Metà

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
Metà
estructura
model molecular
Nom de la IUPAC
metà [1]
Noms alternatius
tetrahidrid de carboni
gas de pantà
grisou
formè
Característiques generals
Fórmula molecular o crua CH 4
Massa molecular ( u ) 16.04
Aspecte gas incolor
Número CAS 74-82-8
Número EINECS 200-812-7
PubChem 297
DrugBank DB15994
SOMRIURE
C
Propietats fisicoquímiques
Densitat (kg m −3 , en cs ) 0,71682
Solubilitat en aigua 0,024 g / L a cn
Temperatura de fusió −182,7 ° C (90,8 K)
Δ fus H 0 (kJ mol −1 ) 1.1
Temperatura d'ebullició −161,4 ° C (111,8 K)
Δ eb H 0 (kJ mol −1 ) 8.17
Punt triple 90,67 K (−182,48 ° C)
11,7 kPa
Punt crític 190,6 K (−82,6 ° C)
4,6 MPa
Viscositat dinàmica ( mPa s a 0 ° C i 100 ° C) 0,0103
0,0137
Propietats termoquímiques
Δ f H 0 (kJ mol −1 ) −74,81 [2]
Δ f G 0 (kJ mol −1 ) −50,72 [2]
S 0 m (J K −1 mol −1 ) 186,26 [2]
C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) 35,31 [2]
Δ pinta H 0 (kJ mol −1 ) −890 [2]
Informació de seguretat
Punt de flama −188 ° C (85 K)
Límits d’explosió 5,3 - 14% vol.
Temperatura d’ignició automàtica 600 ° C (873 K)
Símbols de perill químic
extremadament inflamable gas comprimit
perill
Frases H 220 - 280
Consells P 210 - 377 - 381 - 403 [3]

El metà és un hidrocarbur simple ( alcà ) format per un àtom de carboni i quatre àtoms d'hidrogen ; la seva fórmula química és CH 4 i es presenta de forma natural en forma de gas .

Antecedents

El descobriment

A la tardor de 1776 Alessandro Volta va estudiar un fenomen conegut fins i tot en temps més llunyans, que li va informar Carlo Giuseppe Campi: en un revolt estancat del riu Lambro , quan una flama s’acostava a la superfície, s’encenien flames celestes.

Aquest fenomen ja havia estat estudiat per separat per Lavoisier , Franklin i Priestley uns anys abans i s’havia classificat simplement com una exhalació d’aire inflamable, d’origen mineral.

Volta volia aprofundir en la qüestió. Mentre era hoste a Angera a casa de la seva amiga Teresa Castiglioni ( Angera 1750 - Como 1821), Alessandro Volta va descobrir l’aire inflamable al pantà de l’ illa Partegora , a la localitat de Bruschera (província de Varese). Intentant moure el fons amb l’ajut d’un pal, va veure pujar bombolles de gas i les va recollir en ampolles. Va donar a aquest gas el nom d' aire de marjal inflamable i va descobrir que es podia encendre, ja sigui mitjançant una espelma encesa o mitjançant una descàrrega elèctrica; va deduir que el gas es va formar en la descomposició de substàncies animals i vegetals [4] . Pensant immediatament en el seu ús pràctic, primer va construir una pistola electroflogopneumàtica en fusta, metall i vidre, la finalitat de la qual seria la transmissió d’un senyal a distància i, posteriorment, va fer una làmpada d’aire inflamable i va perfeccionar l’ eudiòmetre per mesurar i anàlisi de gasos.

Per confirmar la seva tesi, es va dirigir el 1780 a Pietramala , a l'Apení toscà, on hi havia famosos teixits . La composició correcta del gas va ser determinada per William Henry el 1805 .

Extracció de metà a Itàlia

Al juny de 1959, a Itàlia, prop de Lodi , una perforació d’ Eni , presidida llavors per Enrico Mattei , va descobrir el primer dipòsit profund d’Europa occidental.

Posteriorment, van començar les enquestes al mar Adriàtic , però les dues primeres perforacions van donar resultats negatius, de manera que Eni va abandonar la idea de preferir destinar els recursos a les perforacions del mar Roig . A l'espera de les autoritzacions del govern egipci , Eni va decidir dur a terme una tercera perforació a la costa de Ravenna , cosa que va donar un resultat positiu. El 1959 va entrar en funcionament la primera plataforma de metà .

A la costa de Crotone, les plataformes d’Eni actualment extreuen aproximadament el 15% del consum nacional de metà, tant per a ús civil com industrial.

Propietats fisicoquímiques

La molècula de metà té una forma tetraèdrica; l'àtom de carboni es troba al centre d'un tetraedre regular als vèrtexs dels quals es troben els àtoms d'hidrogen. Els angles d’enllaç són de 109,5 °.

La molècula de metà té orbitals atòmics híbrids sp 3 , com tots els carbonis de les molècules de la classe dels alcans, de les quals és el membre més curt; per tant, té 4 enllaços CH equivalents.

A temperatura i pressió ambient es produeix com un gas incolor, inodor i altament inflamable. El metà líquid, en canvi, s’obté refredant el gas a una temperatura de –162 ° C, de nou a pressió atmosfèrica. [5]

Abundància i disponibilitat al món

Subterrani

Flames generades per la pèrdua de gas natural (consistent essencialment en metà) d’una font natural.

El metà és el resultat de la descomposició d’algunes substàncies orgàniques en absència d’oxigen. La major part del metà s’obté per extracció dels seus dipòsits subterranis, on sovint es combina amb altres hidrocarburs , fruit de la descomposició de substàncies orgàniques enterrades profundament a la prehistòria.

Normalment, el metà està present als jaciments petrolífers (però també hi ha enormes camps de metà). El metà deriva de les roques d'origen , de les quals deriven progressivament tots els hidrocarburs (des de sòlid betum , fins a petroli líquid, fins a gasosos, com el propi metà) (mitjançant la fissuració del querogen ).

Quan s’extreu petroli, el metà també surt a la superfície, de mitjana en quantitats iguals al mateix petroli. Si els camps es troben lluny dels llocs de consum o situats a mar obert, és gairebé impossible utilitzar aquest metà, que per tant es crema a la sortida dels pous sense ser utilitzat de cap manera, o bé es torna a bombar camps petrolífers, mitjançant l’ús de compressors centrífugs o alternatius, afavorint encara més la sortida del cru gràcies a la pressió.

Al voltant de dos terços del metà extret no s’utilitza, sinó que es dispersa a l’atmosfera perquè el cost del transport del gas natural a les canonades és quatre vegades superior al del petroli, perquè la densitat del gas és molt inferior.

Al fons del mar

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: alliberament de metà àrtic .

S'estima que existeixen grans quantitats de metà en forma de clatrats de metà al fons oceànic.

Clatrat de metà al fons oceànic.

A l’atmosfera terrestre

El metà és un gas d’efecte hivernacle present a l’atmosfera terrestre en concentracions molt inferiors al CO 2 però amb un potencial d’escalfament global 21 vegades superior [6] .

Les principals fonts d’emissions de metà a l’atmosfera són:

El 60% al 80% de les emissions mundials són d'origen humà. Provenen principalment de mines de carbó [7] , abocadors, activitats petrolieres, gasoductes i agricultura.

La seva concentració a l'atmosfera va augmentar de 700 ppb (parts per mil milions) en el període 1000 - 1750 a 1.750 ppb el 2000 , un augment del 150% [8] . Al maig de 2019, el valor havia augmentat fins a 1862,8 ppb [9] .

El metà és el responsable del 18% de l’ augment de l’efecte hivernacle .

L’escalfament global, augmentant l’alliberament de metà als sistemes naturals, també pot augmentar els nivells de metà atmosfèric. [10]

Concentració mitjana anual de metà a la troposfera el 2011 (en ppm ).

És present en concentracions més altes a l’ hemisferi nord .

Als altres planetes

Mapa de la concentració de metà a l'atmosfera de Mart .

La presència de metà s’ha comprovat o hipotetitzat en molts llocs del sistema solar . En la majoria dels casos, es creu que s’origina a partir de processos abiòtics . Les possibles excepcions podrien ser les de Mart i Tità

  • Lluna : hi ha rastres que es filtren de la superfície. [11]
  • Mart : l'atmosfera marciana conté una mica de metà. El gener de 2009, investigadors de la NASA van observar emissions de metà de la superfície a l'atmosfera situades en zones específiques, suggerint que podrien estar relacionades amb activitats biològiques que tenen lloc sota terra. [12]
  • Júpiter : l'atmosfera del planeta està formada per aproximadament un 0,3% de metà.
  • Saturn : l'atmosfera del planeta està formada per aproximadament un 0,4% de metà.
Llacs de metà líquid a la superfície de Tità .
    • Tità : la seva atmosfera conté aproximadament un 1,6% de metà i s’han observat milers de llacs de metà líquid a la superfície. [13] A l'atmosfera superior, el metà es converteix en molècules més complexes, inclòs l' acetilè , en un procés que també produeix hidrogen molecular. També s’ha observat que prop de la superfície l’acetilè i l’hidrogen tornen a formar metà: es planteja la presència d’algun catalitzador exòtic o d’una forma de vida metanogènica encara més exòtica. [14]
    • Enceladus : la seva atmosfera conté aproximadament un 1,7% de metà. [15]
  • Urà : l'atmosfera del planeta conté aproximadament un 2,3% de metà.
    • Ariel : es suposa que el metà és un dels components del gel superficial d'Ariel.
    • Miranda
    • Oberon : aproximadament el 20% del gel superficial d'Oberon està compost per compostos a base de carboni similars als compostos de metà i nitrogen.
    • Titània : al voltant del 20% del gel superficial de Titània està compost per compostos orgànics relacionats amb el metà.
    • Umbriel : el metà és un dels components del gel superficial.
  • Neptú : l'atmosfera del planeta conté aproximadament un 1,6% de metà.
    • Tritone - El tritone té una tènue atmosfera de nitrogen amb traces de metà a nivell superficial. [16] [17]
  • Plutó : l’anàlisi espectroscòpica de la superfície de Plutó mostra la presència de traces de metà. [18] [19]
  • Caront : es presumeix la presència de metà a Caront, però encara no està confirmada definitivament. [20]
  • Eris : l’espectre infraroig revela la presència de gel de metà.
  • El cometa de Halley
  • Cometa Hyakutake : les observacions de la Terra han demostrat la presència de metà i età al cometa. [21]
  • l' exoplaneta HD 189733b : es tracta de la primera detecció d'un compost orgànic en un planeta fora del sistema solar. Encara es desconeix el seu origen, atès que l’alta temperatura superficial del planeta (700 ° C) normalment hauria d’afavorir el desenvolupament de monòxid de carboni . [22]
  • núvols interestel·lars [23]

Reactivitat

Model 3D de metà (CH 4 ). La figura mostra la distància (en ångström ) entre el carboni i l’hidrogen, que és força curta si es compara amb els enllaços CH dels altres hidrocarburs.

Excepte la combustió, les reaccions de metà es duen a terme principalment a altes pressions i / o temperatures, però gairebé sempre en presència de catalitzadors.

L'oxidació del metà amb àcid sulfúric i diclorobipirimidilplatí com a catalitzador converteix aproximadament el 90% del metà en sulfat de metil hidrogen a 220 ° C i 34 atm de pressió; mitjançant la posterior hidròlisi s’obté metanol i àcid sulfúric inicial, però el procés no es considera eficient. [24]

L’ enllaç covalent carboni - hidrogen del metà és un dels hidrocarburs més forts; per aquest motiu, el metà és menys reactiu que altres hidrocarburs, de manera que el seu ús com a matèria primera a la indústria química és limitat. La recerca d’un catalitzador que pugui facilitar l’activació de l’enllaç CH al metà i altres alcans lleugers és una àrea de recerca amb importants implicacions industrials.

En eliminar un àtom d’hidrogen, el metà forma el radical metil (CH 3 •) mentre que si s’eliminen dos hidrògens, el radical format pren el nom de metilè (• CH 2 •).

Combustió

Tendència de l'entalpia de reacció associada a la combustió de metà.

El metà és el principal component del gas natural i és un combustible excel·lent perquè té un poder calorífic elevat . La crema d’una molècula de metà en presència d’ oxigen forma una molècula de CO 2 ( diòxid de carboni ), dues molècules d’H 2 O ( aigua ) i s’allibera una quantitat de calor:

La calor de combustió de la reacció és negativa (la reacció de combustió és una reacció exotèrmica ); considerant la reacció de combustió del metà com un sistema tancat , la calor de reacció és igual a -891 kJ / mol.

De la combustió d’un quilogram de metà, aproximadament 50,0 Mjoules . De la combustió d’un metre cúbic normal (1 Nm 3 és una quantitat de substància igual a 44,61 mols) de metà, s’obtenen uns 39,79 MJ (9.503,86 kcal). [25]

Principals aplicacions i usos

El metà s'utilitza principalment en el camp de l'energia, per a l'ús de calefacció o per alimentar cuines de gas. Després s’utilitza al sector agrícola per tal de crear el clima ideal als hivernacles . Finalment, s’utilitza com a combustible per alimentar cotxes i camions (tant en cas d’ encesa per espurna com d’encesa espontània ), aquests vehicles s’anomenen vehicles de gas natural .

El metà és inodor, incolor i insípid, de manera que per distribuir-lo a les xarxes domèstiques ha de ser "olorat" mitjançant un procés de llavar un líquid amb una característica "olor a gas", sovint es tracta de mercaptans ( tiols ). Aquest procediment és essencial per tal de fer notar la presència de gas en cas de fuites i reduir el risc d’incendis i explosions accidentals.

Imatges 3D de la molècula

Anàglif de metà.png
Anaglif de metà. Per a una visualització adequada, utilitzeu ulleres amb lents blaves i vermelles.
Methane cross.png
Model 3D de metà amb ulls creuats. Per a una visualització adequada, utilitzeu ulleres adequades.

Nota

  1. Nomenclatura de química orgànica: Recomanacions i noms preferits de la IUPAC 2013 (Blue Book) , Cambridge, The Royal Society of Chemistry , 2014, pp. 3-4, DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 , ISBN 978-0-85404-182-4 .
    "El metà és un nom conservat (vegeu P-12.3) que es prefereix al nom sistemàtic" carbane ", un nom mai recomanable per substituir el metà, però que s'utilitza per derivar els noms" carbè "i" carbí "per als radicals H 2 C 2 • i HC 3 • , respectivament. " .
  2. ^ a b c d e "Atkins SH - Edició 8"
  3. ^ full de metà a IFA-GESTIS Arxivat el 16 d'octubre de 2019 a Internet Archive .
  4. ^ Font: Angera.biz Arxivat el 16 de gener de 2009 a Internet Archive .
  5. ^ Font: Focus [ enllaç trencat ]
  6. Potencials d'escalfament global
  7. ^ (EN) Jillian Ambrose, Les emissions de metà de les mines de carbó podrien provocar una crisi climàtica: estudi , a The Guardian, 15 de novembre de 2019. Obtingut el 15 de novembre de 2019.
  8. ^ Butlletí de gasos d'efecte hivernacle de l'OMM. No 1: 14 de març de 2006
  9. ^ (EN) NOAA Departament de Comerç dels EUA, Divisió de Seguiment Mundial d'ESRL - Xarxa de referència mundial de gasos d'efecte hivernacle a www.esrl.noaa.gov. Consultat el 16 de juliol de 2019 .
  10. ^ (EN) Joshua F. Dean, Jack i Thomas J. Middelburg Rockmann, Methane Feedbacks to the Global Climate System in a Warmer World , a Reviews of Geophysics, vol. 56, núm. 1, 2018, pp. 207-250, DOI : 10.1002 / 2017RG000559 . Consultat el 29 de setembre de 2019 .
  11. SA Stern, L'atmosfera lunar: història, estat, problemes actuals i context , a Rev. Geophys. , vol. 37, núm. 4, 1999, pàgs. 453–491, Bibcode : 1999RvGeo..37..453S , DOI : 10.1029 / 1999RG900005 .
  12. Mars exhaureix el metà en el que podria ser un senyal de vida , Washington Post, 16 de gener de 2009
  13. ^ HB HB Niemann, et al., SK Atreya, SJ Bauer, GR Carignan, JE Demick, RL Frost, D Gautier, JA Haberman i DN Harpold, Les abundàncies de components de l'atmosfera de Titan de l'instrument GCMS a la sonda Huygens , a Natura , vol. 438, n. 7069, 2005, pàgs. 779–784, Bibcode : 2005 Natur.438..779N , DOI : 10.1038 / nature04122 , PMID 16319830 .
  14. Chris Mckay, Have We Discovered Evidence For Life On Titan , spacedaily.com , SpaceDaily, 2010. Obtingut el 10 de juny de 2010 . Space.com. 23 de març de 2010.
  15. ^ Waite, JH; et al. ; (2006); Espectròmetre de masses neutre i iònic de Cassini: composició i estructura del penoll Enceladus , ciència, vol. 311, núm. 5766, pàgs. 1419-1422
  16. ^ DF AL Broadfoot, SK Bertaux, JE Dessler et al., RV Yelle, Linick and Lunine, Ultraviolet Spectrometer Observations of Neptune and Triton , in Science , vol. 246, n. 4936, 15 de desembre de 1989, pp. 1459–1466, Bibcode : 1989Sci ... 246.1459B , DOI : 10.1126 / science.246.4936.1459 , PMID 17756000 .
  17. Ron Miller, William K. Hartmann, The Grand Tour: A Traveler's Guide to the Solar System , 3rd, Thailand, Workman Publishing, 2005, pp. 172–73, ISBN 0-7611-3547-2 .
  18. ^ Tobias C. Owen, Ted L. Roush et al., Surface Ices and the Atmospheric Composition of Plutón , a Science , vol. 261, n. 5122, 6 d'agost de 1993, pp. 745–748, Bibcode : 1993Sci ... 261..745O , DOI : 10.1126 / science.261.5122.745 , PMID 17757212 . Recuperat el 29/03/2007 .
  19. Plutó , a SolStation , 2006. Consultat el 28 de març de 2007 .
  20. ^ B B. Sicardy et al., A Bellucci, E Gendron, F Lacombe, S Lacour, J Lecacheux, E Lellouch, S Renner i S Pau, La mida de Caront i un límit superior de l'atmosfera a partir d'una ocultació estel·lar , a Nature , vol. 439, núm. 7072, 2006, pàgs. 52-4, Bibcode : 2006 Nat.439 ... 52S , DOI : 10.1038 / nature04351 , PMID 16397493 .
  21. Mumma, MJ, Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD i DX Xie, Detecció d'abundant età i metà, juntament amb monòxid de carboni i aigua, a Cometa C / 1996 B2 Hyakutake: evidència d’origen interestel·lar , a Science , vol. 272, n. 5266, 1996, pàgs. 1310–4, Bibcode : 1996Sci ... 272.1310M , DOI : 10.1126 / science.272.5266.1310 , PMID 8650540 .
  22. Stephen Battersby, Molècules orgàniques trobades al món alienígena per primera vegada , a space.newscientist.com , 11 de febrer de 2008. Obtingut el 12 de febrer de 2008 (arxivat de l' original el 13 de febrer de 2008) .
  23. ^ JH Lacy, JS Carr, NJ Evans, II, F. Baas, JM Achtermann, JF Arenys, Descobriment de metà interestel·lar - Observacions d'absorció CH4 gasós i sòlid cap a estrelles joves en núvols moleculars , en Astrophysical Journal, vol. 376, 1991, pàgs. 556-560, Bibcode : 1991ApJ ... 376..556L , DOI : 10.1086 / 170304 .
  24. Science , 280 , 24 d'abril de 1998, 525
  25. ^ combustió de metà , a Chimica Online .

Bibliografia

Articles relacionats

Altres projectes

Enllaços externs

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 31236 · LCCN ( EN ) sh85084379 · GND ( DE ) 4169678-5 · BNF ( FR ) cb11980022t (data) · NDL ( EN , JA ) 00576602
Chimica Portale Chimica : il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia