Природен газ: формулата. Химична формула на газа. Всички видове природен газ

Днес са известни много различни газове. Някои от тях получават по лабораторни начини, от химикали, други се формират в резултат на реакции като странични продукти. И какви газове се раждат в природата? Основните такива газове от естествен естествен произход са четири:

• Природният газ, чиято формула CH₄;
• азот, N₂;
• водород, Н₂;
• Въглероден диоксид, CO₂.

Разбира се, има и други - кислород, сероводород, амоняк, инертни газове, въглероден моноксид. Изброените по-горе обаче са практически значими за хората и се използват от тях за различни цели, включително като гориво.

Какво е природен газ?

Естественият е видът газ, който природата ни дава. Това означава, че съдържанието в земните недра е много по-високо и по-голямо от количеството, което получава в промишлеността в резултат на химични реакции.

Обикновено се нарича метан на природния газ, но това не е така. Ако разгледаме състава на такъв газ чрез фракции, можем да видим неговия следващ компонентен състав:

• метан (до 96%);
• етан;
• пропан;
• бутан;
• водород;
• Въглероден диоксид;
• азот;
• сероводород (малки, следи).

По този начин изглежда, че природният газ е смес от няколко газове от естествен произход.

Природен газ: Формула

От химическа гледна точка природният газ е смес от прости линейни въглеводороди - метан, етан, пропан и бутан. Но тъй като по-голям обем е все още метан, обичайната практика е да се изрази общата формула на природния газ с формулата директно метан. Така че, се оказва, че химическата формула на природен газ метан-СН₄.

Останалите компоненти имат следните емпирични формули в химия:

• етан - C₂Н₆;
• пропан - С₃Н₈;
• бутан - C₄Н₁₀;
• Въглероден диоксид - CO₂;
• азот - N₂;
• Н - Н₂;
• сероводород - Н₂S.

Смес от такива вещества е природен газ. Формулата на основното метаново съединение показва, че съдържанието на въглерод в него е много малко. Това влияе върху неговите физични свойства, като например способността да горят с безцветен, напълно непушачителен пламък. Докато други негови представители хомоложна серия (серия ограничаващи въглеводороди или алкани) по време на горенето образуват черен димален пламък.

Да бъдеш в природата

В природата този газ се намира дълбоко под земята, под плътни и гъсти слоеве от седиментни скали. Има две основни теории за произхода на природния газ в природата.

1. Теорията на тектонските движения на скалите. Поддръжниците на тази теория смятат, че въглеродните въглеводороди се съдържат във вътрешността на Земята винаги и се издигат в резултат на тектонични движения и свивания. На върха високото налягане и променящата се температура ги превръщат в резултат на химични реакции в два природни минерала - нефт и газ.
2. Биогенната теория говори за друг метод, който доведе до образуването на природен газ. Формулата отразява неговия качествен състав - въглерод и водород, което подсказва, че неговото формиране се живее органични същества, чиито тела бяха посетени застроен предимно от тези елементи, както и всички живи същества на тази планета, която съществува и до днес. С течение на времето, останки от мъртви растения и животни потънаха под океанското дъно, където е имало нито кислород, нито бактерии могат да се разлагат и рециклиране на органичните вещества. В резултат на анаеробно гниене на биомаса е настъпило, и в продължение на милиони години, източник на два минерала - нефт и газ. В същото време, основата на двете е една и съща - това са въглеводороди и частично нискомолекулни вещества. Химическата формула на газ и нефт доказва това. Въпреки това, под влиянието на различни условия се формират различни продукти: високо налягане и температура - газ, ниски показатели - масло.

Към днешна дата основните запаси и запасите от газ са страни като Русия, Съединените щати, Канада, Иран, Норвегия и Холандия.

Според общото си състояние, природният газ не винаги може да се съдържа само в състоянието на газа. Има няколко варианта за кондензация:

1. Газът се разтваря в молекули на нефт.
2. Газът се разтваря във водни молекули.
3. Газът образува хидрати на твърд газ.
4. При нормални условия, газообразно съединение.

Всяка от тези държави има собствен депозит и е много ценна за хората.

Получаване в лабораторията и промишлеността

В допълнение към естествените места за образуване на газ, има няколко начина да се получи в лабораторията. Обаче, тези методи със сигурност се използват само за малки порции от продукта, тъй като не е рентабилно икономическото реализиране на синтеза на природен газ в лабораторията.

Лабораторни методи:

1. Хидролиза на нискомолекулно съединение - алуминиев карбид: AL₄C₃ + 12Н₂О = 3СН₄ + 4AL (OH)_3.
2. От натриев ацетат в присъствието на алкални съединения: СН₃COOH + NaOH = СН₄ + Na₂CO_3.
3. От синтетичен газ: СО + ЗН₂ = СН₄ + Н₂О.
4. От прости вещества - водород и въглерод - при повишена температура и налягане.

Химическата формула на природния газ се отразява от метановата формула, следователно всичко реакциите характерни за алканите са характерни и за даден газ.

В промишлеността метанът се извлича от естествени отлагания и се обработва допълнително чрез фракции. Също така, произведеният газ непременно трябва да се почисти. В края на краищата, формулата за метан с природен газ показва само част от съдържащите се в него съставки. И за употреба в ежедневието се нуждаете от чист газ, който не съдържа други вещества, освен метан. Отделеният етан, пропанът, бутанът и други газове също се използват широко.

Физични свойства

Газовата формула дава представа за това, какви физични свойства трябва да притежава. Нека разгледаме тези характеристики.

1. Безцветно вещество, което няма миризма.
2. Приблизителната плътност варира в диапазона 0.7-1 kg / m^3.
3. Температура на горене 650⁰S.
4. Почти два пъти по-леки от въздуха.
5. Топлината, отделена от изгарянето на един кубичен метър газ, е 46 милиона джаула.
6. При високи концентрации (над 15%) във въздуха, газът е много експлозивен.
7. Когато се използва като гориво, той има октаново число 130.

Чистият газ се получава само след преминаване през специални пречиствателни станции (инсталации), които се издигат на мястото на извличане на минерала.

приложение

Има няколко основни области на приложение на природен газ. В допълнение към основния компонент, чиято газова формула, от която CH₄, Използват се и всички други компоненти на сместа.

1. Домашна сфера на живота на хората. Това включва газ за готвене, отопление на жилищни сгради, гориво за котелни и др. За газ, използван за готвене, добавете специални вещества, принадлежащи към групата на меркаптаните. Това се прави така, че в случай на тръба или друг пропуск на газ, хората могат да я помиришат и да предприемат действия. Смес от домакински газ (смес от пропан и бутан) е изключително експлозивна при високи концентрации. Меркаптаните също неприятно създават природен газ. Тяхната формула включва елементи като сяра и фосфор, което им дава тази специфичност.

2. Химическо производство. В тази област една от основните начални вещества за многобройни реакции за получаване на важни съединения е природният газ, чиято формула показва в кои синтези може да участва:

• основа за производството на пластмаси, които са най-често срещаните съвременни материали за почти всички отрасли;
• суровини в синтеза на етан, циановодород и амоняк. Самите продукти продължават производството на много синтетични влакна и тъкани, торове и нагреватели в строителството в бъдеще;
• каучук, метанол, органични киселини - се образуват от метан и други вещества. Те намират приложение практически във всички сфери на човешкия живот;
• полиетилен и много други съединения със синтетичен характер са получени благодарение на метана.

3. Използвайте го като гориво. И за всякакъв вид човешка дейност, варираща от пълнене на подходящ тип лампи за маса и преди работа на топлоелектрически централи. Този вид гориво се счита за екологосъобразно и целесъобразно срещу всички алтернативни методи. Въпреки това, по време на изгарянето, метанът образува въглероден диоксид, подобно на всяка друга органична материя. И е известно, че причинява парниковия ефект на Земята. Ето защо хората са изправени пред задачата да намерят още по-чист и качествен източник на топлинна енергия.

Досега всички тези основни източници използват природен газ. Формулата му, ако вземем всички сложни компоненти, показва, че тя е практически възобновяем ресурс, за това е необходим само много дълго време. Страната ни с газови резерви е изключително щастлива, защото такова количество естествена вкаменелост е достатъчно за стотици години не само за самата Русия, но и за много страни по света чрез износ.

азот

Тя е неразделна част от нефтените и газовите находища. В допълнение, този газ заема по-голямата част от обема във въздуха (78%), а също така се среща като естествени съединения на нитратите в литосферата.

Като просто вещество азотът практически не се използва от живи организми. Формулата му има формата N₂, или, от гледна точка на химическите връзки, Nequiv-N. Наличието на такава силна връзка показва висока стабилност и химична инертност на молекулата при нормални условия. Това обяснява възможността за съществуването на голямо количество от този газ в свободна форма в атмосферата.

Под формата на просто вещество, азотът може да бъде фиксиран от специални организми - възли бактерии. След това те преработват в по-подходяща форма за растенията този газ и по този начин извършват минерално хранене на кореновите растителни системи.

Има няколко основни съединения под формата на азот в природата. Тяхната формула е следната:

• оксиди - NO₂ N₂О, N₂О_5-
• киселини - азотни HNO₂ и Nitric HNO₃ (образувани в излъчвания на мълнии от оксиди във въздушната атмосфера);
• Нитрат - KNO₃, нитрит₃ и така нататък.

Човекът използва азот не само под формата на газ, но и в течно състояние. Той има способността да премине в течно състояние при температура под -170 ° С⁰C, което позволява да се използва за замразяване на растителни и животински тъкани, много материали. Ето защо течният азот се използва широко в медицината.

Също така азотът е основата за получаване на едно от основните му съединения - амоняк. Производството на това вещество е мултитонообразно, тъй като е много широко използвано в ежедневието и промишлеността (производство на гуми, бои, пластмаси, синтетични влакна, органични киселини, бои и лакове, взривни вещества и др.).

Въглероден диоксид

Каква е формулата на веществото? Въглеродният диоксид се записва като СО₂. Връзката в молекулата е ковалентна слабо полярна, двойна силна химическа сила между въглерод и кислород. Това показва стабилността и инертността на молекулата при обикновени условия. Този факт се потвърждава от свободното съществуване на въглероден диоксид в земната атмосфера.

Това вещество е неразделна част от природния газ и маслото, а също така се натрупва в горните слоеве на атмосферата на планетата, причинявайки т.нар парников ефект.

Огромно количество въглероден диоксид се генерира от изгарянето на всякакъв вид органично гориво. Дали въглища, дърва, газ или други горива, пълно изгаряне води до образуване на вода и това вещество.

Следователно се оказва, че натрупването му в атмосферата е неизбежно. Следователно важна задача на съвременното общество е да се търси алтернативно гориво, което да даде минимален парников ефект.

водород

Друго случайно съединение, което се среща в състава на естествените минерали - това е водород. Газ, чиято формула е Н₂. Най-леката съставка на всички известни досега.

Поради специалните си свойства той заема две позиции в периодичната таблица - сред алкалните метали и халогени. Имайки един електрон, той може да го даде (метални свойства, намалява) и като (неметални свойства, окисляващи).

Основната област на използване е екологосъобразно гориво, за което учените виждат бъдещето. Причини:

• неограничено количество запаси от този газ;
• образуването на вода само в резултат на изгаряне.

Въпреки това, пълната технология за разработване на водород като източник на енергия изисква завършването на много повече нюанси.

Формули за изчисляване на масата, плътността и обема на газовете

Във физиката и химията се използват няколко основни метода за изчисляване на газовете. Така например, ако говорим за един от най-основните параметри, като например масата на газа, формулата за изчисление ще бъде, както следва:

m = V * þ, където þ е плътността на материята и V е нейният обем.

Например, ако трябва да изчислим масата на природния газ с 1 кубичен метър при нормални условия, тогава ние вземаме стандартната средна стойност на неговата плътност в референтните материали. Тя ще бъде равна на 0,68 кг / м³. Сега, когато знаем обема и плътността на газа, формулата за изчисление напълно удовлетворява изискванията. След това:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 м³ = 0.68 кг, тъй като кубичните метри са намалени.

Формата на обема на газа, от друга страна, се състои от индекси на масата и плътността. Тоест, можем да изразим тази стойност от горната конфигурация:

V = m / þ, тогава при стандартни условия обемът от 2 кг метан ще бъде: 2 / 0,68 = 2,914 м³.

Също така в по-сложни случаи (когато условията са нестандартни), уравнението Mendeleev-Clapeyron се използва за изчисляване на масата и обема на газовете, които имат формата:

р * V = m / M * R * T, където р - газово налягане, V - обем, m и М - маса и молекулна маса, съответно, R - универсална газова константа, равна на 8,314, Т - температурата в градуси по Келвин.

Такава формула на газовия обем дава възможност да се получат изчисления, които са много близки до стойността на идеален газ, който съществува чисто хипотетично и се използва за абстрактна концепция за решаване на проблеми във физиката и химията. Можете да изчислите силата на звука и с помощта на уравнението Boyle-Mariotte, което изглежда така:

V = p_п* V_п* Т / р * Т_п , където стойностите с индекс n са стойности при нормални стандартни условия.

За да бъде изчислението възможно най - точно и в съответствие с действителността, е необходимо да се вземе предвид такъв параметър като плътност на газа. Формулата за изчисляване на този параметър все още е спорен въпрос. Обичайно е да се използват най-често срещаните прости, които приличат на:

þ = m₀ * n, където m₀ - маса на молекулата (kg) и n - концентрация, единица за измерване - 1 / m³.

В много случаи обаче е необходимо да се използват други, по-сложни и пълни изчисления с няколко променливи, за да се получи точен и близък до идеален резултат.