Метан

Метан Атом углерода в молекуле метана находится в состоянии sp 3- гибридизации. В результате перекрывания четырёх гибридных орбиталей атома углерода с s -орбиталями атомов водоорда образуется весьма прочная молекула метана. CH4+2O2=2H2O 1:2, что видно из уравнения реакции) метан образует взрывчатые смеси. Поэтому он опасен как в быту (утечка газа через краны),так и в шахтах. При неполном сгорании метана образуется сажа. Так её получают в промышленных условиях. В присутствии катализаторов при окислении метана получают метиловый спирт и формальдегид При сильном нагревании метан распадается по уравнению: CH4=C+2H2 В печах специальной конструкции распад метана может быть осуществлён до промежуточного продукта-ацителена: 2CH4=C2H 2+3H2 Для метана характерны реакции замещения. На свету или обычной температуре галогены-хлор и бром-постепенно (по стадиям) вытесняют из молекулы метана водород,образуя так называемые галогенопроизводные. Атомы хлора замещяют атомы водорода в ней с образованием смеси различных соединенний: CH3Cl-хлорметана (хлористого метила),CH2Cl2-дихлорметана, CHCl3- CCl4-тетрахлорметана Из этой смеси каждое соединение может быть выделено. Важное значение имеют хлороформ итетрахлорметан как растворители смол,жиров,каучука и других органических веществ. Образование галогенопроизводных метана протекают по цепному свободнорадикальному механизму. Под действием света молекулы хлора распадаются на неорганические радикалы: Неорганический радикал Cl отрывает от молекулы метана атом водорода с одним электроном,образуя HCl CH3 H H H:C_ H+Cl=H:C +HCl H H Cвободный радикал взаимодействует с молекулой хлора Cl2 ,образуя галогенопроизводное и радикал хлора: Метан при обычной температуре обладает большей стойкостью к кислотам,щелочам и многим окислителям. Однако он вступает в реакцию с азотной кислотой: CH4+HNO3=CH3NO2 +H2O Метан не способен к реакциям присоединения,поскольку в его молекуле все валентности насыщены. Приведенные реакции замещения сопровождаются разрывом связей C-H.Однако известны процессы,при которых происходит не только расщепление связей C-H,но и разрыв цепи углеродных атомов ( у гомологов метана). Эти реакции протекают при высоких температурах и в присутствии катализаторов. Например: C4H10+H2 -процесс дегидрогенизации C4H10- C2H6 + C2H4-крекинг Метан широко распространён в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (90-98%),так и искусственных,выделяющихся при сухой перегонке дерева ,торфа,каменного угля,а также при крекинге нефти Метан выделяется со дна болот и из каменноугольных пластов в рудниках,где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха,Поэтому метан часто называют болотным газом или рудничным газом В лабороторных условиях метан получают при нагревании смесси ацетата натрия с гидроксидом натрия: 200 *C CH3COONa +NaOH=Na2CO3 + CH4 или при взаимодействии карбида алюминия с водой: Al4C3 +12H2O=4Al(OH)3 +3CH4 Ni C+2H2=CH4 Ni Гомологи метана,как и метан ,в лабораторных условиях получают прокаливанием солей соответствующих органических кислот с щелочами. Другой способ-реакция Вюрца , т. е. нагревание моногалогенопроизводных с металлическим натрием,например В технике для получения синтетического бензина (смесь углеводородов,содержащих 6-10 атомов углерода) применяют синтез из оксида углерода (II) и водорода в присутствии катализатора (соединения кобальта) и при повышенном давлении. Процесс можно выразить уравнением: 200*С n CO+(2n+ 1)H2=Cn H2n+2 + n H2O Применение алканов Он служит исходным сырьём для получения формальдегида,метилового спирта,а также различных синтетических продуктов Большое промышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов-парафинов с числом углеродных атомов 20-25. Этим путём получают синтетические жирные кислоты с различной длиной цепи,которые используются для производства мыл,различных моющих средств,смазочных материалов,лаков и эмалей.