загрузка...
 
§ 28. МЕТАН
Повернутись до змісту

§ 28. МЕТАН

Склад і будова молекули. Найпростішою органічною сполукою, до складу якої входять лише один атом Карбону і чотири атоми Гідрогену, є метан. Його молекулярна формула СН4.

• Пригадайте електронну будову атомів Карбону і Гідрогену.

На зовнішньому електронному рівні атома Карбону у збудженому стані містяться чотири неспарені електрони, завдяки яким можуть утворюватися чотири зв'язки з іншими атомами, тобто Карбон виявляє валентність чотири (див. с. 82). Атоми Гідрогену мають по одному електрону і є одновалентними. Надаючи у спільне користування чотири електрони, Карбон утворює чотири ковалентні зв'язки з чотирма атомами Гідрогену.

Позначивши валентні електрони крапками, дістанемо електронну формулу метану:

 

 Фізичні властивості і поширення у природі. За нормальних умов метан —газ, безбарвний, без запаху, майже вдвічі легший за повітря. У воді майже не розчиняється, але добре розчинний в органічних розчинниках.

Природний газ, що надходить до газової магістралі, на 98 % складається з метану і має, як ви знаєте, неприємний запах. Він спричинений добавлянням спеціальних речовин, що пахнуть.

• 3 якою метою, на вашу думку, це робиться?

Як основа природного газу метан утворився в надрах Землі, ймовірно, внаслідок взаємодії розжарених карбідів металів з водяною парою.

У природі можна спостерігати метан, що утворюється під час гниття рослинних решток без доступу повітря. На болотах він утворює бульбашки на поверхні води (болотний газ). У вугільних шахтах є рудниковий газ —це теж метан.

Метан є не тільки на Землі. Він становить основу атмосфери планет Юпітер і Сатурн.

Замінимо крапки, що позначають електронні пари, рисками — матимемо структурну формулу метану:

Хімічні властивості. З однією із хімічних властивостей метану ви знайомі з побуту —реакцією горіння. Ця реакція відбувається під час згоряння природного газу, який надходить газопроводами. Унаслідок згоряння метану, так само, як і інших органічних речовин, утворюються вода й вуглекислий газ:

Продукти реакції можна виявити за допомогою досліду. Якщо підпалити метан, зібраний у циліндрі, або опустити газовідвідну трубку з полум'ям метану у скляний циліндр, то через деякий час можна помітити утворення вологи на стінках циліндра. Вапняна вода, добавлена в циліндр, стає каламутною. Отже, внаслідок горіння метану виділяються вода і вуглекислий газ. Ці продукти утворилися з Карбону і Гідрогену, які є у складі метану. Дослід підтверджує якісний склад цієї сполуки.

• Пригадайте, як відбувається реакція вуглекислого газу з вапняною водою. Складіть хімічне рівняння. Чому вода стає каламутною?

Крім продуктів окиснення, виділяється також велика кількість теплоти. Термохімічне рівняння реакції горіння метану записується так:

• Пригадайте, як називаються реакції, що відбуваються з виді-лешіям теплоти.

Горіння метану—це реакція повного окиснення. У разі нестачі кисню метан окиснюється неповністю, і замість оксиду карбону(ІV) утворюється вуглець (у вигляді сажі) та оксид карбону(ІІ). Це дуже токсична речовина без запаху і кольору. Слід знати, що в умовах неповного окиснення метану в побутових газових приладах ного полум'я набуває жовтого забарвлення завдяки розжареним частинкам вуглецю.

• Пригадайте, у чому полягає отруйність чадного газу. Яким чином можна вберегтися від отруєння ним?

Метан утворює вибухонебезпечні суміші з киснем і повітрям. Вибух може статися навіть від іскри, якщо концентрація метану досягає критичної, ось чому слід додержувати правил безпеки, постійно провітрювати приміщення, де встановлені газові опалювальні прилади.

За стандартних умов метан не окиснюється таким окисником, як перманганат калію КМn04. Якщо крізь його розчин пропустити метан, фіолетове забарвлення не зникне, реакція не відбувається. Не діють на метан і кислоти та луги.

З нагріванням метану до високої температури (близько 1000 °С) без доступу кисню відбувається реакція розкладуз утворенням вуглецю і водню:

Метан вступає в реакцію з хлором С12. Під час освітлення скляної посудини з сумішшю цих двох газів ультрафіолетовим промінням або під час нагрівання відбувається реакція хлорування метану

На розсіяному сонячному світлі реакція відбувається повільно, можна спостерігати поступове зникнення жовто-зеленого забарвлення хлору, що витрачається на взаємодію з метаном.

За хімічним характером це реакція заміщення. Вона не припиняється на першій стадії, а відбувається до повного заміщення всіх атомів Гідрогену:

 

На практиці утворюється суміш сполук, так званих хлоропохідних метану.

На основі викладеного вище зробимо висновки щодо хімічної активності метану. Для того, щоб він прореагував, потрібно нагріти його до високої температури або підпалити, застосувати такий активний реагент, як хлор. Отже,метан —доволі інертна сполука. Для нього характерні реакції заміщення, він не вступає в реакції приєднання.

Застосування метану. Хоча склад метану як основи болотного і рудникового газів було визначено на початку XIX ст., його широке використання почалося лише через сто років після цього. Завдяки теплоті, що виділяється внаслідок згоряння метану, він використовується як відносно дешеве паливо у побуті та багатьох промислових процесах.

Широко застосовуються продукти хімічних перетворень метану: вуглець (сажа) — для виготовлення гуми, друкарських фарб; водень —у синтезі аміаку; хлорометан використовується в органічному синтезі; дихлорометан, трихлорометан—розчинники; трихлоромстан (інша назва хлороформ) довгий час використовувався в медицині як знеболю-вач під час хірургічних операцій; тетрахлорометан — засіб гасіння вогню. Продукти неповного окиснення метану є вихідними для виготовлення пластмас, використовуються в органічному синтезі.

Завдання для самоконтролю

150. Як можна довести на досліді хімічний склад метану?

151. Завдяки якій властивості метану його можна спостерігати у вигляді бульбашок на поверхні заболочених водойм?

152. Який тип зв'язків між атомами в молекулі метану?

153. В які реакції вступає метан? Напишіть рівняння, визначте типи реакцій.

154. Метан можна сшггезувати з простих речовин.

• Напишіть рівняння наведених реакцій за допомогою молеку лярних формул.

Сумарне рівняння повного хлорування метану:


рівняння реакції. Чи має вона практичне значення? Теоретичне? Дайте пояснення.

155. Складіть електронні формули хлоропохідних метану.

156. Обґрунтуйте хімічними властивостями галузі застосування метану.

157. Метан містить 5 % (за об'ємом) негорючих домішок. Для добування 2670 кДж теплоти треба спалити такий газ об'ємом (н. у.)

(1) 67,2 л; (3) 22,4 л;

(2) 70,7 л; (4) 11,2 л.



загрузка...