ch4 что это за газ

Bloomberg Creative / Getty Images

С 1750 года люди увеличили количество метана в атмосфере примерно на 150%. Добыча ископаемых видов топлива, таких как нефть, газ и уголь, является крупнейшим источником выбросов метана. Люди также увеличили выбросы метана из-за интенсивных методов ведения сельского хозяйства, животноводства и удаления отходов. (2)

По данным NASA, около 30% выбросов метана приходится на водно-болотные угодья. Еще 30% приходится на добычу нефти, газа и угля. Сельское хозяйство, особенно животноводство, выращивание риса и управление отходами составляют 20%. Остальные 20% поступают из более мелких источников, включая океан, сжигание биомассы, вечную мерзлоту и – подождите – термитов. (3)

Природный газ представляет собой крупнейший антропогенный источник выбросов метана и выделяется при добыче нефти и газа. Нефтяные и газовые резервуары, которые часто встречаются вместе, существуют на тысячи метров ниже поверхности Земли. Чтобы добраться до них, нужно выкопать глубоко в земле колодцы. После добычи нефть и газ перемещаются по трубопроводам.

Метан имеет много полезных применений. Природный газ используется для отопления, приготовления пищи, в качестве альтернативного топлива для некоторых автомобилей и автобусов, а также для производства органических химикатов. Десять лет назад промышленность продвигала природный газ в качестве более чистого «мостового топлива», помогающего отказаться от нефти. Но хотя в момент сгорания природный газ выделяет меньше парниковых газов, он производит на самом деле не меньше выбросов, чем другие ископаемые виды топлива, на протяжении всего своего жизненного цикла из-за широко распространенных утечек.

Воздействие метана

Выбросы от ископаемого топлива

Утечки газа могут происходить из труб и другой инфраструктуры в сетях природного газа, а также из простаивающих и заброшенных скважин. Сжигание и сброс во время добычи – два других значительных источника антропогенных выбросов метана. Если вы когда-нибудь видели, как при добыче нефти или газа из высокой трубы вырывается пламя – это сжигание природного газа в воздухе. (6)

Производители и дистрибьюторы нефти и газа оценивают выбросы во время бурения, удаления газов и сжигания в факелах, а также любого газа, который вытекает из миллионов труб и соединений, составляющих газовую сеть. Но независимые исследования показывают, что выбросы метана намного больше, чем сообщается в отраслевых отчетах. (7)

Новые исследования показывают, что пластиковые изделия, такие как пластиковые пакеты, предметы домашнего обихода и синтетическая одежда, являются дополнительными источниками выбросов метана. Это вызывает обеспокоенность, поскольку производство пластика может удвоиться в следующие два десятилетия, однако прямые выбросы от пластиковых изделий не учитывались ни в глобальном бюджете метана, ни в климатических моделях. (8)

Сельское хозяйство, животноводство и пищевые отходы

Tim Graham/ Getty Images

Выбросы метана в сельском хозяйстве включают животноводство, выращивание риса и сточные воды. Животноводство составляет самую большую долю, а также растущую долю, поскольку мировое потребление мяса продолжает расти. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), животноводство составляет 14,5% от общих антропогенных выбросов парниковых газов. (9, 10)

Основная часть выбросов домашнего скота происходит от жвачных, таких как крупный рогатый скот, буйволы, овцы и верблюды, которые производят много метана во время пищеварения, большая часть которого выделяется при отрыжке. Навоз домашнего скота вносит дополнительный вклад, особенно в системах интенсивного сельского хозяйства. Из выбросов метана от жвачных животных наибольший вклад вносят мясной и молочный скот. (10)

Пищевые отходы – еще одна серьезная проблема. По данным FAO, около трети всех продуктов питания, производимых в мире для потребления человеком, никогда не употребляется в пищу. Эти пищевые отходы вносят значительный вклад в общие выбросы парниковых газов (около 8%) и являются основным источником выбросов метана при разложении пищевых продуктов. (11)

Хотя наиболее важными источниками антропогенных выбросов метана являются сельское хозяйство и добыча ископаемого топлива, люди вносят свой вклад в выбросы другими способами. По данным EPA, полигоны твердых бытовых отходов являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана. Есть также косвенные воздействия изменения климата. Потепление планеты приводит к таянию вечной мерзлоты, что может привести к выбросу большего количества метана. Еще одна причина – сжигание биомассы от лесных пожаров и преднамеренное сжигание. (12, 13, 14, 15)

Последствия для здоровья человека

Регулирование

Одно недавнее исследование показало, что быстрое сокращение выбросов метана может замедлить скорость потепления Земли на целых 30%. Но времени мало: в 2020 году уровень метана резко увеличился. Важные меры по обращению вспять этой тенденции включают сокращение утечек, связанных с нефтью и газом, и преднамеренных выбросов газа, очистку заброшенных угольных шахт, сокращение потребления мяса и молочных продуктов, использование кормовых добавок для крупного рогатого скота, снижающих отрыжку, а также внедрение технологий для улавливания выбросов со свалок. (20, 21)

В 2020 году Европейский союз принял стратегию по сокращению выбросов метана в рамках Европейского зеленого курса, в котором изложен амбициозный план по достижению углеродной нейтральности к 2050 году, включая сокращение выбросов метана. По мере того, как мир готовился к саммиту по климату COP26 в Глазго, на Китай также нарастает давление, чтобы он делал больше. Неизвестно, хватит ли коллективных усилий, чтобы замедлить глобальное потепление и избежать катастрофической переломной точки, но импульс набирает обороты. (22)

Научный журналист, освещающий широкий круг тем, касающихся окружающей среды, климатического кризиса, загрязнения и жизни людей. Внештатный автор сайта «Знание – свет».

Источник

Метан

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 др.), но обладает меньшей реакционной способностью. Специфична для метана реакция с парами воды, которая протекает на Ni/Al₂O₃ при 800—900 °C или без катализатора при 1400—1600 °C; образующийся синтез-газ может быть использован для синтеза метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.

Содержание

Источники

Основной компонент природных (77—99 %), попутных нефтяных (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, рубце жвачных животных) образуется биогенно. Получается также при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга.

Классификация по происхождению:

Получение

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

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 [7] :

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

Химические свойства

Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1 м³. С воздухом образует взрывоопасные смеси при объёмных концентрациях от 5 до 15 процентов. Точка замерзания −184 o С (при нормальном давлении)

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

Выше 1400 °C разлагается по реакции:

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

Соединения включения

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

Применение метана

Физиологическое действие

Первая помощь при тяжелой асфиксии: 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

Метан и экология

Ссылки

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Метан» в других словарях:

Метан — газообразный углеводород СН4, первый член ряда метановых или парафиновых углеводородов (см Ряды углеводородов гомологические). tкип 161,6°С. Масса 1 л М. при 0°С и давлении 760 мм 0,7168 г. М. главная составная часть большинства природных… … Геологическая энциклопедия

метан — а, м. méthane m. англ. methane <гр. вино. Простейшее соединение водорода с углеродом; болотный или рудничный газ. БАС 1. Метановый ая, ое. Лекс. Брокг. метан; Уш. 1938: мета/н; БСЭ 2: мета/новое брожение … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Метан — CH4, насыщенный углеводород парафинового ряда. В стандартных условиях М. газ без цвета к запаха, относится к пожаро и взрывоопасным веществам. Молекулярная масса 16,04 кг/кмоль, температура плавления 90,66 К, температура кипения 111,67 К,… … Энциклопедия техники

метан — сущ., кол во синонимов: 4 • алкан (37) • газ (55) • топливо (48) • … Словарь синонимов

МЕТАН — (СН4) простейший углеводород; газ без цвета и запаха; легче воздуха; смесь М. с воздухом взрывоопасна. Образуется в природе при разложении органических веществ без доступа воздуха (напр., на дне болот, в рудниках отсюда названия М.: болотный газ … Российская энциклопедия по охране труда

Источник

Метан: способы получения и свойства

Метан CH₄ – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Гомологический ряд метана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Общие
Метан


Химическая формула	CH₄
Физические свойства
Молярная масса	16,04 г/моль
Плотность	газ (0 °C, 1013 гПа) 0,72 кг/м³; жидкость (−161,6 °C) 0,42 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	-182,5 °C
Температура кипения	-161,6 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	0,35 [1] г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	74-82-8
SMILES	C
Безопасность
Токсичность

Название алкана	Формула алкана
Метан	CH₄
Этан	C₂H₆
Пропан	C₃H₈
Бутан	C₄H₁₀
Пентан	C₅H₁₂
Гексан	C₆H₁₄
Гептан	C₇H₁₆
Октан	C₈H₁₈
Нонан	C₉H₂₀
Декан	C₁₀H₂₂

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Строение метана

В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp 3 :

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

Например, в молекуле метана CH₄ атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдра, центром которого является атом углерода

Изомерия метана

Для метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.

Химические свойства метана

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

1. Реакции замещения

Для метана характерны реакции радикального замещение.

1.1. Галогенирование

Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

Химическая активность хлора выше, чем активность брома, поэтому хлорирование протекает быстро и неизбирательно.

Бромирование протекает более медленно.

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

1.2. Нитрование метана

Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140 о С и под давлением. Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO₂.

Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан:

2. Реакции разложения метана (д егидрирование, пиролиз)

Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен:

Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена.

3. Окисление метана

Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода:

Эта реакция используется для получения сажи.

3.2. Каталитическое окисление

Продукт реакции – так называемый «синтез-газ».

Получение метана

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия

Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана.

3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

4. Синтез Фишера-Тропша

Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан:

5. Получение метана в промышленности

Источник