3.3. Классификация органических веществ. Номенклатура органических веществ (тривиальная и международная).

image

Химические свойства метана ничем не отличаются от свойств, присущих всем веществам класса алканов. В школьном курсе химии метан изучают одним из первых веществ органики, так как он является одним из простейших представителей алканов.

В его составе один атом углерода и четыре атома водорода.

Оглавление:

Формула метана и способы его получения

Молекулярная формула метана Структурная формула метана
 

СH4

Н

|

Н — С — Н

|

Н

 

Метан в больших количествах содержится в атмосфере. Мы не обращаем внимания на нахождение этого газа в воздухе, ведь на нашем организме это никак не отражается, а вот канарейки очень чувствительны к метану.

Когда-то они даже помогали шахтерам спускаться под землю. Когда процентное содержание метана изменялась, птицы переставали петь. Это служило сигналом для человека, что он спустился слишком глубоко и нужно подниматься наверх.

image

Образуется метан в результате распада остатков живых организмов. Не случайно с английского methane переводится, как болотный газ, ведь он может быть обнаружен в заболоченных водоемах и каменноугольных шахтах.

Основным источником газа в агропромышленном комплексе является рогатый скот. Да, метан они выводят из организма вместе с остальными продуктами жизнедеятельности. Кстати, увеличение числа рогатого скота на планете может привести к разрушению озонового слоя, ведь метан с кислородом образуют взрывоопасную смесь.

Метан в промышленности можно получить с помощью нагревания углерода и водорода или синтеза водяного газа, все реакции протекают в присутствии катализатора, чаще всего никеля.

В США разработана целая система по добыче метана, она способна извлечь до 80% газа из природного угля. На сегодняшний день мировые запасы метана оцениваются экспертами в 260 триллионов метров кубических! Даже запасы природного газа значительно меньше.

В лаборатории метан получают путем взаимодействия карбида алюминия (неорганическое соединение алюминия с углеродом) и воды. Также с помощью гидроксида натрия, вступающего в реакцию с ацетатом натрия, более известного как пищевая добавка Е262.

Физические свойства метана

Характеристика:

  1. Бесцветный газ, без запаха.
  2. Взрывоопасен.
  3. Нерастворим в воде.
  4. Температура кипения: -162oC, замерзания: -183°C.
  5. Молярная масса: 16,044 г/моль.
  6. Плотность: 0,656 кг/м³.

Химические свойства метана

Говоря о химических свойствах, выделяют те реакции, в которые вступает метан. Ниже они приведены вместе с формулами.

Горение метана

Как все органические вещества, метан горит. Можно заметить, что при горении образуется голубоватое пламя.

СН4 + 2O2 → СO2↑ + 2Н2O

Называется такая реакция – реакцией горения или полного окисления.

Замещение

Метан также реагирует с галогенами. Это химические элементы 17 группы в периодической таблице Менделеева. К ним относятся: фтор, хлор, бром, йод и астат. Реакция с галогенами называется – реакцией замещения или галогенирования. Такая реакция проходит только в присутствии света.

Хлорирование и бромирование

Если в качестве галогена используется хлор, то реакция будет называться – реакцией хлорирования. Если в качестве галогена выступает бром, то – бромирование, и так далее.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + НСl

CH4 + Br2 → CH3Br + НBr

Хлорирование. Низшие алканы могут прохлорировать полностью.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + НСl

CH3Cl + Cl2 → CH2Сl2 + НСl

CH2Сl2+ Cl2 → CHCl3 + НСl

CHCl3 + Cl2 → CСl4 + НСl

Точно так же метан может полностью вступать в реакцию бромирования.

CH4 + Br2 → CH3Br + Н Br

CH3Br + Br2 → CH2Br2 + НBr

CH2Br2 + Br2 → CHBr3 + НBr

CHBr3 + Br2 → CBr4 + НBr

С йодом такой реакции уже нет, а с фтором наоборот сопровождается быстрым взрывом.

Разложение

Так же этому углеводороду свойственна реакция разложения. Полное разложение:

СН4 → С + 2H₂

И неполное разложение:

2СН4 → С2Н2 + 3Н2

Реакция с кислотами

Метан реагирует с концентрированной серной кислотой. Реакция носит название сульфирования и происходит при небольшом нагревании.

2СН4 + Н24 → СН33Н + Н2О

Окисление

Как уже было сказано, СH4 может полностью окисляться, но при недостатке кислорода возможно неполное окисление.

2СН4 + 3O2 → 2CO + 4Н2O

СН4 + О2 → С + 2Н2O

Помимо прочего для этого газа характерно каталитическое окисление. Оно происходит в присутствии катализатора. При разном соотношении моль вещества получаются разные конечные продукты реакции. В основном это:

  • спирты: 2СН4 + O2 → 2СO3
  • альдегиды: СН4 + O2 → НСОН + Н2O
  • карбоновые кислоты: 2СН4 + 3O2 → 2НСОOН + 2Н2O

Реакция протекает при температуре 1500°C. Данная реакция также носит название – крекинг – термическое разложение.

Нитрование метана

Существует также реакция нитрования или реакция Коновалова, названная в честь ученого, который доказал, что с предельными углеводородами действует разбавленная азотная кислота. Продукты реакции получили название – нитросоединения.

CH4 + НNО3 → СН3NO2 + H2O

Реакция проводится при температуре 140-150°C.

Дегидрирование метана

Кроме того, для метана характерна реакция дегидрирования (разложения) – отцепление атомов водорода и получения ацетилена, в данном случае.

2CН4 → C2H2 + 3Н2

Применение метана

Метан, как и остальные предельные углеводороды, широко используется в повседневной жизни. Его применяют в производстве бензина, авиационного и дизельного топлива.

Используют в качестве базы для получения различного органического сырья на предприятиях. Также метан широко используется в медицине и косметологии.

Метан применяют для получения синтетического каучука, красок и шин.

Атлеты используют так называемый жидкий метан для быстрого набора массы за короткий промежуток времени.

А при хлорировании метана образуется вещество, которое в дальнейшем используется для обезжиривания поверхностей или как компонент в средствах для снятия лака. Некоторое время продукт взаимодействия метана и хлора использовали в качестве наркоза.

Рубрики Это интересно

Метан применяется во множестве сфер человеческой жизни. Он обеспечивает прогресс/сохранение уровня цивилизации. Это материал для создания полимеров (синтетического каучука), а затем иных весьма гибких и прочных материалов (резина), химическое сырьё, один из основных источников водорода. Главное же его предназначение всё-таки являться топливом. Газ в этом плане набирает популярность, ибо использовать в этих целях метан экономичнее.

Области применения метана

  Метан — топливо автомобилей

  • Сейчас метан всё чаще используется, как топливо в автомобилях в качестве. Однако — в сжатом виде, ведь плотность метана значительно меньше, чем у бензина. Обычно его сжимают до состояния от 200 до 250 атмосфер и помещают в баллоны, которые и размещаются в машине. Некоторое падение мощности применение такого топлива всё-таки может вызвать, но оно крайне не существенно. Зато в отличие от бензина стоит CH4 ощутимо дешевле, да и вредных веществ в атмосферу выделяет поменьше. Так же из этого газа можно получать синтетический бензин.

  Сварка и резка металла метаном

  • Так же метан используется в процессе (газовых) сварки, либо резки металла, в силу способности к горению. Его температура пламени (до 1200 градусов) пониже, чем у ацетилена, поэтому сварка таким газом наиболее подходит для алюминия, меди, её сплавов и чугуна.

  Использование метана в быту

  • CH4 — основная составляющая природного газа, а значит и большая часть того, что используется в газовых плитах и других подобных конструкциях. Используется в качестве продукта хлорирования в огнетушителях.

  Метан в медицине

  • Он нашёл применение и в медицине. Газ в целом безвреден для человеческого организма, но оказывает на индивидума усыпляющие действие. Поэтому метан используют в качестве снотворного, возможно, с некоторыми примесями.

  Метан как растворитель

  • Используется CH4 и в качестве растворителя. Вода в этом плане более эффективна, однако этот газ менее химически реактивен и потому способен создавать большие системные образования вроде белков.

Вред: Метан — парниковый газ

Однако не смотря на свою дешевизну, метан имеет большой минус. Он оказывает очень сильное парниковое воздействие на атмосферу, в 21 раз большее, чем оказывает углекислый газ.

Прежде чем задать вопрос прочитайте:FAQ Метан – первый представитель ряда алканов с формулой СН4. Это бесцветный природный газ без запаха. Благодаря физическим и химическим свойствам метан используется в качестве топлива.

Строение

Молекула метана представляет собой тетраэдр, в середине которого находится углерод, соединённый простыми (одинарными) σ-связями с атомами водорода. Строение и свойства молекулы метана важны для понимания всей органической химии, так как большинство органических соединений содержит метильные группы -СН2.

Рис. 1. Строение молекулы метана.

Метан образует гомологический ряд алканов. Каждый последующий гомолог отличается от предыдущего на одну группу -СН2. Из-за тетраэдрической конфигурации длинные молекулы алканов имеют вид изогнутых цепочек.

Получение

Метан – распространённый газ во Вселенной. Он находится в природном и попутном газе, образуется на дне морей, выделяется как конечный продукт жизнедеятельности кишечных бактерий. Метан входит в состав атмосферы планет-гигантов. На поверхности Титана – спутника Сатурна – находятся этан-метановые озёра и реки.

Рис. 2. Спутник Титан.

В промышленности метан выделяют из природного газа и получают при коксовании (прокаливании) каменного угля.

В лаборатории метан образуется при нагревании сухого гидроксида натрия с уксусной кислотой, а также при плавлении ацетата с гидроксидом натрия:

  • 2NaOH + CH3COOH → Na2CO3 + H2O + CH4;
  • CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.

Впервые метан обнаружил на болотах физик Алессандро Вольта в 1776 году. Два года спустя он выделил из болотного газа чистый метан.

Свойства

Основные физические свойства:

  • легче воздуха;
  • без запаха и вкуса;
  • плохо растворяется в воде;
  • молекулярная масса – 16;
  • температура плавления – -182,49°С;
  • температура кипения – -161,56°С;
  • температура вспышки – 87,8°С;
  • температура самовоспламенения – 537,8°С.

Метан определяет физико-химические свойства гомологического ряда алканов. При обычных условиях метан и его гомологи малоактивны и вступают в реакции под действием высокой температуры и катализатора. Дополнительные условия необходимы для расщепления связи С-Н.

Основные реакции метана:

  • нитрование: CH4 + HONO2 → CH3-NO2 + H2O;
  • галогенирование: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl;
  • сульфохлорирование: CH4 + SO2 + Cl2 → CH3-SO2Cl + HCl↑;
  • каталитическое окисление под действием солей меди и марганца: 2CH4 + O2 → 2CH3OH;
  • полное окисление (горение): CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O + Q;
  • окисление водяным паром: CH4 + H2O → CO + 3H2;
  • крекинг (метод переработки нефти): 2CH4 → HC≡CH + 3H2.

Рис. 3. Горение метана.

Концентрация метана в воздухе более 4 % взрывоопасна. Поэтому метану специально придают запах, смешивая газ с тиолами, содержащими серу. Это помогает контролировать утечку бытового газа.

Что мы узнали?

Метан – простейший представитель класса алканов, образующий гомологический ряд. Это бесцветный горючий газ, выделяемый из природного газа и получаемый при коксовании угля. Метан используется в качестве топлива. При высокой температуре самовоспламеняется. Газ подвержен нитрованию, галогенированию, сульфохлорированию, окислению под действием катализатора, водяного пара, горения, а также крекингу, используемого в переработке нефти.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Какова формула метана?

(новая вкладка) НазадВперед

Метан в словаре кроссвордиста

метан

метан

Метан Мета́н,  — простейший по составу предельный углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха. Малорастворим в воде, легче воздуха.

метан

м.Бесцветный газ, представляющий собою соединение углерода с водородом; болотный или рудничный газ.

метан

( фр. methane ( гр. ) болотный, или рудничный, газ — простейшее органическое соединение, насыщенный углеводород алифатического ряда, газ без цвета и запаха, основной компонент природного газа; образуется при гниении органических веществ без доступа воздуха, напр, на дне болот и в рудниках; с воздухом образует взрывоопасные смеси; используется как топливо, а также для синтеза различных органических соединений.

метан

м. Бесцветный газ, представляющий собою соединение углерода с водородом; болотный или рудничный газ.

метан

[фр. methaneболотный, или рудничный, газ — простейшее органическое соединение, насыщенный углеводород алифатического ряда, газ без цвета и запаха, основной компонент природного газа; образуется при гниении органических веществ без доступа воздуха, напр, на дне болот и в рудниках; с воздухом образует взрывоопасные смеси; используется как топливо, а также для синтеза различных органических соединений.

метан

мет`ан, -а

метан

горючий болотный или рудничный газ без цвета и запаха, соединение углерода с водородом

метан

CH4, бесцветный газ, tкип 164 °C. Основной компонент природных (77-99%), попутных нефтяных (31-90%), рудничного и болотного газов. Горит бесцветным пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Сырье для получения многих ценных продуктов химической промышленности — формальдегида, ацетилена, сероуглерода, хлороформа, синильной кислоты, сажи. Применяется как топливо.

метан

метан м. Бесцветный газ, представляющий собою соединение углерода с водородом; болотный или рудничный газ.

метан

метана, мн. нет, м. (от греч. methy – мед) (хим.). То же, что болотный газ (см. болотный).

метан

метан

метан, -а

метан

намет

метан

простейший предельный углеводород, CH4, горючий бесцветный газ

Примеры употребления слова метан в тексте

Например, русло, по которому течет метан, заменено было в переводе словом «река», а сам метан – термином «вода», ибо на планете Тегла, где разыгрывались события, описанные в расшифрованном тексте, роль воды, по-видимому, выполнял метан.

Следует добыть кислород из углекислоты, с его помощью сжечь метан, из образовавшейся окиси вновь выделить кислород и снова сжечь метан — и так далее до самого конца, постепенно включая в процесс живых пожирателей углекислого газа водоросли хлореллы.

До того метан просто горит себе, если зажечь (в былые времена метан факелами открытого огня выжигали).

Из их глубин вырывается метан, который уже превратил колоссальные территории в инопланетные ландшафты: метановые реки в серных берегах.

В каждый забой, причём практически каждую шестичасовую смену, спускались с газоанализаторами специальные люди, бравшие пробы на метан и пыль (повторяю: угольная пыль особо взрывоопасна, она детонирует при выбросе метана и многократно усиливает аварию).

Далее в камере была создана атмосфера из смеси водорода и двуокиси углерода, в которой микроорганизмы, выделяющие метан (метаногены), должны были бы прекрасно себя чувствовать.

В кишечнике живут представители царства археи – одноклеточные организмы, не имеющие ядер; самые распространенные из них – метаногены, которые существуют без кислорода, помогают переваривать пищу и выделяют газ метан (у коров они тоже есть).

Слова которые можно составить из слова метан амтантманмантматнамтамтантмаамннатнтанмтматнатн Дополнительная информация:

Синонимы слова метан

газуглеводородболотный газрудничный газприродный газ

Гиперонимы слова метан

предельный углеводородалкануглеводородгазтопливо рифмы к слову метан, слова из слова метан, слова начинающиеся на «ме», слова начинающиеся на «мет», слова начинающиеся на «мета», слова заканчивающиеся на «н», слова заканчивающиеся на «ан», слова заканчивающиеся на «тан», слова заканчивающиеся на «етан», слова содеращие «ет», слова содеращие «ета», слова содеращие «етан»,

Органическое кислородсодержащее соединение с шестью атомами углерода называется глюкозой, виноградным сахаром, декстрозой или гексозой. Это универсальный источник энергии среди всех живых организмов планеты. Формула вещества – C6H12O6.

image

Строение

Вещество глюкоза в химии – это моносахарид, то есть простейший углевод, состоящий из одной молекулы или одной структурной единицы. Глюкозная структурная единица входит в состав более сложный углеводов – дисахаридов и полисахаридов.

Вещество включает функциональные группы:

  • одну карбонильную (-С=О);
  • пять гидроксильных (-ОН).

Молекула может существовать в виде двух циклов (α и β), отличающихся пространственным расположением одной гидроксильной группы, и в линейной форме (D-глюкоза).

Циклическую форму глюкоза принимает в водных растворах.

image

Рис. 1. Циклическая и линейная молекула глюкозы.

Структурная формула глюкозы – O=CH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH2OH или CH2OH(CHOH)4-COH.

Получение

Большое количество виноградного сахара находится в растительности, в частности плодах и листьях. Поэтому вещество можно потреблять непосредственно из фруктов и ягод. Глюкоза – конечный продукт фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 – Q.

В промышленности соединение выделяют путём гидролиза полисахаридов. Начальными продуктами являются картофельный или зерновой крахмал, а также целлюлоза. В разбавленное водой сырьё добавляют горячий раствор серной или соляной кислоты. Полученную смесь нагревают до полного распада полисахаридов:

(C6H10O5)n + nH2O (t°, H2SO4) → nC6H12O6.

Кислоту нейтрализуют мелом или фарфором, после чего раствор фильтруют и выпаривают. Образовавшиеся кристаллы – глюкоза.

image

Рис. 2. Схема получения глюкозы.

В лабораториях декстрозу выделяют из формальдегида в присутствии катализатора – Ca(OH)2:

6H-CH=O → C6H12O6.

В пищеварительном тракте полисахариды, полученные с пищей, быстро расщепляются на фруктозу и глюкозу, которые участвуют в клеточном метаболизме.

Физические свойства

Гексоза – это кристаллическое бесцветное вещество, не имеющее запаха, но обладающее сладким вкусом. Однако сахароза (привычный сахар) в два раза слаще глюкозы.

Вещество хорошо растворимо не только в воде, но и других растворителях – аммиачном растворе гидроксида меди (реактив Швейцера), серной кислоте, хлориде цинка.

Химические свойства

Глюкоза сочетает свойства альдегидов (содержит группу -CHO) и спиртов (включает гидроксил), являясь альдегидоспиртом. Поэтому может образовывать спирт и полимеризоваться аналогично альдегидам. Основные химические свойства глюкозы описаны в таблице.

Реакция

Описание

Уравнение

Брожение

Распадается под действием ферментов, выделяемых бактериями, грибками, дрожжами. Существует три типа в зависимости от природы фермента: спиртовое, маслянокислое, молочнокислое брожение

  • C6H12O6 → 2C2H5-OH (этанол) + 2CO2↑;
  • C6H12O6 → C3H7COOH (масляная кислота) + 2H2↑ + 2CO2↑;
  • C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH (молочная кислота)

Серебряное зеркало

Качественная реакция с аммиачным раствором оксида серебра (I) с образованием глюконовой кислоты

C6H12O6 + Ag2O + NH4OH → CH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag↓

Окисление азотной кислотой

Глюкоза окисляется до сахарной (глюкаровой) кислоты

C6H12O6 + HNO3 → C6H10O8

Окисление гидроксидом меди (II)

Голубой гидроксид меди (II) превращается в красный оксид меди (I). Образуется глюконовая кислота

CH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2 → CH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O

Восстановление

Реакция с водородом в присутствии катализатора (никеля) при высокой температуре. Образуется шестиатомный спирт (сорбит)

CH2OH(CHOH)4-COH + H2 → CH2OH(CHOH)4-CH2OH

image

Рис. 3. Схема брожения глюкозы.

Глюкоза используется в медицине, пищевой, текстильной промышленности. Вещество присутствует во всех пищевых продуктах, используется для получения пива, вина, молочнокислых продуктов.

Что мы узнали?

Глюкоза – моносахарид, содержащий шесть атомов углерода. Образуется в результате фотосинтеза, гидролиза полисахаридов, из формальдегида. Функциональными группами являются -С=О и -ОН. В реакциях проявляет свойства альдегидов и спиртов. Реагирует с аммиачным раствором серебра, гидроксидом меди (II), азотной кислотой, водородом, подвергается спиртовому, маслянокислому, молочнокислому брожению. Благодаря брожению получают продукты питания – кефир, сыр, алкоголь.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий