Methane ( hoặc ) là một hợp chất hóa học với công thức hóa học CH4 (một nguyên tử carbon và bốn nguyên tử của hydro). Nó là một hydride nhóm 14 và là alkan đơn giản nhất, và là thành phần chính của khí tự nhiên. Sự phong phú tương đối của khí methan trên Trái Đất làm cho nó trở thành một loại nhiên liệu hấp dẫn, mặc dù việc thu giữ và lưu trữ nó đặt ra những thách thức do trạng thái khí của nó trong điều kiện bình thường về nhiệt độ và áp suất.
Methane Open tự nhiên được tìm thấy cả dưới mặt đất và dưới đáy biển, và được hình thành bởi cả quy trình địa chất và sinh học. Hồ chứa khí methan lớn nhất nằm dưới đáy biển dưới dạng clathrat methan. Khi khí methan đến mặt phẳng và khí quyển, nó được gọi là khí methan trong khí quyển. [ 7 ] Nồng độ khí methan trong khí quyển của Trái Đất đã tăng khoảng chừng 150 % kể từ năm 1750 và nó chiếm 20 % tổng lượng bức xạ cưỡng bức từ toàn bộ những loại khí nhà kính sống sót lâu dài hơn và hỗn hợp trên toàn thế giới. [ 8 ] Khí methan cũng đã được phát hiện trên những hành tinh khác, gồm có Sao Hỏa, và có ý nghĩa so với điều tra và nghiên cứu sinh vật học. [ 9 ]
Mục lục nội dung
Thuộc tính và link[sửa|sửa mã nguồn]
Methane là một phân tử tứ diện có bốn liên kết C-H tương đương. Cấu trúc điện tử của nó được mô tả bởi bốn quỹ đạo phân tử liên kết (molecular orbital) do sự chồng chéo của các quỹ đạo hóa trị trên C và H. MO năng lượng thấp nhất là kết quả của sự chồng lấp của quỹ đạo 2s trên carbon với sự kết hợp cùng pha của quỹ đạo 1s trên bốn nguyên tử hydro. Trên mức năng lượng này là một tập hợp các MO suy biến ba lần liên quan đến sự chồng chéo của các quỹ đạo 2p trên carbon với các tổ hợp tuyến tính khác nhau của các quỹ đạo 1s trên hydro. Sơ đồ liên kết “ba trên một” kết quả phù hợp với phép đo phổ quang điện tử.
Bạn đang đọc: Methan – Wikipedia tiếng Việt
Ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, methan là một loại khí không màu, không mùi. [ 10 ] Mùi khí tự nhiên quen thuộc được sử dụng trong nhà đạt được bằng cách thêm chất tạo mùi, thường là hỗn hợp có chứa tert-butylthiol, như một giải pháp bảo đảm an toàn. Khí methan có nhiệt độ sôi − 164 ° C ( − 257,8 ° F ) ở áp suất của một bầu khí quyển. [ 11 ] Là một chất khí, nó dễ cháy trong một khoanh vùng phạm vi nồng độ ( 5,4 – 17 % ) trong không khí ở áp suất tiêu chuẩn .Methane rắn sống sót trong một số ít đa hình. Hiện tại chín thù hình của chất này được biết đến. [ 12 ] Làm lạnh methane ở áp suất thông thường dẫn đến sự hình thành methan I. Chất này kết tinh trong mạng lưới hệ thống khối ( nhóm khoảng trống Fm 3 m ). Vị trí của những nguyên tử hydro không cố định và thắt chặt trong methan I, tức là những phân tử methan hoàn toàn có thể xoay tự do. Do đó, nó là một tinh thể nhựa. [ 13 ]
Tính chất hóa học[sửa|sửa mã nguồn]
Phản ứng oxy hóa trọn vẹn ( Phản ứng cháy )[sửa|sửa mã nguồn]
Trong phản ứng cháy của methan có một số ít bước. Trước tiên, methan tạo ra gốc metyl ( CH3 ), gốc này phản ứng với oxy sinh ra formaldehyde ( HCHO ) cho gốc formyl ( HCO ) để tạo thành carbon monoxit. Quá trình này được gọi là sự nhiệt phân oxy hóa :
- CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (ΔH = −891 kJ/mol ở 25oC, 1 atm)
Sau đó, hydro bị oxy hóa tạo ra H2O và giải phóng nhiệt. Quá trình này diễn ra rất nhanh, thường chưa tới một phần nghìn giây .
- 2H2 + O2 → 2H2O
Cuối cùng, CO bị oxy hóa tạo thành CO2, và giải phóng thêm nhiệt. Quá trình này chậm hơn quy trình trên và thường mất vài phần nghìn giây để phản ứng .
- 2CO + O2 → 2CO2
Phản ứng oxy hóa không trọn vẹn[sửa|sửa mã nguồn]
Được dùng trong sản xuất formaldehyd, bột than, khí đốt, …
CH4 + O2 → 200atm, 300oC
HCHO + H2O
{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 ->[200atm, 300oC] HCHO + H2O}}}
![{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 ->[200atm, 300oC] HCHO + H2O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2d16e3035e8f6cd66e09a6c19e2b5a43ae631ca)
2CH4 + O2 → 500oC, Ni2CO + 4H2 {\displaystyle {\ce {2CH4 + O2 ->[500oC,Ni]2CO + 4H2}}}
![{\displaystyle {\ce {2CH4 + O2 ->[500oC,Ni]2CO + 4H2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cfa3c575f34a34bc1a30355fef30d31429451c6)
CH4 + O2 ⟶ C + H2O {\displaystyle {\ce {CH4 + O2 -> C + H2O}}}
Phản ứng nhiệt phân methan :[sửa|sửa mã nguồn]
Methan bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh methan với 1 lượng nhỏ oxy ở nhiệt độ khoảng chừng 1500 oC :
2CH4 ⟶ C2H2 + 3H2 {\displaystyle {\ce {2CH4 -> C2H2 + 3H2}}}
Oxi được dùng để đốt cháy 1 phần methan, phân phối thêm nhiệt cho phản ứng .
Hoạt hóa Hydro[sửa|sửa mã nguồn]
Liên kết cộng hóa trị giữa C-H trong methan thuộc loại bền nhất trong hydrocarbon. Tuy nhiên, methan vẫn là nguyên vật liệu khởi đầu chính trong sản xuất Hydro. Việc tìm kiếm những xúc tác có công dụng thôi thúc thuận tiện sự hoạt hóa Hydro trong methan và những alkan bậc thấp khác là một nghành nghề dịch vụ điều tra và nghiên cứu khá quan trọng trong công nghiệp .
Phản ứng thế halogen[sửa|sửa mã nguồn]
Methan phản ứng với Halogen cho ra dẫn xuất halogen của methan và hydro halide.
Xem thêm: LGBT – Wikipedia tiếng Việt
Ví dụ : Methan phản ứng với chlor trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều tiến trình :
- CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
- CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
- CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
- CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl
Phản ứng phân hủy[sửa|sửa mã nguồn]
Methan hoàn toàn có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000 oC [ 14 ] :
- CH4 → C + 2H2
hoặc khi công dụng với Cl2 khi đun nóng hoặc Flo ở điều kiện kèm theo thường, tạo thành muội than và khí axit [ 15 ] :
- CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl
Phương pháp điều chế[sửa|sửa mã nguồn]
- Từ nhôm carbide Al4C3
- Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4↑
- Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4↑
- Từ CH3COONa (phản ứng vôi tôi xút) có xúc tác CaO ở nhiệt độ cao.
- CH 3 COONa + NaOH → t o CH 4 + Na 2 CO 3 { \ displaystyle { \ ce { CH3COONa + NaOH -> [ to ] CH4 + Na2CO3 } } }
![{\displaystyle {\ce {CH3COONa + NaOH ->[to] CH4 + Na2CO3}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/84e9220c04e20f008b9c5ef57ea98525f728bd60)
- Phản ứng trực tiếp có xúc tác Nickel (hiệu suất rất thấp)
- C + 2 H 2 → N i CH 4 { \ displaystyle { \ ce { C + 2H2 -> [ Ni ] CH4 } } }
![{\displaystyle {\ce {C + 2H2 ->[Ni] CH4}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d688ec203ae4435d36fe00da2b1406997d8828a8)
- Từ CO
- CO + 3H2 → H2O + CH4↑
- Từ đường glucose (C6H12O6)
- C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4
- Từ khí thiên nhiên
- Phản ứng cracking alkan từ 3C trở lên (thường là cracking propan tại propan sẽ cho ra sản phẩm là methan trực tiếp)
C3H8 → cracking
CH4 + C2H4 {\displaystyle {\ce {C3H8 ->[cracking] CH4 + C2H4}}}
![{\displaystyle {\ce {C3H8 ->[cracking] CH4 + C2H4}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b33eb7b57ccba6e353c2b24090dd95307a920e4a)
Methan là một nguyên vật liệu quan trọng. So với than đá, đốt cháy methan sinh ra ít CO2 trên mỗi đơn vị chức năng nhiệt giải phóng. Ở nhiều nơi, methan được dẫn tới từng nhà nhằm mục đích mục tiêu sưởi ấm và nấu ăn. Nó thường được biết tới với cái tên khí vạn vật thiên nhiên. [ 16 ]
Trong công nghiệp[sửa|sửa mã nguồn]
Methan được dùng trong nhiều phản ứng hóa công nghiệp và hoàn toàn có thể được chuyên chở dưới dạng khí hóa lỏng. Trong hóa công nghiệp, methan là nguyên vật liệu sản xuất hydro, methanol, axit axetic và anhydride axetic .
Methan trong khí quyển Trái Đất[sửa|sửa mã nguồn]
Methan trong khí quyển là một khí gây hiệu ứng nhà kính. [ 17 ] Mật độ của nó đã tăng khoảng chừng 150 % từ năm 1750 và đến năm 1998, tỷ lệ trung bình của nó trên mặt phẳng Trái Đất là 1745 pp b. Mật độ ở bán cầu Bắc cao hơn vì ở đó có nhiều nguồn methan hơn ( cả vạn vật thiên nhiên lẫn tự tạo ). Mật độ của methan biến hóa theo mùa, thấp nhất vào cuối mùa hè. [ 18 ]
Quá trình tiêu huỷ[sửa|sửa mã nguồn]
Cơ chế hủy hoại chính của methan trong khí quyển là qua tính năng với gốc hydroxide (. OH ) :
- CH4 + ·OH → ·CH3 + H2O
Phản ứng này diễn ra ở trong tầng đối lưu làm cho methan sống sót được từ 6 đến 9 năm. [ 19 ]
Sự giải phóng bất ngờ đột ngột của sàng methan[sửa|sửa mã nguồn]
Ở áp suất lớn, ví dụ như ở dưới đáy đại dương, methan tạo ra một dạng sàng rắn với nước, được gọi là methan hydrat. [ 20 ] Một số lượng chưa xác lập nhưng có lẽ rằng là rất nhiều methan bị giữ lại dưới dạng này ở đáy biển. Sự giải phóng bất thần của một thể tích lớn methan từ những nơi đó vào khí quyển là một giả thuyết về nguyên do dẫn tới những hiện tượng kỳ lạ Trái Đất nóng lên trong quá khứ xa, đỉnh điểm là khoảng chừng 55 triệu năm trước .Một tổ chức triển khai đã ước tính trữ lượng quặng methan hydrat dưới đáy đại dương vào khoảng chừng 10 triệu triệu tấn ( 10 exagram ). Giả thuyết rằng nếu Trái Đất nóng lên đến một nhiệt độ nhất định, hàng loạt lượng methan này hoàn toàn có thể một lần nữa bị giải phóng bất thần vào khí quyển, khuếch đại hiệu ứng nhà kính lên nhiều lần và làm Trái Đất nóng lên đến mức chưa từng thấy .
Methan bên ngoài Trái Đất[sửa|sửa mã nguồn]
Methan đã được phát hiện hoặc tin là tồn tại ở vài nơi trong Hệ Mặt Trời. Người ta cho rằng nó được tạo ra nhờ những quá trình phản ứng vô sinh.
Dấu vết của khí methan cũng được tìm thấy ở bầu khí quyển mỏng mảnh trên Mặt Trăng của Trái Đất. Methan cũng được dò thấy ở những đám mây giữa những vì sao trong thiên hà
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
Source: https://blogchiase247.net
Category: Hỏi Đáp
