метан

1. Хронічна дія метану [ правити | правити код ]

метан Хім. формула CH₄ Рац. формула CH4 молярна маса 16,04 г / моль щільність газ (0 ° C) 0,7168 кг / м³; 0,6682 кг / м³ в стандартних умовах по ГОСТ 2939-63;
рідина (-164,6 ° C) 415 кг / м³ [1] Т. плав. -182,49 ° C Т. кип. -161,58 ° C Т. свспл. 537,8 ° C Пр. взрв. 4,4-17,0% ентальпія освіти -74 520 Дж / моль [3] ентальпія згоряння -890,3 кДж / моль [4] розчинність в воді 0,02 г / кг [2] Реєстр. номер CAS 74-82-8 PubChem 297 Реєстр. номер EINECS 200-812-7 SMILES InChI RTECS PA1490000 ChEBI 16183 номер ООН тисяча дев'ятсот сімдесят один ChemSpider 291 токсичність Наводяться дані для стандартних умов (25 ° C, 100 кПа) , Якщо не вказано іншого.

метан ( лат. methanum), C H 4 [5] - найпростіший за складом граничний вуглеводень , безбарвний газ (в нормальних умовах ) без запаху [6] . Малорастворим в воді, легший за повітря. При використанні в побуті, промисловості в метан зазвичай додають одоранти (зазвичай Меркаптани ) Зі специфічним «запахом газу». Метан нетоксичний і безпечний для здоров'я людини [7] . Однак наявні дані, що метан відноситься до токсичних речовин, що діють на центральну нервову систему [8] .

Накопичуючись в закритому приміщенні, метан стає вибухонебезпечний. збагачують одорантами , Щоб людина вчасно помітив витік газу. На промислових виробництвах витоку фіксують датчики, і в багатьох випадках метан для лабораторій і промислових виробництв поставляється без додавання одорантов.

вибухонебезпечний при концентрації в повітрі від 4,4% до 17% [9] . Найбільш вибухонебезпечна концентрація 9,5%. виявляє наркотичні властивості ; наркотичну дію послаблюється малої розчинність в воді і крові. клас небезпеки - четвертий [10] .

Метан - третій за значимістю (4-9%) парниковий газ в атмосфері Землі (після водяної пари і вуглекислого газу) [11] [12] .

У листопаді 1776 року італійський фізик Алессандро Вольта виявив метан в болотах озера Маджоре на кордоні Італії та Швейцарії. На вивчення болотного газу його надихнула стаття Бенджаміна Франкліна про «пальному повітрі». Вольта збирав газ, що виділяється з дна болота, і в 1778 році виділив чистий метан. Також він продемонстрував запалювання газу від електричної іскри.

сер Гемфрі Деві в 1813 р вивчав рудничний газ і показав, що він є сумішшю метану з невеликими кількостями азоту N2 і вуглекислого газу CO2 - то є, що він якісно тотожний за складом болотному газу.

Сучасна назва «метан» в 1866 р газу дав німецький хімік Август Вільгельм фон Гофман [13] [14] і походить від слова « метанол »[ стиль ].

основний компонент природного газу (77-99%), попутних нафтових газів (31-90%), рудничного і болотного газів (звідси відбулися інші назви метану - болотний або рудничний газ). В анаеробних умовах (в болотах, перезволожених ґрунтах, кишечнику жовчних тварин ) утворюється біогенної в результаті життєдіяльності деякі мікроорганізмів.

Великі запаси метану зосереджені в метаногідратах на дні морів і в зоні вічної мерзлоти [11] [12] .

За сучасними даними, в атмосферах планет-гігантів Сонячної системи в помітних концентраціях міститься метан [15] .

Імовірно, на поверхні титана в умовах низьких температур (-180 ° C) існують цілі озера і річки з рідкої метано-метанова суміші [16] . Велика частка метанових льодів і лежить на поверхні Седни .

утворюється при коксовании кам'яного вугілля , гидрировании вугілля, гідрогенолізу вуглеводнів в реакціях каталітичного риформінгу.

• абіогенний - утворений в результаті хімічних реакцій неорганічних сполук, наприклад, при взаємодії карбідів металів з водою;
• біогенний - утворений як результат хімічних перетворень органічних речовин;
• бактеріальний (мікробний) - утворений в результаті життєдіяльності бактерій (мікроорганізмів);
• термогенним - утворений в ході термохімічних процесів.

В лабораторії отримують нагріванням натронной вапна (Суміш гідроксидів натрію і кальцію) або безводного гідроксиду натрію з крижаної оцтовою кислотою .

2 N a OH + CH 3 COOH → ot N a 2 CO 3 + H 2 O + CH 4 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {2NaOH + CH_ {3} COOH {\ xrightarrow [{}] {^ {o} t }} Na_ {2} CO_ {3} + H_ {2} O + CH_ {4} \ uparrow}}}

Для цієї реакції важливо відсутність води, тому і використовується гідроксид натрію , Так як він менш гигроскопичен .

Можливе отримання метану сплавом ацетату натрію з гідроксидом натрію [17] :

CH 3 COON a + N a OH → CH 4 ↑ + N a 2 CO 3 {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {3} COONa + NaOH \ rightarrow CH_ {4} \ uparrow + Na_ {2} CO_ {3}} }}

Також для лабораторного отримання метану використовують гідроліз карбіду алюмінію або деяких металоорганічних сполук (наприклад, метілмагнійброміда).

Також можливо біологічне отримання метану, см. біогаз .

Метан - перший член гомологічного ряду насичених вуглеводнів (алканів), найбільш стійкий до хімічних впливів. Подібно до інших алканів вступає в реакції радикального заміщення - галогенування , сульфохлорування , Сульфоокісленія, нітрування і інших, але має меншу реакційною здатністю в порівнянні з іншими алканами.

Для метану специфічна реакція з парами води, в якій в промисловості застосовується в якості каталізатора нікель , Нанесений на оксиді алюмінію (Ni / Al2O3) при 800-900 ° C або без каталізатора при 1400-1600 ° C. Утворений в результаті реакції синтез-газ може бути використаний для подальших синтезів метанолу , вуглеводнів , оцтової кислоти , ацетальдегіду та інших продуктів.

Горить в повітрі блакитним полум'ям, при цьому виділяється енергія близько 33,066 МДж на 1 м³, взятий при нормальних умовах . Реакція горіння метану в кисні або повітрі:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O + 891 k J {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {4} + 2O_ {2} \ rightarrow CO_ {2} + 2H_ {2} O + 891 \ { kJ}}}} .

З повітрям утворює вибухонебезпечні суміші при об'ємних концентраціях від 4,4% до 17%.

вступає з галогенами в реакції заміщення, які проходять по вільно-радикальному механізму:

C H 4 + C l 2 → C H 3 C l + H C l {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {4} + Cl_ {2} \ rightarrow CH_ {3} Cl + HCl}}} , C H 3 C l + C l 2 → C H 2 C l 2 + H C l {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {3} Cl + Cl_ {2} \ rightarrow CH_ {2} Cl_ {2} + HCl}}} , C H 2 C l 2 + C l 2 → C H C l 3 + H C l {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {2} Cl_ {2} + Cl_ {2} \ rightarrow CHCl_ {3} + HCl}}} , C H C l 3 + C l 2 → C C l 4 + H C l {\ displaystyle {\ mathsf {CHCl_ {3} + Cl_ {2} \ rightarrow CCl_ {4} + HCl}}} .

Вище 1400 ° C розкладається по реакції:

2 C H 4 → C 2 H 2 + 3 H 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2CH_ {4} \ rightarrow C_ {2} H_ {2} + 3H_ {2}}}} .

окислюється до мурашиної кислоти при 150-200 ° C і тиску 30-90 атм. по ланцюговому радикальному механізму :

C H 4 + 3 [O] → H C O O H + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {CH_ {4} +3 [O] \ rightarrow HCOOH + H_ {2} O}}} .

метан утворює сполуки включення - газові гідрати , Широко поширені в природі.

Метан є фізіологічно нешкідливим газом в гомологічної ряду парафінових вуглеводнів . Фізіологічна дія метан не робить і неядовіт (через малу розчинність метану в воді і плазмі крові і властивою парафіну хімічної інертності). Загинути людині в повітрі з високою концентрацією метану якомога тільки від нестачі кисню в повітрі. Отже, при вмісті в повітрі 25-30% метану з'являються перших ознаки задухи (Почастішання пульсу, збільшення обсягу дихання, порушення координації тонких м'язових рухів і т. Д.). Більш високі концентрації метану в повітрі викликають у людини кисневе голодування - головний біль, задишку, - симптоми, характерні для гірської хвороби .

Так як метан легший за повітря, він не накопичується в провітрюваних підземних спорудах. Тому випадки загибелі людей від задухи при вдихання суміші метану з повітрям дуже рідкісні.

Перша допомога при важкому ядуха: видалення постраждалого з шкідливою атмосфери. При відсутності дихання негайно (до приходу лікаря) штучне дихання з рота в рот. При відсутності пульсу - непрямий масаж серця.

Хронічна дія метану [ правити | правити код ]

У людей, що працюють в шахтах або на виробництвах, де в повітрі присутні в незначних кількостях метан та інші газоподібні парафінові вуглеводні, описані помітні зрушення з боку вегетативної нервової системи (позитивний рефлекторна регуляція серця , Різко виражена атропиновая проба, гіпотонія ) Через дуже слабкого наркотичної дії цих речовин, схожого з наркотичною дією діетилового ефіру .

ГДК метану в повітрі робочої зони становить 7000 мг / м³ [19] .

Показано, що ендогенний метан здатний вироблятися не тільки метаногенной мікрофлорою кишечника , Але і клітинами еукаріот , І що його освіту значно зростає при експериментальному викликанні клітинної гіпоксії , Приміром, при порушенні роботи мітохондрій за допомогою отруєння організму експериментального тваринного азидом натрію , Відомим мітохондріальних отрутою. Висловлюється припущення, що утворення метану клітинами еукаріотів, зокрема тварин, може бути внутрішньоклітинним або міжклітинних сигналом випробовуваної клітинами гіпоксії [20] .

Також показано збільшення утворення метану клітинами тварин і рослин під впливом різних стресових факторів, наприклад, бактеріальної ендотоксемії або її імітації введенням бактеріального липополисахарида , Хоча, можливо, цей ефект спостерігається не у всіх видів тварин (в експерименті дослідники отримали його у мишей, але не отримали у щурів) [21] . Можливо, що утворення метану клітинами тварин у подібних стресових умовах грає роль одного з стресових сигналів.

Передбачається також, що метан, який виділяється кишковою мікрофлорою людини і не засвоюваний організмом людини (він не метаболізується і частково видаляється разом з кишковими газами, частково всмоктується і видаляється при диханні через легкі ), Не є «нейтральною» побічним продуктом метаболізму бактерій, а бере участь у регуляції перистальтики кишечника, а його надлишок може викликати не тільки здуття живота, відрижку , Підвищене газоутворення і болю в животі, а й функціональні запори [22] .

Є парниковим газом, більш сильним в цьому відношенні, ніж вуглекислий газ , Через наявність глибоких обертальних смуг поглинання його молекул в інфрачервоному спектрі . Якщо ступінь впливу вуглекислого газу на клімат умовно прийняти за одиницю, то парникова активність того ж молярного об'єму метану складе 21-25 одиниць [23] [24] .

1. ↑ Довідник хіміка / Редкол .: Нікольський Б.П. та ін .. - 3-е изд., Испр. - Л.: Хімія, 1971. - Т. 2. - 1168 с.
2. ↑ Огляд: Розчинність деяких газів у воді
3. ↑ Smith JM, HC Van Ness, MM Abbott Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics // J. Chem. Educ. - American Chemical Society , 1950. - Vol. 27, Iss. 10. - P. 789. - ISSN 0021-9584 ; 1938-1328 - doi: 10.1021 / ED027P584.3
4. ↑ https://sites.google.com/site/ellesmerealevelchemistry/module-3-periodic-table-energy/3-2-physical-chemistry-1/3-2-1-enthalpy-changes/3-2-1- d-enthalpy-change-definitions
5. ↑ Львів М. Д. Болотний газ або метан // Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : В 86 т. (82 т. І 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
6. ↑ Стаття «Метан» на сайті «Хімік»
7. ↑ З. Гауптман, Ю. Грефе, Х. Ремане «Органічна хімія», М. «Хімія», 1979, стор. 203.
8. ↑ Куценко С. А. Основи токсикології / С. А. Куценко. - СПб .: Фоліант, 2004.
9. ↑ ГОСТ Р 52136-2003
10. ↑ Газохроматографическое вимір масових концентрацій вуглеводнів: метану, етану, етилену, пропану, пропілену, н-бутану, альфа-бутилену, изопентана в повітрі робочої зони. Методичні вказівки. МУК 4.1.1306-03 (затв. Головним державним санітарним лікарем РФ 30.03.2003)
11. ↑ 1 2 Наталія Ржевська тепло мерзлоти // У світі науки . - 2016. - № 12. - С. 67-73.
12. ↑ 1 2 Леонід Юрганов. Метан над Арктикою // Наука і життя . - 2017. - № 11. - С. 24.
13. ↑ AW Hofmann (1866) "On the action of trichloride of phosphorus on the salts of the aromatic monoamines," Proceedings of the Royal Society of London, 15: 55-62; see footnote on pp. 57-58.
14. ↑ James Michael McBride (1999) «Development of systematic names for the simple alkanes». Available online at Chemistry Department, Yale University (New Haven, Connecticut). архівна копія від 16 березня 2012 року на Wayback Machine
15. ↑ Atreya, SK; Mahaffy, PR; Niemann, HB et al (2003). "Composition and origin of the atmosphere of Jupiter-an update, and implications for the extrasolar giant planets" . Planetary and Space Sciences. 51: 105-112. DOI : 10.1016 / S0032-0633 (02) 00144-7 .
16. ↑ Tidal effects of disconnected hydrocarbon seas on Titan
17. ↑ Б. А. Павлов, А. П. Терентьєв. Курс органічної хімії. - Видання шосте, стереотипне. - M .: Хімія, 1967. - С. 58.
18. ↑ SpaceX test-fires the engines that could take humans to Mars - The Verge
19. ↑ Гігієнічні нормативи ГН 2.2.5.1313-03 «Гранично припустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин в повітрі робочої зони»
20. ↑ Tuboly E. et al. Methane biogenesis during sodium azide-induced chemical hypoxia in rats // American Journal of Physiology - Cell Physiology. - 15 January 2013. - Vol. 304, № 2. - P. 207-214. - DOI : 10.1152 / ajpcell.00300.2012 . - PMID 23174561 .
21. ↑ Tuboly E, Szabó A, Erős G, Mohácsi A, Szabó G, Tengölics R, Rákhely G, Boros M. Determination of endogenous methane formation by photoacoustic spectroscopy. // J Breath Res .. - Dec 2013. - Т. 7, вип. 7 (4), № 4. - DOI : 10.1088 / 1752-7155 / 7/4/046004 . - PMID 24185326 .
22. ↑ Sahakian AB, Jee SR, Pimentel M. Methane and the gastrointestinal tract. // Dig Dis Sci. - Aug 2010. - Т. 55, вип. 55 (8), № 8. - С. 2135-2143. - DOI : 10.1007 / s10620-009-1012-0 . - PMID 19830557 .
23. ↑ EBRD Methodology for Assessment of Greenhouse Gas Emissions, Version 7, 6 July 2010 архівна копія від 13 травня 2015 на Wayback Machine (Англ.)
24. ↑ Non-CO2 Greenhouse Gases: Scientific Understanding, Control and Implementation (Ed. J. van Ham, Springer 2000, ISBN 9780792361992 ): 4. Impact of methane on climate, page 30 «On a molar basis, an additional mole of methane in the current atmosphere is about 24 times more effective at absorbing infrared radiation and affecting climate than an additional mole of carbon dioxide (WMO, 1999) »