Methan

Geometrie molekuly methanu. Červenými linkami naznačen opsaný čtyřstěn.

3D model methanu s vyznačenými hybridizovanými orbitaly sp³.

Methan (mimo chemii dle PČP metan) neboli podle systematického názvosloví karban je nejjednodušší alkan a tedy i nejjednodušší uhlovodík vůbec. Při pokojové teplotě je to netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch (relativní hustota 0,55 při 20 °C).

Příprava

Hlavním zdrojem methanu je přírodní surovina, zemní plyn. Přímá příprava sloučením uhlíku s vodíkem je prakticky nemožná, vzhledem k tomu, že by uhlík musel být nejprve převeden do plynného stavu. Teoreticky však lze methan připravit dvoustupňovou syntézou přes sirouhlík

C + 2 S → CS₂,

který pak reakcí se sulfanem (sirovodíkem) a mědí dá methan

CS₂ + 2 H₂S + 8 Cu → CH₄ + 4 Cu₂S.

Jinou možností je reakce karbidu hliníku s vodou

Al₄C₃ + 12 H₂O → 3 CH₄ + 4 Al(OH)₃.

Laboratorně se dá připravit žíháním směsi octanu sodného s hydroxidem sodným (natronovým vápnem)

CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃.

Vlastnosti

Molekula methanu má symetrii pravidelného čtyřstěnu (bodová grupa symetrie T_d), v jehož těžišti se nachází uhlíkový atom a v jehož vrcholech se nacházejí vodíkové atomy. Díky této vysoké symetrii je celkově molekula methanu nepolární, přestože vazby H–C slabou polaritu vykazují.

Methan může reagovat explozivně s kyslíkem

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

Bod samozážehu je sice velmi vysoký (595 °C, teplota vznícení při koncentraci 8,5 % je 537  °C), ale stačí např. elektrická jiskra nebo otevřený plamen a směs methanu se vzduchem může být přivedena k výbuchu (minimální iniciační energie je 0,28 mJ). Přitom meze výbušnosti jsou značně velké, od 4,4 do 15 objemových procent. Proto je nezbytně nutné průběžně sledovat koncentraci methanu (důlního plynu) v uhelných dolech, aby se předešlo katastrofám. Podobně prudce může methan reagovat i s plynným chlórem, je-li reakce iniciována prudkým zahřátím. Za normální teploty probíhá pomalu čtyřstupňově za vzniku chlorovaných derivátů methanu

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl,

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl,

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl,

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl.

Podobně reaguje i s jinými halogeny. Jinak je málo reaktivní.

Dokonalé hoření methanu

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Nedokonalé hoření methanu

CH₄ + O₂ → 2H₂O + C

Výskyt v přírodě

Methan se přirozeně vyskytuje na Zemi:

• v atmosféře, kam se dostává zejména jako produkt rozkladu látek biogenního původu (bioplyn), nebo jako produkt metabolismu velkých přežvýkavců, také z termitišť a z rýžovišť.
• v podzemí:
  • jako hlavní složka zemního plynu
  • jako součást důlního plynu v dolech
  • rozpuštěný v ropě
• rozpuštěný ve vodě některých jezer, zvláště v Africe (např. jezero Kivu mezi Rwandou a Kongem)
• tvoří bublinky pod ledem rozmrzajícího permafrostu, například na Sibiři

Přítomnost ve vesmíru

Ve vesmíru byl nalezen v plynných mračnech v mezihvězdném prostoru.

Dále pak je součástí atmosfér velkých planet (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) sluneční soustavy. V pevném stavu je součástí tzv. ledových měsíců velkých planet a tvoří zřejmě nezanedbatelnou část hmoty transneptunických těles, případně je vysrážen ve formě ledu nebo jinovatky na jejich povrchu (např. Pluto). Byl také prokázán v komách komet.

Původ na Zemi

Na Zemi pochází většinu metanu z produkce živých organismů, menší část je způsobena geologickými aktivitami (např. tavením magmatu).

Ve vesmíru však bez dalších podkladů nelze původ metanu prokázat. Zprávy některých médií, které z objevu metanu usuzují na existenci života ve vesmíru, jsou proto považovány za nepodložené.

Použití

Hlavní oblastí použití methanu je energetika, kde slouží ve směsi s jinými uhlovodíky jako plynné palivo.

Experimentálně byl kapalný methan použit ve směsi s kapalným kyslíkem jako pohonná látka v raketových motorech.

V chemickém průmyslu se používá především k výrobě oxidu uhličitého spalováním se vzduchem a při neúplném spalování k výrobě sazí, používaných jako plnidlo a barvivo v gumárenském průmyslu.

Ekologické účinky

Vzhledem k tomu, že silně absorbuje infračervené záření, patří mezi významné skleníkové plyny zvyšující teplotu zemské atmosféry (je přibližně 20× účinnější než oxid uhličitý).

Odkazy

Literatura

• Ibler Z. a kol.: Energetika technický průvodce, 2002 BEN - technická literatura, ISBN 80-7300-026-1

Související články

• Bioplyn
• Anaerobní digesce - proces produkce bioplynu

Externí odkazy

• Methane, CH4, Physical properties, safety
• Umweltlexikon
• Metanová časovaná bomba (o ekologických účincích metanu)