Как из углерода получить метан?

5 ноября 2021

Предельный углеводород и простейший в своем классе, состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Вещество является первым членом гомологического ряда алканов.

Получение метана

Сейчас известны два способа получения метана.

Естественные источники получения метана

В природе метан можно получить везде, где добывают природный газ, так как этот простейший насыщенный углеводород составляет от 80% до 99% газовых смесей. Также рядом с залежами нефти находят от 30% до 90% сопутствующих газов.

Биогенный газ, то есть метан биологического происхождения, синтезируют болота, точнее микроорганизмы, которые в них обитают. Но этот метан к использованию не пригоден, так как в этом случае затруднена его массовая добыча.

Искусственный синтез метана

Гашенная известь взаимодействует с концентрированным растворе едкого натра. На одну часть NaOH приходится две части CaO. Получившуюся смесь осушают выпариванием, так получают натровую известь – сырьевое вещество для синтеза метана. К этой массе добавляют безводный гидроксид натрия и уксусную кислоту. Полученную смесь нагревают.

Свойства метана

Ниже указаны основные физические и химические свойства метана.

Физические свойства метана

В нормальных условиях, при температуре 22⁰С вещество находится в газообразном состоянии. В таком виде соединение инертно и не опасно для здоровья, но при определенных концентрациях газ становится взрывоопасным. Для этого его доля в атмосфере должна превышать 4,5% от объема. Взрывоопасные смеси с воздухом содержат CH4 в диапазоне от 4,5% до 17%. Горение сопровождается реакцией окисления по формуле:

CH4 + 2O2 → CO2↑ + 2H2O + Q

Горение сопровождается выделением энергии примерно 33 МДж на 1 м³. Горит метан голубоватым пламенем без копоти, так как он до предела насыщен атомами водорода. Таким образом, углерод успевает сгореть, не дав ни цвет пламени, ни дыма.

Химические свойства метана

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

  • разложения,
  • замещения,
  • окисления.

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

Как из углерода получить метан?

Теперь перейдем к ответу на вопрос «как из углерода получить метан». Это возможно осуществить всего одним способом – при помощи реакции гидрирования углерода:

С + 2Н2 = СН4

Как это можно сделать? Просто так при нормальных условиях такая реакция не протекает. Для этого требуются особые условия. Метан из углерода получают одним из двух способов:- либо в пламени так называемой «электрической дуги» в атмосфере водорода. Реакция идет при температуре порядка 1200 градусов;- либо при более низкой температуре (порядка 400 – 500 градусов) и повышенном давлении. При этом в качестве инициатора и ускорителя реакции используется никелевый катализатор.

Легко можно понять, что в лабораторной практике получить метан из углерода чрезвычайно тяжело. Поэтому в лабораториях применяют другие методы получения метана, например, путем воздействия воды на карбид алюминия, или при сплавлении едкого натра с ацетатом натрия. Да и в промышленных условиях синтезировать метан из углерода нерентабельно. Такие способы получения метана представляют чисто академический интерес.

Как ни странно это может прозвучать, но самый эффективный способ получения метана из углерода – с помощью так называемых «природных биологических реакторов». Иными словами, огромное количество метана образуется в желудочно-кишечном тракте травоядных животных, в процессе переваривания пищи, с помощью бактерий и ферментов, играющих роль катализатора. Сложные промежуточные процессы в итоге сводятся к той же самой схеме реакции: С + 2Н2 = СН4.

Кроме этого данная реакция протекает в желудочно-кишечном тракте травоядных животных в процессе переваривания пищи. Катализатором в этом случае служат бактерии и ферменты.

 

Источники:

  • https://studwork.org/spravochnik/himiya/himicheskie-soedineniya/metan
  • https://chemege.ru/metan
  • http://ru.solverbook.com/question/kak-iz-ugleroda-poluchit-metan
  • https://www.kakprosto.ru/kak-120113-kak-iz-ugleroda-poluchit-metan
  • https://completerepair.ru/kak-iz-ugleroda-poluchit-metan
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]