Methan

chemická sloučenina From Wikipedia, the free encyclopedia

Methan
Remove ads

Methan (mimo chemii dle PČP metan) neboli podle systematického názvosloví karban je nejjednodušší alkan, a tedy i nejjednodušší stabilní uhlovodík vůbec. Při pokojové teplotě je to netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch (relativní hustota 0,55 při 20 °C).

Stručná fakta Obecné, Systematický název ...
Thumb
Geometrie molekuly methanu. Červenými linkami naznačen opsaný čtyřstěn
Thumb
3D model methanu s vyznačenými hybridizovanými orbitaly sp3
Remove ads

Příprava

Hlavním zdrojem methanu je přírodní surovina zemní plyn. Přímá příprava sloučením uhlíku s vodíkem je prakticky nemožná, vzhledem k tomu, že by uhlík musel být nejprve převeden do plynného stavu. Teoreticky však lze methan připravit dvoustupňovou syntézou přes sirouhlík

C + 2 S → CS2,

který pak reakcí se sulfanem (sirovodíkem) a mědí dá methan

CS2 + 2 H2S + 8 Cu → CH4 + 4 Cu2S.

Jinou možností je reakce karbidu hliníku s vodou

Al4C3 + 12 H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3.

Laboratorně se dá připravit žíháním směsi octanu sodného s hydroxidem sodným (natronovým vápnem)

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.
Remove ads

Vlastnosti

Molekula methanu má symetrii pravidelného čtyřstěnu (bodová grupa symetrie Td), v jehož těžišti se nachází uhlíkový atom a v jehož vrcholech se nacházejí vodíkové atomy. Díky této vysoké symetrii je celkově molekula methanu nepolární, přestože vazby H–C slabou polaritu vykazují.

Methan může reagovat explozivně s kyslíkem

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

Bod samovznícení je sice velmi vysoký (595 °C, teplota vznícení při koncentraci 8,5 % je 537 °C), ale stačí např. elektrická jiskra nebo otevřený plamen a směs methanu se vzduchem může být přivedena k výbuchu (minimální iniciační energie je 0,28 mJ). Přitom meze výbušnosti jsou značně velké, od 4,4 do 15 objemových procent. Proto je nezbytně nutné průběžně sledovat koncentraci methanu (důlního plynu) v uhelných dolech, aby se předešlo katastrofám. Podobně prudce může methan reagovat i s plynným chlorem, je-li reakce iniciována prudkým zahřátím. Za normální teploty probíhá pomalu čtyřstupňově za vzniku chlorovaných derivátů methanu

  1. CH4 + Cl2CH3Cl + HCl,
  2. CH3Cl + Cl2CH2Cl2 + HCl,
  3. CH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HCl,
  4. CHCl3 + Cl2CCl4 + HCl.

Podobně reaguje i s jinými halogeny. Jinak je málo reaktivní.

Dokonalé hoření methanu
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Nedokonalé hoření methanu
CH4 + O2 → 2H2O + C, nebo
2CH4 + 3O2 → 4H2O + 2CO
Remove ads

Výskyt v přírodě

Methan se přirozeně vyskytuje na Zemi:

  • v atmosféře, kam se dostává zejména jako produkt rozkladu látek biogenního původu (bioplyn), nebo jako produkt metabolismu velkých přežvýkavců, také z termitišť a z rýžových polí.
  • v podzemí:
  • rozpuštěný ve vodě některých jezer, zvláště v Africe (např. jezero Kivu mezi Rwandou a Kongem)
  • tvoří bublinky pod ledem rozmrzajícího permafrostu, například na Sibiři
Thumb
Bubliny methanu, unikajícího ze dna Abrahamova jezera

Přítomnost ve vesmíru

Ve vesmíru byl nalezen v plynných mračnech v mezihvězdném prostoru.

Dále je obsažen v atmosférách velkých planet (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) sluneční soustavy. V pevném stavu je součástí tzv. ledových měsíců velkých planet a tvoří zřejmě nezanedbatelnou část hmoty transneptunických těles, případně je vysrážen ve formě ledu nebo jinovatky na jejich povrchu (např. Pluto). Byl také prokázán v komách komet.

Původ na Zemi

Na Zemi pochází asi 90 % metanu z produkce živých organismů, menší část vzniká při geologických aktivitách (např. tavením magmatu). Mezi přírodní zdroje patří mokřady (hnilobné procesy), lesy, mořské ekosystémy a také mikroorganismy v trávicím ústrojí živočichů (například archea v trávicím traktu skotu). Dalším zdrojem je těžba a spalování fosilních paliv, zemědělství (chov skotu) a skládky.[2]

Podle studie z Institutu pro arktický a alpinský výzkum z roku 2024 jsou za růst koncentrace metanu v atmosféře Země v posledních letech[kdy?] zodpovědné mikroorganismy a nikoliv fosilní paliva. Původně bylo odhadováno, že fosilní zdroje mohou až za 30 % produkce, což studie zpochybňuje na základě obsahu izotopu uhlíku 13C. Zda je zvýšení produkce metanu z mikrobiálních zdrojů přírodního původu nebo důsledek lidské činnost, zatím není jasné.[2]

Ve vesmíru však bez dalších podkladů nelze původ metanu prokázat.[3] Zprávy některých médií, které z objevu metanu usuzují na existenci života ve vesmíru, jsou proto považovány za nepodložené.[4]

Remove ads

Použití

Thumb
Automobil poháněný na stlačený zemní plyn.

Hlavní oblastí použití methanu je energetika, kde slouží ve směsi s jinými uhlovodíky jako plynné palivo. V automobilové dopravě představuje jednu z pohonných látek, pod označením CNG (Compressed Natural Gas), stlačený zemní plyn, jehož hlavní složku tvoří právě methan.

Methan je spolu s kyslíkem používán jako palivo pro raketové motory vesmírné lodi Starship.[5]

V chemickém průmyslu se používá především k výrobě oxidu uhličitého dokonalým spalováním se vzduchem a při nedokonalém spalování k výrobě sazí používaných jako plnidlo a barvivo v gumárenském průmyslu. Pyrolýzou (tepelným rozkladem) za nepřístupu vzduchu se vyrábí ethyn (acetylen) a vodík.

Remove ads

Ekologické účinky

Thumb
Historická atmosférická proxy data koncentrace metanu a oxidu uhličitého během posledních dob ledových
Thumb
Změna koncentrace během posledních 2 tisíciletí
Thumb
Měřená koncentrace atmosférického metanu na hoře Mauna Loa od roku 1987

Vzhledem k tomu, že methan silně absorbuje infračervené záření, patří mezi významné skleníkové plyny zvyšující teplotu zemské atmosféry (je přibližně 20krát účinnější než oxid uhličitý, ale jeho obsah v atmosféře je oproti tomu asi 200krát menší než u oxidu uhličitého: 0,0002 % methanu a 0,04 % oxidu uhličitého, takže jeho vliv je přibližně 10krát menší).[pozn. 1] Metan se v atmosféře rozpadá během 10 až 12 let, takže jeho působení je sice intenzivnější než CO2, ale krátkodobější.[2]

Produkují ho (prostřednictvím mikrobů)[6] hlavně mokřady, dále hospodářská zvířata a v menší míře průmysl a skládky.[7] Významným producentem jsou ale i jezera[8] a fjordy.[9] Byly objeveny i další zdroje: mořští mlži,[10][11] či některé ledovce.[12] Produkují ho i stromy.[13] Zhruba polovina emisí methanu je z vodních ekosystémů.[14] Studie dříve uvažovaly, že vlivem globálního oteplování se bude methan uvolňovat i z oceánu[15] či tundry; nejnovější výzkumy však ukazují, že tomu tak být nemusí.[16] Uvolňování metanu se také nadhodnocovalo.[17]

Methan je v atmosféře oxidován především působením hydroxylových radikálů. Dosavadní scénáře budoucího vývoje klimatu vycházejí z představy, že spolu s nárůstem koncentrace metanu bude v množství hydroxylových radikálů v atmosféře ubývat. Dlouhodobé sledování troposféry podalo důkaz, že koncentrace radikálu OH neklesají.[18] Jeho molekuly opětovně vznikají působením slunečního záření. Jedním zdrojem jsou oxidy dusíku, druhým pak vodní pára a ozon za přispění ultrafialového záření v nižších vrstvách atmosféry.

Remove ads

Odkazy

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads