سایت شیمی کاربردی دانشگاه گلستان

         فرمول ساختاری متان

تاریخچه:

متان تركيب شيميايي با فرمول CH₄ است. اين ماده ساده ترين آلكان و تركيب اصلي گاز طبيعي است. زاويه پيوندي مولكول هاي متان 109.5 درجه است. سوختن متان در اكسيژن دي اكسيد كربن و آب توليد مي كند. فراواني نسبي متان و سوختن پاك آن باعث افزايش محبوبيت اين سوخت شده است. اما از آنجاييكه متان در شرايط عادي گاز است انتقال آن به مصرف كننده دشوار و پر هزينه است. گاز طبيعي را يا بوسيله خط لوله و يا به روش LNG انتقال مي دهند. در ساختار متان هر يك از چهار اتم هيدروژن بوسيله پيوند كووالانسي ، يعني با يك جفت الكترون اشتراكي به اتم كربن متصل شده است. وقتي كربن به چهار اتم ديگر متصل باشد، اوربيتالهاي پيوندي آن (اوربيتالهاي sp³ كه از اختلاط يك اوربيتال s و سه اوربيتال p تشكيل شده‌اند) ، به سوي گوشه‌هاي چهار وجهي جهت گيري كرده‌اند. اين آرايش چهار وجهي ، آرايشي است كه به اوربيتالها اجازه مي‌دهد تا سر حد امكان از يكديگر فاصله بگيرند. براي اينكه همپوشاني اين اوربيتالها با اوربيتال كروي اتم هيدروژن به گونه اي موثر صورت پذيرد و در نتيجه ، پيوند محكم‌تري تشكيل شود، هر هسته هيدروژن بايد در يك گوشه اين چهار وجهي قرار بگيرد. ساختار چهار وجهي متان بوسيله پراش الكتروني كه آرايش اتمها را در اين نوع مولكولهاي ساده به روشني نشان مي‌دهد، تاييد شده است. بعد شواهدي كه شيميدانها را خيلي پيش از پيدايش مكانيك كوانتومي REDIRECT (نام صفحه) يا پراش الكتروني d ، به پذيرش اين ساختار چهار وجهي رهنمون شد، بررسي خواهيم كرد. متان در بين سال هاي 1776 تا 1778 توسط آلساندرو ولتا (Alessandro Volta) حين بررسي گازهاي مرداب لاك ماجيور (Lake Maggiore) ، كشف شد.

موارد مصرف:

متان ماده بنيادي در صنايع پتروشيمي است و همراه با پروپان تحت عنوان L.P.G ( گاز مايع ) جهت مصارف سوخت و توليد انرژي ، بكار مي رود.

خواص فیزیکی و شیمیایی:

Molecular formula: CH4

Molar mass :16.042 g/mol

Appearance Colorless gas

Density 0.717 kg/m3, gas 415 kg/m3

 liquid Melting point -182.5 °C, 91 K, -297 °F

Boiling point -161.6 °C, 112 K, -259 °F

Solubility in water 3.5 mg/100 mL (17 °C)

Flash point -188 °C

روشهای تولید:

منابع گاز طبيعي: منبع اصلي متان گاز طبيعي است. متان در گاز طبيعي همراه بعضي از هيدروكربن ها و گاهي اوقات گاز هليوم و نيتروژن است. گاز در سطوح كم عمق با تجزيه بي هوازي مواد آلي توليد مي شود. به طور كلي رسوبات سوخته در اعماق با دماي بالاتر از هنگامي كه نفت درست مي شود ، گاز را توليد مي كند. منابع جايگزين: جدا از منابع گاز طبيعي متان را مي توان با توليد بيوگاز با تجزيه مواد آلي مانند: كود كشاورزي، آب پسماند، پسماندهاي جامد شهري و هر ماده قابل زيست تجزيه شدن تحت شرايط بي هوازي، تهيه نمود. همچنين گاز متان را مي توان براي مصارف صنعتي بوسيله پاره اي از واكنش هاي شيميايي از گازهاي موجود در جو و هيدروژن بدست آورد.

واکنشهای شیمیایی:

واكنش هاي اصلي مربوط به متان عبارتند از: combustion +CH₄ + O₂ ----> CO + H₂ H₂O CH₄(g) + 2O₂(g) + CO₂(g) +2H₂O(l) + 890 kJ/mol

  steam reforming to syngas halogenation CH₄ + X₂ ------> CH₃X + HX hydrogen activation

اطلاعات ایمنی:

گاز متان محرك چشم و پوست نمي باشد. گاز متان خفه كننده است و در غلظت هاي بالا جاي اكسيژن را مي گيرد. گاز متان ، قابل اشتعال است.