Молекулярна и структурна формула на метан

Молекулярна, структурна и електронна формула на метана се събират въз основа на теорията на Булеров за структурата на органичните вещества. Преди да започнем да пишем такива формули, започваме с кратко описание на този въглеводород.

Характеристики на метана

Това вещество е взривоопасно, наричано още "блато" газ. Специфичната миризма на този краен въглеводород е известна на всички. В процеса на изгаряне от него не остават химически компоненти, които имат негативен ефект върху човешкото тяло. Това е метан, който е активен участник в образуването на парниковия ефект.

Физични свойства

Първият представител на хомоложната серия алкани беше открит от учени в атмосферата на Титан и Марс. Предвид факта, че метанът е свързан с наличието на живи организми, се е появила хипотеза за съществуването на живот на тези планети. На Сатурн, Юпитер, Нептун, Уран, метанът се явява като продукт на химическа обработка на вещества с неорганичен произход. На повърхността на нашата планета нейното съдържание е незначително.

Общи характеристики

Метанът няма цвят, той е по-лек от въздуха почти два пъти, слабо разтворим във вода. В състава на природния газ, неговата сума достига 98%. В свързан нефтен газ съдържа между 30 и 90 процента метан. В по-голяма степен метанът е от биологичен произход.

Уголените тревопасни кози и крави отделят значително количество метан по време на преработката в стомасите на бактериите. Сред важните източници на хомоложната серия алкани се отличават блатата, термитите, филтрацията на природния газ и процесът на фотосинтезата на растенията. Ако на планетата се намери следа от метан, можем да говорим за съществуването на биологичен живот върху нея.

Методи за получаване

Детайлната структурна формула на метана е потвърждение на факта, че в молекулата му са наситени единични връзки, образувани от хибридни облаци. Сред лабораторните възможности за производството на този въглеводород се отбелязва сливането на натриев ацетат с твърди алкали, както и взаимодействието алуминиев карбид с вода.

Метанът изгаря със синкав пламък, разпределяйки около 39 MJ на кубичен метър. Експлозивни смеси това вещество образува с въздуха. Най-опасен е метанът, който се отделя при подземното добиване на минерални находища в мини. Съществува висок риск от експлозия на метан в съоръжения за обогатяване на въглища и брикетиране, както и в сортиращи съоръжения.

Физиологично действие

Ако процентът на метана във въздуха е от 5 до 16%, с навлизането на кислород, метанът може да се запали. В случай на значително увеличение на сместа на дадено химично вещество, вероятността от експлозия се увеличава.

Ако във въздуха концентрацията на този алкан е 43%, това е причината за задушаване.

По време на експлозията скоростта на разпространение е от 500 до 700 метра в секунда. След като метанът е в контакт с източника на топлина, процесът на възпламеняване на алкана възниква с известно забавяне.

На тази собственост се основава производството на взривозащитено електрическо оборудване и взривни вещества.

Тъй като метанът е най-термично стабилният наситен въглеводород, той има широко приложение под формата на промишлени и битови горива и също така се използва като ценна суровина за химически синтез. Структурната формула на три-етил-метан характеризира структурните характеристики на представителите на този клас въглеводороди.

В процеса на химичното взаимодействие с хлор под въздействието на ултравиолетово облъчване е възможно образуването на няколко реакционни продукта. В зависимост от количеството на изходния материал, могат да се получат хлорометан, хлороформ, тетрахлорметан по време на замяната.

В случай на непълно изгаряне на метан се образуват сажди. В случай на каталитично окисление се образува формалдехид. Крайният продукт на взаимодействие със сярата е въглероден дисулфид.

Характеристики на структурата на метана

Каква е неговата структурна формула? Метанът се отнася до ограничаващите въглеводороди с обща формула С_пН_{2n + 2}. Обмислете характеристиките на образуването на молекула, за да обясните как се формира структурната формула.

Метанът се състои от един въглероден атом и четири водородни атома, свързани заедно чрез ковалентна полярна химична връзка. Нека обясним въз основа на структурата на структурните формули на въглеродния атом.

Вид хибридизация

Пространствената структура на метана се характеризира с тетраедрична структура. Тъй като на външното ниво на въглерода съществуват четири валентни електрона, когато атомът се нагрява, електронът преминава от вторите S-орбитали до p. В резултат на това на последното енергийно ниво, въглеродът има четири несдвоени ("свободни") електрони. Пълната структурна формула на метана се основава на образуването на четири хибридни облака, ориентирани в пространството под ъгъл от 109 градуса 28 минути, образуващи структурата на тетраедрата. Тогава се припокриват върховете на хибридни облаци с нехибридни облаци водородни атоми.

Пълната и съкратена структурна формула на метана напълно съответства на теорията на Булеров. Между въглерода и водорода се образува проста (единична) връзка, така че химическите реакции не се характеризират с реакции на добавяне.

По-долу е крайната структурна формула. Метанът е първият представител на наситения въглеводороден клас, притежава типичните свойства на крайния алкан. Структурната и електронната формула на метана потвърждават типа на хибридизация на въглеродния атом в дадена органична материя.

От курса на училищната химия

Този клас въглеводороди, представляван от "блатистия газ", се изучава в 10-ти клас на средното училище. Например на децата се предлага задача със следния характер: "Напишете структурните формули на метан". Необходимо е да се разбере, че за това вещество, според теорията на Булеров, може да се напише само една разширена структурна конфигурация.

Съкратената формула ще съвпадне с молекулната формула, написана под формата на CH4. Съгласно новите федерални образователни стандарти, въведени във връзка с реорганизацията на руското образование, в основния курс на химия всички въпроси, свързани с характеристиките на класовете органични вещества, се разглеждат подробно.

Промишлен синтез

На базата на метана са разработени промишлени методи на такъв важен химически компонент като ацетилен. Основата на термичните и електрически крекинг е именно неговата структурна формула. Метанът образува циановодородна киселина по време на каталитично окисление с амоняк.

Нанесете това органично вещество, за да произведе синтетичен газ. При взаимодействие с водна пара се получава смес от въглероден окис и водород, което е суровината за производството на граница монохидратни алкохоли, карбонил съединения.

От особено значение е взаимодействието с азотна киселина, което води до нитрометан.

Приложение под формата на гориво за автомобили

Поради липса на естествени източници на въглеводороди, както и обедняването на суровината, въпросът, свързан с търсенето на нови (алтернативни) източници на гориво, става особено спешен. Една такава възможност е биодизелът, който включва метан.

Предвид разликата в плътността между бензиновото гориво и първия представител на класа на алкан, има някои характеристики на неговото приложение като източник на енергия за автомобилните двигатели. За да се избегне необходимостта от транспортиране на огромни количества метан, плътността се увеличава чрез компресия (при налягане от порядъка на 250 атмосфери). Съхранявайте метана в състояние на втечняване в бутилки, монтирани в автомобили.

Ефекти върху атмосферата

Вече споменахме, че метанът оказва влияние върху парниковия ефект. Ако степента на действие на въглеродния оксид (4) върху климата е взета условно за единица, тогава делът на "блатния газ" е 23 единици. През последните два века учените са наблюдавали увеличаване на количественото съдържание на метан в земната атмосфера.

В момента приблизителният брой на CH₄ се оценява на 1,8 части на милион. Въпреки факта, че тази цифра е 200 пъти по-малка от наличието на въглероден диоксид, има разговор между учените за възможния риск от задържане на топлината, излъчвана от планетата.

Във връзка с отличната калоричност на "блатния газ" той се използва не само като суровина при осъществяването на химическия синтез, но и като източник на енергия.

Например, за метан има различни газови котли, колони, предназначени за индивидуални отоплителни системи в частни къщи и вили.

Такава автономна опция за отопление е много полезна за собствениците на жилища, а не е свързана със системни инциденти при централизираните отоплителни системи. Благодарение на газовия котел, работещ с този вид гориво, 15-20 минути са достатъчни, за да нагреят напълно двуетажна вила.

заключение

Метанът, чиито структурни и молекулярни формули са дадени по-горе, е естествен източник на енергия. Поради факта, че в състава му има само въглероден атом и водородни атоми, еколозите разпознават екологичната безопасност на този наситен въглеводород.

При стандартни условия (температура на въздуха 20 градуса по Целзий, налягане 101325 Ра) това вещество е газообразно, нетоксично, неразтворимо във вода.

В случай на спад на температурата на въздуха до -161 градуса, метанът е компресиран, което се използва широко в индустрията.

Метанът оказва влияние върху човешкото здраве. Това не е отровно вещество, а се смята за задушаващ газ. Има дори гранични стойности (MPC) за съдържанието на дадено химично вещество в атмосферата.

Например, работата в мини се допуска само в случаите, когато количеството му не надвишава 300 кубически метра. Анализирайки характеристиките на структурата на тази органична материя, можем да заключим, че тя е подобна при химичните и физичните свойства на всички останали представители на наситения (ограничаващ) въглеводороден клас.

Ние анализирахме структурните формули, пространствената структура на метана. Хомоложната серия, който започва "блатен газ", има обща молекулна формула С_пН_{2n + 2}.