Metán

Metán
2 dimenziós szerkezet	3 dimenziós szerkezet
IUPAC-név	metán
Szabályos név	karbán
Kémiai azonosítók
CAS-szám	74-82-8
PubChem	297
ChemSpider	291
EINECS-szám	200-812-7
SMILES C
InChI 1S/CH4/h1H4
InChIKey	VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	CH4
Moláris tömeg	16,053 g/mol
Megjelenés	színtelen, szagtalan
Halmazállapot	gáz
Sűrűség	0,717 kg/m³
Olvadáspont	−182,5 °C
Forráspont	−161,6 °C
Oldhatóság (vízben)	3,5 mg/100 ml (17 °C)
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet	tetraéderes
Termokémia
Std. képződési entalpia ΔfHo298	−74,9 kJ/mol
Égés standard- entalpiája ΔcHo298	−891 kJ/mol
Veszélyek
EU osztályozás	Fokozottan tűzveszélyes (F+)
EU Index	601-002-00-4
NFPA 704	4 2 0
R mondatok	R12
S mondatok	(S2), S9, S16, S33
Az infoboxban SI-mértékegységek szerepelnek. Ahol lehetséges, az adatok standardállapotra (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. Az ezektől való eltérést egyértelműen jelezzük.

A metán egy telített szénhidrogén, az alkánok (paraffinok) homológ sorának első tagja. Összegképlete CH₄, szerkezete: a központi atom, a C-atom körül a ligandumok, a H-atomok tetraéderesen helyezkednek el. A C-H kötésszög 109,5 fokos. A molekulában 4 szigma-kötés található.

Fizikai tulajdonságai

Színtelen, szagtalan gáz. A metán apoláris molekula, mivel a ligandumok azonosak, és a központi atomon nincs nemkötő elektronpár. Molekularácsban kristályosodik, halmazában gyenge diszperziós kölcsönhatás lép fel. Apoláris oldószerekben jól oldódik. Vízben légköri nyomáson alig oldódik, de nyomás alatt klatrát típusú vegyületet, metán-hidrátot képez. Alacsony olvadás- és forráspontú anyag a gyenge kötőerők miatt. A levegőnél kisebb sűrűségű, ezért felfelé száll, szájával lefelé fordított kémcsőben lehet felfogni. Levegővel robbanóelegyet alkot (sújtólég). A metán a legredukáltabb szénvegyület.

Kémiai tulajdonságok

A metán gyúlékony vegyület. Tökéletes égésének egyenlete (a valóságban tökéletes égés soha nem jön létre):

CH₄ + 2 O₂ = CO₂ + 2 H₂O

Klórral szobahőmérsékleten sötétben nem reagál, de 300 °C hőmérsékleten vagy UV-sugárzás hatására beindul a reakció (gyökös (S_R) láncreakció).

CH₄ + Cl₂ = CH₃· (metilgyök) + Cl· + HCl (→klórmetán)

CH₄ + 2 Cl₂ = ·CH₂·(metiléngyök) + 2Cl· + 2HCl (→diklórmetán)

CH₄ + 3 Cl₂ = :CH· (metingyök) + 3Cl· + 3 HCl (→triklórmetán)

CH₄ + 4 Cl₂ = :C: + 4 Cl· + 4 HCl (→tetraklórmetán)

A többi halogénnel (X = F, Br, I) is reagál:

CH₄ + X₂ → CH₃X +HX

Kénnel magas hőfokon (6-700 °C), alumínium-oxid katalizátor jelenlétében szén-diszulfid és kén-hidrogén keletkezik:

2 CH₄ + S₈ → 2 CS₂ + 4 H₂S

Ipari szempontból fontos reakciója a vízgőzzel való reakció (Ni katalizátor és magas hőmérséklet):

CH₄ + H₂O_(g) = CO + 3 H₂

A CO-H₂ bármilyen arányú elegye a szintézisgáz.

Előfordulás, előállítás

A metán a földgáz fő alkotórésze, előfordul még kisebb mennyiségben a kőolajban is. Keletkezhet állati és növényi részek rothadásakor. A metanogén baktériumok tevékenységének eredményeképpen fejlődő mocsárgáz is jelentős metántartalmú gázelegy. Gyakran öngyulladó foszfor-hidrogén is van benne, így a keletkező metán is meggyullad: ez a lidércfény. Előfordul még a szénbányákban, a metán okozza a sújtólégrobbanást.

Előállítható laboratóriumban az ecetsav dekarboxilezésével, hevítéssel:

CH₃COOH + 2 NaOH = Na₂CO₃ + CH₄ + H₂O

Éghajlat-módosító szerepe

A metán a természetben is előforduló üvegházhatású gáz, amely főként a szerves anyagok rothadási folyamataiból eredhet. A legnagyobb veszélyforrást ebben az esetben az olvadó tundraövezetek mocsári és lápterületeinek kibocsátása jelentik. Az emberi tevékenység nyomán az energiaszektor, a mezőgazdaság (rizstermesztés, állattenyésztés), a hulladékgazdálkodás és szennyvízkezelés révén jut a legtöbb metán a légkörbe, de a kőolaj- és földgáz-kitermelés során, valamint a földgázszállító csővezetékek repedéseiből származó metánmennyiség is fokozza a felmelegedést. Nagyjából 20%-ban felelős a napjainkban tapasztalható éghajlatváltozásért, a globális felmelegedésért.

A metánkibocsátással és a klímaváltozásra gyakorolt hatásával kapcsolatban több kutatás is zajlik. Ezek közt kiemelkednek a tengerek és óceánok metánkibocsátásáról és tárolásáról folyó kutatások. Például orosz kutatók a Jeges-tengeren egy 26 ezer négyzetkilométernyi területén több mint száz jelentős metánbuborék-kiáramlást fedeztek fel, amely éghajlat-módosító hatását jelentősnek értékelték.

Felhasználás

Égése erősen exoterm reakció, így fűtésre használják. Vízgőzzel való reakciójakor (1000 °C, nikkel katalizátor jelenlétében) keletkezik a szintézisgáz (CO és H₂ bármilyen arányú elegye), melyből sok fontos szerves vegyületet pl. metanolt állíthatnak elő, ezért fontos vegyipari alapanyag.

További információk

• A Wikimédia Commons tartalmaz Metán témájú kategóriát.