Trang chủ / Bản Tin / Methan – Wikipedia tiếng Việt

Methan – Wikipedia tiếng Việt

Methane ( hoặc ) là một hợp chất hóa học với công thức hóa học CH4 (một nguyên tử carbon và bốn nguyên tử của hydro). Nó là một hydride nhóm 14 và là alkan đơn giản nhất, và là thành phần chính của khí tự nhiên. Sự phong phú tương đối của khí methane trên Trái Đất làm cho nó trở thành một loại nhiên liệu hấp dẫn, mặc dù việc thu giữ và lưu trữ nó đặt ra những thách thức do trạng thái khí của nó trong điều kiện bình thường về nhiệt độ và áp suất.

Methane Open tự nhiên được tìm thấy cả dưới mặt đất và dưới đáy biển, và được hình thành bởi cả quy trình địa chất và sinh học. Hồ chứa khí methane lớn nhất nằm dưới đáy biển dưới dạng clathrat methane. Khi khí methane đến mặt phẳng và khí quyển, nó được gọi là khí methane trong khí quyển. [ 7 ] Nồng độ khí methane trong khí quyển của Trái Đất đã tăng khoảng chừng 150 % kể từ năm 1750 và nó chiếm 20 % tổng lượng bức xạ cưỡng bức từ tổng thể những loại khí nhà kính sống sót vĩnh viễn và hỗn hợp trên toàn thế giới. [ 8 ] Khí methane cũng đã được phát hiện trên những hành tinh khác, gồm có Sao Hỏa, và có ý nghĩa so với nghiên cứu và điều tra sinh vật học. [ 9 ]

Thuộc tính và link[sửa|sửa mã nguồn]

Methane là một phân tử tứ diện có bốn liên kết C-H tương đương. Cấu trúc điện tử của nó được mô tả bởi bốn quỹ đạo phân tử liên kết (molecular orbital) do sự chồng chéo của các quỹ đạo hóa trị trên C và H. MO năng lượng thấp nhất là kết quả của sự chồng lấp của quỹ đạo 2s trên carbon với sự kết hợp cùng pha của quỹ đạo 1s trên bốn nguyên tử hydro. Trên mức năng lượng này là một tập hợp các MO suy biến ba lần liên quan đến sự chồng chéo của các quỹ đạo 2p trên carbon với các tổ hợp tuyến tính khác nhau của các quỹ đạo 1s trên hydro. Sơ đồ liên kết “ba trên một” kết quả phù hợp với phép đo phổ quang điện tử.

Ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, methane là một loại khí không màu, không mùi. [ 10 ] Mùi khí tự nhiên quen thuộc được sử dụng trong nhà đạt được bằng cách thêm chất tạo mùi, thường là hỗn hợp có chứa tert-butylthiol, như một giải pháp bảo đảm an toàn. Khí methane có nhiệt độ sôi − 164 ° C ( − 257,8 ° F ) ở áp suất của một bầu khí quyển. [ 11 ] Là một chất khí, nó dễ cháy trong một khoanh vùng phạm vi nồng độ ( 5,4 – 17 % ) trong không khí ở áp suất tiêu chuẩn .Methane rắn sống sót trong 1 số ít đa hình. Hiện tại chín thù hình của chất này được biết đến. [ 12 ] Làm lạnh methane ở áp suất thông thường dẫn đến sự hình thành methane I. Chất này kết tinh trong mạng lưới hệ thống khối ( nhóm khoảng trống Fm 3 m ). Vị trí của những nguyên tử hydro không cố định và thắt chặt trong methane I, tức là những phân tử methane hoàn toàn có thể xoay tự do. Do đó, nó là một tinh thể nhựa. [ 13 ]

Tính chất hóa học[sửa|sửa mã nguồn]

Phản ứng oxy hóa trọn vẹn ( Phản ứng cháy )[sửa|sửa mã nguồn]

Trong phản ứng cháy của methane có một số ít bước. Trước tiên, methane tạo ra gốc metyl ( CH3 ), gốc này phản ứng với oxy sinh ra formaldehyde ( HCHO ) cho gốc formyl ( HCO ) để tạo thành carbon monoxit. Quá trình này được gọi là sự nhiệt phân oxy hóa :

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (ΔH = −891 kJ/mol ở 25oC, 1 atm)

Sau đó, hydro bị oxy hóa tạo ra H2O và giải phóng nhiệt. Quá trình này diễn ra rất nhanh, thường chưa tới một phần nghìn giây .

2H2 + O2 → 2H2O

Cuối cùng, CO bị oxy hóa tạo thành CO2, và giải phóng thêm nhiệt. Quá trình này chậm hơn quy trình trên và thường mất vài phần nghìn giây để phản ứng .

2CO + O2 → 2CO2

Phản ứng oxy hóa không trọn vẹn[sửa|sửa mã nguồn]

Được dùng trong sản xuất formaldehyd, bột than, khí đốt, …

CH

4

+

O

2

→

200
a
t
m
,
300
o
C

HCHO
+

H

2

O

{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 ->[200atm, 300oC] HCHO + H2O}}}

{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 ->[200atm, 300oC] HCHO + H2O}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2d16e3035e8f6cd66e09a6c19e2b5a43ae631ca”/> </p> <p>2</p> <p>CH</p> <p>4</p> <p>+</p> <p>O</p> <p>2</p> <p>→</p> <p>500<br /> o<br /> C<br /> ,<br /> N<br /> i</p> <p>2</p> <p>CO<br /> +<br /> 4</p> <p>H</p> <p>2</p> <p>{\displaystyle {\ce {2CH4 + O2 ->[500oC,Ni]2CO + 4H2}}}</p> <p><img alt= [500oC,Ni]2CO + 4H2}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0cfa3c575f34a34bc1a30355fef30d31429451c6″/>

CH

4

+

O

2

⟶
C
+

H

2

O

{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 -> C + H2O}}}

{\displaystyle {\ce {CH4 + O2 -> C + H2O}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/043991e22981cb2dfb82a1d6e95d4730bf545a5a”/>(đốt trong điều kiện thiếu không khí) </p> <h3><span class=Phản ứng nhiệt phân methane :[sửa|sửa mã nguồn]

Methane bị nhiệt phân bằng cách nung nóng nhanh methane với 1 lượng nhỏ oxy ở nhiệt độ khoảng chừng 1500 oC :

2

CH

4

⟶

C

2

H

2

+
3

H

2

{\displaystyle {\ce {2CH4 -> C2H2 + 3H2}}}

{\displaystyle {\ce {2CH4 -> C2H2 + 3H2}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6045a2ff2e3567f6303cba0dea0bd2caa27b7cac”/> (ΔH = 397kJ/mol) </p> <p>Oxy được dùng để đốt cháy 1 phần methane, cung ứng thêm nhiệt cho phản ứng .</p> <h3><span class=Hoạt hóa Hydro[sửa|sửa mã nguồn]

Liên kết cộng hóa trị giữa C-H trong methane thuộc loại bền nhất trong hydrocarbon. Tuy nhiên, methane vẫn là nguyên vật liệu khởi đầu chính trong sản xuất hydro. Việc tìm kiếm những xúc tác có công dụng thôi thúc thuận tiện sự hoạt hóa hydro trong methane và những alkan bậc thấp khác là một nghành nghiên cứu và điều tra khá quan trọng trong công nghiệp .

Phản ứng thế halogen[sửa|sửa mã nguồn]

Methan phản ứng với halogen cho ra dẫn xuất halogen của methane và hydro halide .

Ví dụ: Methane phản ứng với chlor trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều giai đoạn:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

Phản ứng phân hủy[sửa|sửa mã nguồn]

Methane hoàn toàn có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000 oC [ 14 ] :

CH4 → C + 2H2

hoặc khi công dụng với Cl2 khi đun nóng hoặc flo ở điều kiện kèm theo thường, tạo thành muội than và khí axit [ 15 ] :

CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl

Phương pháp điều chế[sửa|sửa mã nguồn]

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4↑
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4↑
CH 3 COONa + NaOH → t o CH 4 + Na 2 CO 3 { \ displaystyle { \ ce { CH3COONa + NaOH -> [ to ] CH4 + Na2CO3 } } }{\displaystyle {\ce {CH3COONa + NaOH ->[to] CH4 + Na2CO3}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/84e9220c04e20f008b9c5ef57ea98525f728bd60″/></span></dd> </dl> <ul> <li>Phản ứng trực tiếp có xúc tác Nickel (hiệu suất rất thấp)</li> </ul> <dl> <dd><span class=C + 2 H 2 → N i CH 4 { \ displaystyle { \ ce { C + 2H2 -> [ Ni ] CH4 } } }{\displaystyle {\ce {C + 2H2 ->[Ni] CH4}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d688ec203ae4435d36fe00da2b1406997d8828a8″/></span></dd> </dl> <ul> <li>Từ CO</li> </ul> <dl> <dd>CO + 3H2 → H2O + CH4↑</dd> </dl> <ul> <li>Từ đường glucose (C6H12O6)</li> </ul> <dl> <dd>C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4</dd> </dl> <ul> <li>Từ khí thiên nhiên</li> <li>Phản ứng cracking alkan từ 3C trở lên (thường là cracking propan tại propan sẽ cho ra sản phẩm là methan trực tiếp)</li> </ul> <p>C</p> <p>3</p> <p>H</p> <p>8</p> <p>→</p> <p>c<br /> r<br /> a<br /> c<br /> k<br /> i<br /> n<br /> g</p> <p>CH</p> <p>4</p> <p>+</p> <p>C</p> <p>2</p> <p>H</p> <p>4</p> <p>{\displaystyle {\ce {C3H8 ->[cracking] CH4 + C2H4}}}</p> <p><img alt=[cracking] CH4 + C2H4}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b33eb7b57ccba6e353c2b24090dd95307a920e4a”/>

Methane là một nguyên vật liệu quan trọng. So với than đá, đốt cháy methane sinh ra ít CO2 trên mỗi đơn vị chức năng nhiệt giải phóng. Ở nhiều nơi, methane được dẫn tới từng nhà nhằm mục đích mục tiêu sưởi ấm và nấu ăn. Nó thường được biết tới với cái tên khí vạn vật thiên nhiên. [ 16 ]

Trong công nghiệp[sửa|sửa mã nguồn]

Methane được dùng trong nhiều phản ứng hóa công nghiệp và hoàn toàn có thể được chuyên chở dưới dạng khí hóa lỏng. Trong hóa công nghiệp, methane là nguyên vật liệu sản xuất hydro, methanol, axit axetic và anhydride axetic .

Methane trong khí quyển Trái Đất[sửa|sửa mã nguồn]

Methane trong khí quyển là một khí gây hiệu ứng nhà kính. [ 17 ] Mật độ của nó đã tăng khoảng chừng 150 % từ năm 1750 và đến năm 1998, tỷ lệ trung bình của nó trên mặt phẳng Trái Đất là 1745 ppb. Mật độ ở bán cầu Bắc cao hơn vì ở đó có nhiều nguồn methane hơn ( cả vạn vật thiên nhiên lẫn tự tạo ). Mật độ của methane đổi khác theo mùa, thấp nhất vào cuối mùa hè. [ 18 ] Đ

Quá trình tiêu huỷ[sửa|sửa mã nguồn]

Cơ chế tàn phá chính của methane trong khí quyển là qua công dụng với gốc hydroxide ( OH ) :

CH4 + OH → CH3 + H2O

Phản ứng này diễn ra ở trong tầng đối lưu làm cho methane sống sót được từ 6 đến 9 năm. [ 19 ]

Sự giải phóng bất ngờ đột ngột của sàng methan[sửa|sửa mã nguồn]

Ở áp suất lớn, ví dụ như ở dưới đáy đại dương, methane tạo ra một dạng sàng rắn với nước, được gọi là methan hydrat. [ 20 ] Một số lượng chưa xác lập nhưng có lẽ rằng là rất nhiều methane bị giữ lại dưới dạng này ở đáy biển. Sự giải phóng bất thần của một thể tích lớn methane từ những nơi đó vào khí quyển là một giả thuyết về nguyên do dẫn tới những hiện tượng kỳ lạ Trái Đất nóng lên trong quá khứ xa, đỉnh điểm là khoảng chừng 55 triệu năm trước .Một tổ chức triển khai đã ước tính trữ lượng quặng methane hydrat dưới đáy đại dương vào thời gian 10 triệu triệu tấn ( 10 exagram ). Giả thuyết rằng nếu Trái Đất nóng lên đến một nhiệt độ nhất định, hàng loạt lượng methane này hoàn toàn có thể một lần nữa bị giải phóng bất ngờ đột ngột vào khí quyển, khuếch đại hiệu ứng nhà kính lên nhiều lần và làm Trái Đất nóng lên đến mức chưa từng thấy .

Methane bên ngoài Trái Đất[sửa|sửa mã nguồn]

Methane đã được phát hiện hoặc tin là sống sót ở vài nơi trong Hệ Mặt Trời. Người ta cho rằng nó được tạo ra nhờ những quy trình phản ứng vô sinh .

Dấu vết của khí methane cũng được tìm thấy ở bầu khí quyển mỏng trên Mặt Trăng của Trái Đất. Methane cũng được dò thấy ở các đám mây giữa những vì sao trong vũ trụ.

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://thevesta.vn
Category: Bản Tin

Bài viết liên quan
Bài Viết Mới Nhất