Tổng quan về khí Mêtan

Mêtan, với công thức hóa học là CH4, là một hydrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng ankan. Mêtan là hydrocacbon đơn giản nhất. Ở điều kiện tiêu chuẩn, mêtan là chất khí không màu, không vị. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ cháy. Một mét khối mêten ở áp suất thường có khối lượng 717 g.Mêtan nguyên chất không mùi, nhưng khi được dùng trong công nghiệp, nó thường được trộn với một lượng nhỏ các hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi mạnh như etyl mecaptan để dễ phát hiện trong...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng quan về khí MêtanMêtanMêtan, với công thức hóa học là CH4, là một hydrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng ankan.Mêtan là hydrocacbon đơn giản nhất. Ở điều kiện tiêu chuẩn, mêtan là chất khí không màu,không vị. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ cháy. Một mét khối mêten ở ápsuất thường có khối lượng 717 g.Mêtan nguyên chất không mùi, nhưng khi được dùng trong công nghi ệp, nó thường đ ược trộnvới một lượng nhỏ các hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi mạnh như etyl mecaptan để dễ pháthiện trong trường hợp bị rò rỉ.Mêtan là thành phần chính của khí tự nhiên, khí dầu mỏ, khí bùn ao, đầm lầy. Nó được tạo ratrong quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá. Mêtan có nhiều ứng dụng, chủ yếudùng làm nhiên liệu. Đốt cháy 1 mol mêtan có mặt ôxy sinh ra 1 mol CO2 (cacbon dioxit) và 2 molH2O (nước): CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OMêtan là một khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 năm mỗi kg mêtan làm ấm TráiĐất gấp 23 lần 1 kg CO2.Ảnh hưởng đến sức khoẻMetan hoàn toàn không độc. Nguy hiểm đối với sức khỏe là nó có th ể gây b ỏng nhi ệt. Nó d ễcháy và có thể tác dụng với không khí t ạo ra sản phẩm dễ cháy nổ. Mêtan r ất ho ạt đ ộng đ ối v ớicác chất ôxi hoá, halogen và một vài hợp chất của halogen. Mêtan là một chất gây ng ạt và cóthể thay thế ôxy trong điều kiện bình thường. Ngạt hơi có thể xảy ra nếu mật đ ộ oxy h ạ xuốngdưới 18%.Phản ứngPhản ứng cháyTrong phản ứng cháy của mêtan có một số bước. Trước tiên, mêtan t ạo ra gốc metyl (CH3), gốcnày phản ứng với ôxy sinh ra formaldehyde(HCHO hoặc H2CO) cho gốc formyl (HCO) để tạothành cacbon monoxit. Quá trình này được gọi là sự nhiệt phân ôxi hoá: CH4 + O2 → CO2 + H2OSau đó, hidro bị ôxi hóa tạo ra H2O và giải phóng nhiệt. Quá trình này diễn ra rất nhanh, thườngchưa tới một phần nghìn giây. H2 + ½ O2 → H2OCuối cùng, CO bị ôxi hóa tạo thành CO2, và giải phóng thêm nhiệt. Quá trình này chậm hơn quátrình trên và thường mất vài phần nghìn giây để phản ứng. CO + ½ O2 → CO2Hoạt hóa HydroLiên kết cộng hóa trị giữa C-H trong metan thuộc loại bền nhất trong hydrocacbon. Tuy nhiên,metan vẫn là nguyên liệu khởi đầu chính trong sản xuất Hydro. Vi ệc tìm ki ếm các xúc tác có tácdụng thúc đẩy dễ dàng sự hoạt hóa Hydro trong metan và các ankan bậc thấp khác là một lĩnhvực nghiên cứu khá quan trong trong công nghiệp.Tác dụng với HalogenMêtan phản ứng với Halogen cho ra Mêtylhalogenic và axít Halogenhidric, ví dụ mêtan phản ứngvới Clo trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều giai đoạn : CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HClPhản ứng phân hủyMetan có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000oC : CH4 → C + 2H2hoặc khi tác dụng với Cl2 dưới ánh sáng trực tiếp : CH4 + 2Cl2 → C + 4HClCách sản xuất+ Từ nhôm cacbua Al4C3 Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4↑ Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4↑+ Từ CH3-COONa (phản ứng vôi tôi xút) CH3-COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4↑+ Phản ứng trực tiếp có xúc tác Niken (hiệu suất rất thấp) C + 2H2 → CH4 • Từ CO CO + 3H2 → H2O + CH4↑+Từ đường glucose (C6H12O6) C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4Ứng dụngNhiên liệuMêtan là một nhiên liệu quan trọng. So với than đá, đốt cháy mêtan sinh ra ít CO2 trên mỗi đơnvị nhiệt giải phóng. Ở nhiều nơi, mêtan được dẫn t ới t ừng nhà nhằm m ục đích sưởi ấm và nấuăn. Nó thường được biết tới với cái tên khí thiên nhiên.Trong công nghiệpMêtan được dùng trong nhiều phản ứng hóa công nghiệp và có thể đ ược chuyên ch ở d ưới d ạngkhí hóa lỏng. Trong hóa công nghiệp, mêtan là nguyên liệu sản xuất hydro, methanol, axitaxetic và anhydrit axetic.Mêtan trong khí quyển Trái ĐấtMêtan trong khí quyển là một khí gây hiệu ứng nhà kính. Mật độ của nó đã tăng khoảng 150%từ năm 1750 và đến năm 1998, mật độ trung bình của nó trên bề mặt Trái Đất là 1745 ppb. Mậtđộ ở bán cầu Bắc cao hơn vì ở đó có nhiều nguồn mêtan hơn (cả thiên nhiên l ẫn nhân t ạo). M ậtđộ của mêtan thay đổi theo mùa, thấp nhất vào cuối mùa hè.Quá trình phân huỷCơ chế phá hủy chính của mêtan trong khí quyển là qua tác dụng với g ốc hydroxit (.OH): CH4 + ·OH → ·CH3 + H2OPhản ứng này diễn ra ở tầng đối lưu làm cho mêtan tồn tại được trong khoảng 9,6 năm.Sự giải phóng đột ngột của sàng mêtanỞ áp suất lớn, ví dụ như ở dưới đáy đại dương, mêtan tạo ra một dạng sàng rắn v ới nước, đ ượcgọi là mêtan hydrat. Một số lượng chưa xác định nhưng có lẽ là rất nhiều mêtan bị giữ l ại dướidạng này ở đáy biển. Sự giải phóng đột ngột của một thể tích l ớn mêtan t ừ nh ững nơi đó vào khíquyển là một giả thuyết về nguyên nhân dẫn tới những hiện tượng Trái Đất nóng lên trong quákhứ xa, đỉnh cao là khoảng 55 triệu năm trước.Một tổ chức đã ước tính trữ lượng quặng mêtan hydrat dưới đáy đ ại d ương vào khoảng 10 tri ệutriệu tấn (10 exagram). Giả thuyết rằng nếu Trái Đất nóng lên ...