Methan

Geometrie molekuly methanu. Červenými linkami naznačen opsaný čtyřstěn hybridizovanými orbitaly sp3 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).

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. +more 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.

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 samozážehu 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). +more 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.

# CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl, # CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl, # CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl, # CHCl3 + Cl2 → CCl4 + 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

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 rýžovišť. * v podzemí: ** jako hlavní složka zemního plynu ** jako součást důlního plynu v dolech ** rozpuštěný v ropě * rozpuštěný ve vodě některých jezer, zvláště v Africe (např. +more jezero Kivu mezi Rwandou a Kongem) * tvoří bublinky pod ledem rozmrzajícího permafrostu, například na Sibiři 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. +more 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).

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

Použití

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.

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.

Ekologické účinky

Historická atmosférická proxy data koncentrace metanu a oxidu uhličitého během posledních dob ledových +moresvg|náhled|vpravo'>Změna koncentrace během posledních 2 tisíciletí 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).

Produkují ho hlavně mokřady, dále hospodářská zvířata a v menší míře průmysl a skládky. Významným producentem jsou ale i jezera a fjordy. +more Byly objeveny i další nečekané zdroje: mořští mlži, či některé ledovce. Produkují ho i stromy. Zhruba polovina emisí methanu je z vodních ekosystémů. Studie dříve uvažovaly, že vlivem globálního oteplování se bude methan uvolňovat i z oceánu či tundry; nejnovější výzkumy však ukazují, že tomu tak být nemusí. Uvolňování metanu se také nadhodnocovalo.

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. +more Dlouhodobé sledování troposféry podalo důkaz, že koncentrace radikálu OH neklesají. 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.

Odkazy

Poznámky

Reference

Literatura

Ibler Z. a kol.: Energetika technický průvodce, 2002 BEN - technická literatura,

Související články

Bioplyn * Anaerobní digesce * Abrahamovo jezero

Externí odkazy

[url=https://web. archive. +moreorg/web/20051201091519/http://www. airliquide. com/en/business/products/gases/gasdata/index. asp. GasID=41]Methane, CH4, Physical properties, safety[/url] * [url=http://www. umweltlexikon-online. de/fp/archiv/RUBwerkstoffmaterialsubstanz/Methan. php]Umweltlexikon[/url] * [url=http://www. blisty. cz/art/42889. html]Metanová časovaná bomba[/url] (o ekologických účincích metanu).

Kategorie:Alkany Kategorie:Paliva Kategorie:Zemní plyn Kategorie:Plynná paliva Kategorie:Uhlovodíková paliva Kategorie:Bioplyn Kategorie:Skleníkové plyny Kategorie:Kaustobiolity Kategorie:Uhlík