Реферат — Метан — скачати безкоштовно

Атом вуглецю в молекулі метану знаходиться в стані sp3-гібридизації. В результаті перекриття чотирьох гібридних орбіталей атома вуглецю з s-орбіталями атомів водоорда утворюється дуже міцна молекула метану.

Метан-газ без кольору та запаху, легший за повітря, малорозчинний у воді. Граничні вуглеводні здатні горіти, утворюючи оксид вуглецю (IV) та воду. Метан горить блідим синім полум’ям: CH4+2O2=2H2O

У суміші з повітрям (або з киснем, особливо у співвідношенні за обсягом 1:2, що видно з рівняння реакції) метан утворює вибухові суміші. Тому він небезпечний як у побуті (витік газу через крани), так і в шахтах. При неповному згорянні метану утворюється сажа. Так її одержують у промислових умовах. У присутності каталізаторів при окисленні метану одержують метиловий спирт та формальдегід.

При сильному нагріванні метан розпадається за рівнянням:CH4=C+2H2

У печах спеціальної конструкції розпад метану може бути здійснений до проміжного продукту-ацителену:

2CH4=C2H 2+3H2

Для метану характерні реакції заміщення. На світлі або звичайній температурі галогени-хлор та бром-поступово (по стадіях) витісняють з молекули метану водень, утворюючи так звані галогенопохідні. Атоми хлору замінюють атоми водню в ній з утворенням суміші різних сполук:

CH3Cl-хлорметану (хлористого метилу),CH2Cl2-дихлорметану,CHCl3-трихлорметану,CCl4-тетрахлорметану

З цієї суміші кожне з’єднання може бути виділено. Важливе значення мають хлороформ і тетрахлорметан як розчинники смол, жирів, каучуку та інших органічних речовин.

Утворення галогенопохідних метану протікають ланцюговим вільнорадикальним механізмом. Під впливом світла молекули хлору розпадаються на неорганічні радикали:Cl2=2Cl

Неорганічний радикал Cl відриває від молекули метану атом водню з одним електроном, утворюючи HCl та вільний радикал CH3 H H

H:C_| H+Cl=H:C +HCl

H| H

Вільний радикал взаємодіє з молекулою хлору Cl2 ,утворюючи галогенопроизводное і радикал хлору:

CH3+Cl_| Cl=CH3-Cl+Cl

|

Метан при звичайній температурі має більшу стійкість до кислот, лугів і багатьох окислювачів. Однак він вступає в реакцію з азотною кислотою:

CH4+HNO3=CH3NO2 +H2O

нітрометан

Метан не здатний до реакцій приєднання, оскільки в його молекулі всі насичені валентності.

Наведені реакції заміщення супроводжуються розривом зв’язків СН. Однак відомі процеси, при яких відбувається не тільки розщеплення зв’язків CH, але й розрив ланцюга вуглецевих атомів (у гомологів метану). Ці реакції протікають при високих температурах та при присутності каталізаторів. Наприклад:

C4H10+H2 -процес дегідрогізації

C4H10-|

C2H6 + C2H4-крекінг

Одержання метану.

Метан широко поширений у природі. Він є головною складовою багатьох горючих газів як природних (90-98%), так і штучних, що виділяються при сухій перегонці дерева, торфу, кам’яного вугілля, а також при крекінгу нафти.

Метан виділяється з дна боліт і з кам’яновугільних пластів у рудниках, де він утворюється при повільному розкладанні рослинних залишків без доступу повітря, тому метан часто називають болотним газом або рудничним газом

У лабораторних умовах метан одержують при нагріванні суміші ацетату натрію з гідроксидом натрію:

200 * C

CH3 | COONa + NaO | H = Na2CO3 + CH4 |

або при взаємодії карбіду алюмінію з водою:

Al4C3 +12H2O=4Al(OH)3 +3CH4|

У разі метан виходить дуже чистим.

Метан може бути отриманий із простих речовин при нагріванні в присутності каталізатора: Ni

C+2H2=CH4

А також синтезом на основі водяного газу

Ni

CO+3H2 = CH4 + H2O

Гомологи метану, як і метан, в лабораторних умовах отримують прожарювання солей відповідних органічних кислот з лугами. Інший метод-реакція Вюрца, тобто. нагрівання моногалогенопохідних з металевим натрієм, наприклад

C2H5|Br+2Na+Br|C2H5=C2H5-C2H5+2NaBr

У техніці для отримання синтетичного бензину (суміш вуглеводнів, що містять 6-10 атомів вуглецю) застосовують синтез оксиду вуглецю (II) і водню в присутності каталізатора (з’єднання кобальту) і при підвищеному тиску. Процес можна виразити рівнянням:

200*С

nCO+(2n+1)H2=CnH2n+2+nH2O

Застосування алканів

Завдяки великій теплотворній здатності метан у великих кількостях витрачається як паливо (у побуті-побутовий газ і в промішленості. Широко застосовуються одержувані з нього речовини: водень, ацителен, сажа. Він служить вихідною сировиною для отримання формальдегіду, метилового спирту, а також різних синтетичних продуктів

Велике промислове значення має окислення вищих граничних вуглеводнів-парафінів з числом вуглецевих атомів 20-25.

Рідкі вуглеводні використовуються як пальне (вони входять до складу бензину та гасу). Алкани широко використовуються в органічному синтезі.

© Реферат плюс