Метан

Метан.

Атом вуглецю в молекулі метану перебуває у стані sp3- гибридизации. В результаті перекривання чотирьох гібридних орбиталей атома вуглецю з s-орбиталями атомів водоорда утворюється дуже міцна молекула метана.

Метан-газ без кольору та запаха, легче воздуха, малорастворим в воде. Предельные вуглеводні здатні гореть, образуя оксид вуглецю (IV) і воду. Метан горить блідим синюватим полум’ям: CH4+2O2=2H2O.

У суміші з повітрям (чи з кислородом, особенно у відсотковому співвідношенні за обсягом 1:2, що це випливає з рівняння реакції) метан утворює вибухові смеси. Поэтому він небезпечний як у побуті (витік газу через краны), так й у шахтах. При неповному згорянні метану утворюється сажа. Так її одержують у промислових условиях. В присутності каталізаторів при окислюванні метану отримують метиловий спирт і формальдегид.

При сильному нагріванні метан розпадається по уравнению: CH4=C+2H2.

У печах спеціальної конструкції розпад метану то, можливо здійснено до проміжного продукта-ацителена:

2CH4=C2H 2+3H2.

Для метану характерні реакції замещения. На світу або звичайнісінькою температурі галогены-хлор і бром-постепенно (по стадіям) витісняють із молекули метану водород, образуя звані галогенопроизводные. Атомы хлору замещяют атоми водню у ній із заснуванням суміші різних соединенний:

CH3Cl-хлорметана (хлористого метила), CH2Cl2-дихлорметана, CHCl3-трихлорметана, CCl4-тетрахлорметана.

З цієї суміші кожне з'єднання то, можливо выделено. Важное значення мають хлороформ итетрахлорметан як розчинники смол, жиров, каучука та інших органічних веществ.

Освіта галогенопроизводных метану протікають по ланцюговому свободнорадикальному механизму. Под дією світла молекули хлору розпадаються на неорганічні радикалы: Cl2=2Cl.

Неорганічний радикал Cl відриває від молекули метану атом водню з однією электроном, образуя HCl і вільний радикал CH3 H H.

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

H| H.

Cвободный радикал взаємодіє зі молекулою хлору Cl2, образуя галогенопроизводное і радикал хлора:

CH3+Cl_| Cl=CH3-Cl+Cl.

|.

Метан при звичайній температурі має більшої стійкістю до кислотам, щелочам і чим окислителям. Однако він входить у реакцію з азотної кислотой:

CH4+HNO3=CH3NO2 +H2O.

нитрометан.

Метан неспроможний до реакцій присоединения, поскольку у його молекулі все валентності насыщены.

Наведені реакції заміщення супроводжуються розривом зв’язків C-H.Однако відомі процессы, при яких як розщеплення зв’язків C-H, но і розрив ланцюга вуглецевих атомів (у гомологов метана).Эти реакції протікають при високих температур й у присутності катализаторов. Например:

C4H10+H2 -процес дегидрогенизации.

C4H10-|.

C2H6 + C2H4-крекинг.

Одержання метана.

Метан широко распространён в природе. Он є головним складовою багатьох горючих газів як природних (90−98%), так і искусственных, выделяющихся при сухий перегонці дерева, торфа, каменного угля, а також за крекінгу нефти.

Метан виділяється із глибини боліт і з кам’яновугільних пластів в рудниках, где він утворюється під час повільному розкладанні рослинних залишків без доступу воздуха, Поэтому метан часто називають болотним газом чи рудничным газом.

У лабороторных умовах метан отримують при нагріванні смесси ацетату натрію з гидроксидом натрия:

200 *C.

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

або за взаємодії карбіду алюмінію з водой:

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

У разі метан виходить дуже чистым.

Метан можна отримати з простих речовин при нагріванні у присутності каталізатора: Ni.

C+2H2=CH4.

До того ж синтезом з урахуванням водяного газа.

Ni.

CO+3H2 =CH4 +H2O.

Гомологи метана, как і метан, в лабораторних умов безперебійно отримують прокаливанием солей відповідних органічних кислот з щелочами. Другой способ-реакция Вюрца, тобто. нагрівання моногалогенопроизводных з металевим натрием, например

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

У техніці щоб одержати синтетичного бензину (суміш углеводородов, содержащих 6−10 атомів вуглецю) застосовують синтез з оксиду вуглецю (II) і водню у присутності каталізатора (сполуки кобальту) і за підвищеному давлении. Процесс можна сформулювати уравнением:

200*С.

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

Застосування алканов.

Завдяки великий теплотворної спроможності метан багато витрачається як паливо (в быту-бытовой на газ і в промешленности. Широко застосовуються отримані з нього вещества: водород, ацителен, сажа. Он служить вихідним сырьём щоб одержати формальдегида, метилового спирта, а також різноманітних синтетичних продуктов.

Велике промислове значення має тут окислювання вищих граничних углеводородов-парафинов із кількістю вуглецевих атомів 20−25.Этим шляхом отримують синтетичні жирні кислоти з різноманітною довжиною цепи, которые йдуть на виробництва мыл, различных миючих средств, смазочных материалов, лаков і эмалей.

Рідкі вуглеводні використовують як пальне (вони входять до складу бензину, і керосина).Алканы широко використовують у органічному синтезе.