковых газов (ПГ) примерно с 1750 года однозначно вызвано деятельностью человека. средние значения 410 частей на миллион для двуокиси углерода (CO 2), 1866 частей на миллиард для метана (CH 4) и 332 частей на миллиард для закиси азота (N 2 O) в 2019 году. (…) В 2019 году концентрации CO 2 в атмосфере были выше, чем в любой другой время по крайней мере за 2 миллиона лет (высокая степень достоверности), а концентрации CH 4 и N 2 O были выше, чем в любое время по крайней мере за 800 000 лет (очень высокая степень достоверности). Концентрации CH 4 (156%) намного превышают, а увеличение N 2 O (23%) аналогично естественным многотысячелетним изменениям между ледниковыми и межледниковыми периодами, по крайней мере, за последние 800 000 лет (очень высокая достоверность)».

С 2015 по 2019 годы зафиксировано резкое повышение уровня атмосферного метана. В феврале 2020 года сообщалось, что неорганизованные выбросы и выбросы газа в результате производства ископаемого топлива, возможно, были значительно занижены.

Изменение климата может увеличить уровень метана в атмосфере за счет увеличения производства метана в естественных экосистемах, формируя обратную связь с изменением климата.

Клатраты

Клатраты метана (также известные как гидраты метана) представляют собой твердые клетки из молекул воды, которые захватывают отдельные молекулы метана. Значительные резервуары метановых клатратов были обнаружены в арктической вечной мерзлоте и вдоль континентальных окраин под дном океана в зоне стабильности газовых клатратов, расположенных при высоких давлениях (от 1 до 100 МПа; нижний предел требует более низкой температуры) и низких температурах (lt; 15 ° C). ; верхний конец требует более высокого давления). Клатраты метана могут образовываться из биогенного метана, термогенного метана или их смеси. Эти месторождения являются как потенциальным источником метанового топлива, так и потенциальным фактором глобального потепления. Глобальная масса углерода, хранящегося в газовых клатратах, все еще не определена и, по оценкам, составляет 12 500 Гт углерода и всего 500 Гт углерода. Оценка со временем снизилась, и по последней оценке она составляет ~ 1800 Гт углерода. Большая часть этой неопределенности связана с нашим пробелом в знаниях об источниках и поглотителях метана и распределении клатратов метана в глобальном масштабе. Например, относительно недавно был обнаружен источник метана в сверхмедленном спрединговом хребте в Арктике. Некоторые климатические модели предполагают, что сегодняшний режим выделения метана со дна океана потенциально аналогичен режиму в период палеоцен-эоценового теплового максимума ( ПЭТМ ) около 55,5 миллионов лет назад, хотя нет данных, указывающих на то, что метан в результате диссоциации клатратов в настоящее время достигает атмосфера. Выделение арктического метана из вечной мерзлоты и метановых клатратов морского дна является потенциальным следствием и дополнительной причиной глобального потепления ; это известно как гипотеза клатратного пистолета. Данные за 2016 год показывают, что вечная мерзлота в Арктике оттаивает быстрее, чем предполагалось.

Внеземной метан

Основная статья: Внеземная атмосфера

Межзвездная среда

Метан изобилует во многих частях Солнечной системы и потенциально может быть собран на поверхности другого тела Солнечной системы (в частности, с использованием производства метана из местных материалов, найденных на Марсе или Титане ), обеспечивая топливо для обратного пути.

Марс

Метан был обнаружен на всех планетах Солнечной системы и на большинстве больших спутников. Считается, что, за возможным исключением Марса, он возник в результате абиотических процессов.

Метан (CH 4) на Марсе – потенциальные источники и поглотители

Марсоход Curiosity зафиксировал сезонные колебания уровня атмосферного метана на Марсе. Эти колебания достигли пика в конце марсианского лета и составили 0,6 частей на миллиард.

Метан был предложен в качестве возможного ракетного топлива для будущих миссий на Марс отчасти из-за возможности его синтеза на планете путем использования ресурсов на месте. Адаптация реакции метанирования Сабатье может быть использована со смешанным слоем катализатора и обратной конверсией водяного газа в одном реакторе для производства метана из сырья, доступного на Марсе, с использованием воды из марсианских недр и углекислого газа в марсианской атмосфере. .

Метан может быть получен в результате небиологического процесса, называемого серпентинизацией, с участием воды, углекислого газа и минерала оливина, который, как известно, распространен на Марсе.

История

Алессандро Вольта

В ноябре 1776 года метан был впервые научно идентифицирован итальянским физиком Алессандро Вольта в болотах озера Маджоре на границе Италии и Швейцарии. Вольта был вдохновлен на поиски этого вещества после прочтения статьи Бенджамина Франклина о «легковоспламеняющемся воздухе». Вольта собрал газ, поднимающийся из болота, и к 1778 году выделил чистый метан. Он также продемонстрировал, что газ можно воспламенить от электрической искры.

После катастрофы на шахте Феллинг в 1812 году, в которой погибло 92 человека, сэр Хамфри Дэви установил, что опасный рудничный газ на самом деле был в основном метаном.

Название «метан» было придумано в 1866 году немецким химиком Августом Вильгельмом фон Хофманом. Название произошло от метанола.

Этимология

Этимологически слово « метан » образовано от химического суффикса « -ан », обозначающего вещества, принадлежащие к семейству алканов; и слово « метил », происходящее от немецкого « метил » (1840 г.) или непосредственно от французского « метил », которое является обратным образованием от французского « метилен » (соответствует английскому «метилен»), корень которого был придуман Жаном-Батистом Дюма и Эженом Пелиго в 1834 году от греческого « methy » (вино) (связанного с английским «mead») и « hyle » (что означает «дерево»). Радикал назван в честь этого, потому что он был впервые обнаружен в метаноле, спирте, впервые выделенном путем перегонки древесины. Химический суффикс « -ane » происходит от координирующего химического суффикса « -ine », который происходит от латинского суффикса женского рода « -ina », который применяется для обозначения рефератов. Координация «-ан», «-ен», «-он» и т. д. была предложена в 1866 году немецким химиком Августом Вильгельмом фон Хофманном (1818–1892).

Сокращения

Аббревиатура СН 4 -С может означать массу углерода, содержащуюся в массе метана, а масса метана всегда в 1,33 раза больше массы СН 4 -С. CH 4 -C также может означать отношение метана к углероду, которое составляет 1,33 по массе. Метан в масштабах атмосферы обычно измеряется в тераграммах (Tg CH 4) или миллионах метрических тонн (MMT CH 4), что означает одно и то же. Также используются другие стандартные единицы, такие как наномоль (нмоль, одна миллиардная часть моля), моль (моль), килограмм и грамм.

Безопасность

Метан нетоксичен, но чрезвычайно легко воспламеняется и может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Метан также вызывает удушье, если концентрация кислорода снижается ниже примерно 16% за счет вытеснения, поскольку большинство людей могут переносить снижение с 21% до 16% без каких-либо побочных эффектов. Концентрация метана, при которой становится существенным риск удушья, значительно превышает концентрацию 5–15 % в горючей или взрывоопасной смеси. Отходящие газы метана могут проникать внутрь зданий вблизи свалок и подвергать людей воздействию значительного количества метана. В некоторых зданиях под подвалами есть специально спроектированные системы рекуперации, которые активно улавливают этот газ и выводят его из здания.

Взрывы метана являются причиной многих смертельных аварий на шахтах. Взрыв метана стал причиной катастрофы на угольной шахте Upper Big Branch в Западной Вирджинии 5 апреля 2010 года, в результате которой погибло 29 человек.

Смотрите также

Пояснительные примечания

Цитаты

Цитируемые источники

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2024-01-02 08:38:00
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте