Метан – первый представитель ряда алканов с формулой CH4. Это бесцветный природный газ без запаха. Благодаря своим физическим и химическим свойствам метан используется в качестве топлива.

Строение

Молекула метана представляет собой тетраэдр, в центре находится углерод, связанный простыми (одинарными) σ-связями с атомами водорода. Строение и свойства молекулы метана важны для понимания всей органической химии, поскольку большинство органических соединений содержат метильные группы -СН2.

Свойства метана

Рис. 1. Строение молекулы метана.

Метан образует гомологический ряд алканов. Каждый последующий гомолог отличается от предыдущего группой -CH2. Из-за своей тетраэдрической конфигурации длинные молекулы алканов выглядят как изогнутые цепи.

Получение

Метан — распространенный газ во Вселенной. Он содержится в природном и попутном газе, образуется на дне моря и выделяется как конечный продукт жизнедеятельности кишечных бактерий. Метан входит в состав атмосферы планет-гигантов. На поверхности Титана, спутника Сатурна, расположены этано-метановые озера и реки.

Свойства метана

Рис. 2. Спутник Титан.

В промышленности метан отделяют от природного газа и получают путем коксования (прокаливания) угля.

В лаборатории метан образуется при нагревании сухого гидроксида натрия с уксусной кислотой, а также при плавлении ацетата с гидроксидом натрия:

  • 2NaOH + CH3COOH → Na2CO3 + H2O + CH4;
  • CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.

Впервые метан обнаружил на болотах физик Алессандро Вольта в 1776 году. Два года спустя он выделил из болотного газа чистый метан.

Свойства

Основные физические характеристики:

  • легче воздуха;
  • без запаха и вкуса;
  • плохо растворяется в воде;
  • молекулярная масса — 16;
  • температура плавления – -182,49°С;
  • температура кипения — -161,56°С;
  • температура вспышки – -188°С;
  • температура самовоспламенения – 537,8°С.

Метан определяет физико-химические свойства гомологического ряда алканов. В обычных условиях метан и его гомологи неактивны и реагируют под действием высокой температуры и катализатора. Для разрыва связи CH необходимы дополнительные условия.

Основные реакции метана:

  • нитрование:
    СН4 + HONO2 → CH3-NO2 + H2O;
  • галогенирование:
    СН4 + Cl2 → CH3Cl + HCl;
  • сульфохлорирование:
    CH4 + SO2 + Cl2 → CH3-SO2Cl + HCl↑;
  • каталитическое окисление под действием солей меди и марганца:
    2СН4 + О2 -> 2СН3ОН;
  • полное окисление (сгорание):
    СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О + Q;
  • паровое окисление:
    СН4 + Н2О → СО + 3Н2;
  • крекинг (способ переработки нефти):
    2CH4 -> HC=CH + 3H2.

Свойства метана

Рис. 3. Горение метана.

Концентрация метана в воздухе более 4 % взрывоопасна. Поэтому метану специально придают запах, смешивая газ с тиолами, содержащими серу. Это помогает контролировать утечку бытового газа.

Что мы узнали?

Метан — простейший представитель класса алканов, образующий гомологический ряд. Это бесцветный горючий газ, выделяющийся из природного газа и образующийся при коксовании угля. В качестве топлива используется метан. Самовоспламеняется при высоких температурах. Газ подвергается нитрованию, галогенированию, сульфохлорированию, окислению под воздействием катализатора, водяного пара, горению, а также крекингу, применяемому при нефтепереработке.