Μεθάνιο
From Wikipedia, the free encyclopedia
Το μεθάνιο είναι δυαδική οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο CH4, δηλαδή το μόριό του αποτελείται από ένα (1) άτομο άνθρακα και τέσσερα (4) άτομα υδρογόνου. Είναι η απλούστερη (σταθερή)[2] οργανική ένωση (γενικά) και ειδικότερα το απλούστερο αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας.
Μεθάνιο | |||
---|---|---|---|
Γενικά | |||
Όνομα IUPAC | Μεθάνιο | ||
Χημικά αναγνωριστικά | |||
Χημικός τύπος | CH4 | ||
Μοριακή μάζα | 16,0425 amu | ||
Συντομογραφίες | MeH | ||
Αριθμός CAS | 74-82-8 | ||
SMILES | C | ||
PubChem CID | 297 | ||
ChemSpider ID | 291 | ||
Δομή | |||
Διπολική ροπή | 0 D | ||
Μήκος δεσμού | 108,7 pm | ||
Είδος δεσμού | ελαφρά πολωμένος ομοιοπολικός δεσμός σ (1s-2sp³) | ||
Πόλωση δεσμού | 3% | ||
Γωνία δεσμού | 109°28' | ||
Μοριακή γεωμετρία | τετραεδρική | ||
Φυσικές ιδιότητες | |||
Σημείο τήξης | -182,5°C (90,65 K) | ||
Σημείο βρασμού | -161,6°C (111,55 K) | ||
Κρίσιμη θερμοκρασία | −82,6°C (190,55 K) | ||
Κρίσιμη πίεση | 45,3984703 atm | ||
Πυκνότητα | 0,717 kg/m³ | ||
Διαλυτότητα στο νερό | 35 g/m³ (17°C) | ||
Τάση ατμών | 40 atm (-86,3°C) | ||
Εμφάνιση | Άχρωμο και άοσμο αέριο [1] | ||
Χημικές ιδιότητες | |||
Θερμότητα πλήρους καύσης | 891 kJ/mole | ||
Βαθμός οκτανίου | 120 | ||
Βαθμός κετανίου | 0 | ||
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης | -188°C | ||
Επικινδυνότητα | |||
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+) | |||
Φράσεις κινδύνου | R12 | ||
Φράσεις ασφαλείας | S2, S9, S16, S33 | ||
Κίνδυνοι κατά NFPA 704 | |||
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). |
Γενικότερα, είναι ένα από τα υδρίδια των χημικών στοιχείων της ομάδας 14 του περιοδικού πίνακα.
Αποτελεί (συνήθως) το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου (70-90%). Η σχετική αφθονία του στη Γη, η (σχετικά πάντα) μεγάλη ενεργειακή του απόδοση, η «καθαρή» καύση του και η χαμηλή του τιμή, το κάνουν πολύ ελκυστικό καύσιμο, ιδιαίτερα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και οικιακή θέρμανση.
Ωστόσο, επειδή το χημικά καθαρό μεθάνιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο και άοσμο[3] αέριο, έχοντας μάλιστα κρίσιμη θερμοκρασία -82,6°C, το μεθάνιο είναι δύσκολο (και δαπανηρό) να μεταφερθεί από τις πηγές του ή και να αποθηκευθεί.
Για τη μεταφορά του χρησιμοποιούνται συχνά ειδικοί αγωγοί (συνήθως με τη μορφή του φυσικού αερίου), ή και ειδικά πλοία (μεταφορικά υγροποιημένου φυσικού αερίου, LNG carriers), που το μεταφέρουν σε υγρή μορφή υπό ψύξη, κάτω από τη θερμοκρασία βρασμού του (-161,6 °C), οπότε πλέον μπορούν να υγροποιηθούν το μεθάνιο και φυσικά και τα βαρύτερα συστατικά του φυσικού αερίου.[4]
Το μεθάνιο, μαζί με το υπόλοιπο φυσικό αέριο, συνήθως (σχηματίζεται με συνδυασμό βιολογικών και γεωλογικών διεργασιών και) παγιδεύεται με φυσικό τρόπο κάτω από το έδαφος και κάτω από το θαλάσσιο πυθμένα. Το παγιδευμένο φυσικό αέριο μερικές φορές βρίσκει τον τρόπο να φθάνει έως την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα, όπου (μαζί με το μεθάνιο που παράγεται και εκλύεται από άλλες πηγές, οι οποίες αναφέρονται παρακάτω) είναι γνωστό ως «ατμοσφαιρικό μεθάνιο».[5] Το ατμοσφαιρικό μεθάνιο είναι ισχυρό αέριο θερμοκηπίου, με μεγάλο δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης, που υπολογίζεται σε 72 (αν χρησιμοποιηθεί μέσος όρος 20 ετών) ή 25 (αν χρησιμοποιηθεί μέσος όρος 100 ετών).[6] Το δυναμικό αυτό είναι πολύ μεγαλύτερο από το αντίστοιχο (μόλις 1) του διοξειδίου του άνθρακα (CO2), το οποίο είναι το πιο γνωστό αέριο θερμοκηπίου.[7] Το μεθάνιο, όμως, οξειδώνεται αργά στην ατμόσφαιρα της Γης, από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο (O2), με τη βοήθεια της υγρασίας (H2O) και της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV), του ηλιακού φωτός, παράγοντας (αρχικά) ελεύθερες ρίζες μεθυλίου (CH3•). Το αποτέλεσμα αυτής της οξείδωσης είναι να έχει το μεθάνιο ημιζωή επτά (7) ετών στη γήινη ατμόσφαιρα. Η μοριακή αναλογία του μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης υπολογίστηκε ότι το 1750 ήταν (γύρω στα) 700 ppb. Το 1998 ανέβηκε στα 1.745 ppb. Το 2008 έφτασε τα 1.800 ppb.[8] Τέλος, το 2010 μετρήθηκε στην Αρκτική στα 1850 ppb, δηλαδή σε ένα επίπεδο που αποτελεί το υψηλότερο, εδώ και 400.000 χρόνια.[9] Ιστορικά, τα επίπεδα της μοριακής συγκέντρωσης μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης κυμαίνονταν μεταξύ 300 και 400 ppb, κατά τις εποχές των παγετώνων, και μεταξύ 600 και 700 ppb, κατά τις μεσοπαγετώδεις περιόδους.
Το στρατοσφαιρικό μεθάνιο (δηλαδή όσο ατμοσφαιρικό μεθάνιο ανέρχεται έως τη στρατόσφαιρα) επηρεάζει επίσης το στρατοσφαρικό στρώμα του όζοντος.[10][11]
Επιπλέον, υπάρχουν μεγάλες ποσότητες μεθανυδριτών στους ωκεάνιους πυθμένες. Ο φλοιός της Γης περιέχει τεράστιες ποσότητες μεθανίου που δημιουργήθηκε με αναερόβια μεθανογένεση. Άλλες πηγές έκλυσης μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης περιλαμβάνουν τα ηφαίστεια, οι χωματερές και η κτηνοτροφία, από την εντερική ζύμωση κυτταρινούχων τροφών, ιδιαίτερα στα μηρυκαστικά ζώα.
Το μεθάνιο έχει επίσης ανιχνευθεί και σε άλλους πλανήτες, που συμπεριλαμβάνουν τον Άρη, γεγονός το οποίο δημιουργεί στοιχείο μελέτης για την αστροβιολογική έρευνα.[12]