Реферат: Метан

Атомуглерода в молекуле метана находится в состоянии  sp3-гибридизации.Врезультате перекрывания четырёх гибридных орбиталей атома углерода с s-орбиталямиатомов водоорда образуется весьма прочная молекула метана.

Метан-газбез цвета и запаха, легче воздуха, малорастворим в воде.Предельные углеводородыспособны гореть, образуя оксид углерода (IV) и воду.Метан горит бледнымсиневатым пламенем: CH4+2O2=2H2O

Всмеси с воздухом (или с кислородом, особенно в соотношении по объему 1:2, что видно изуравнения реакции) метан образует взрывчатые смеси.Поэтому он опасен как в быту(утечка газа через краны), так и в шахтах.При неполном сгорании метанаобразуется сажа.Так её получают в промышленных условиях.В присутствиикатализаторов при окислении метана получают метиловый спирт и формальдегид

Присильном нагревании метан распадается по уравнению:CH4=C+2H2

Впечах специальной конструкции распад метана может быть осуществлён допромежуточного продукта-ацителена:

 2CH4=C2H 2+3H2

Дляметана характерны реакции замещения.На свету или обычной температурегалогены-хлор и бром-постепенно (по стадиям) вытесняют из молекулы метанаводород, образуя так называемые галогенопроизводные.Атомы хлора замещяютатомы водорода в ней с образованием смеси различных соединенний:

CH3Cl-хлорметана (хлористого метила),CH2Cl2-дихлорметана,CHCl3-трихлорметана,CCl4-тетрахлорметана

Изэтой смеси каждое соединение может быть выделено.Важное значение имеютхлороформ итетрахлорметан как растворители смол, жиров, каучука и другихорганических веществ.

Образованиегалогенопроизводных метана протекают по цепному свободнорадикальномумеханизму.Под действием света молекулы хлора распадаются на неорганическиерадикалы:Cl2=2Cl

Неорганическийрадикал Clотрывает от молекулы метана атом водорода с одним электроном, образуя HCl  исвободный радикал CH3                    H                H

                         H:C_|H+Cl=H:C +HCl                

                               H|               H

Cвободныйрадикал взаимодействует с молекулой хлора Cl2 ,образуягалогенопроизводное и радикал хлора:

                    CH3+Cl_| Cl=CH3-Cl+Cl

                               |

Метанпри обычной температуре обладает большей стойкостью к кислотам, щелочам и многимокислителям.Однако он вступает в реакцию с азотной кислотой:

 CH4+HNO3=CH3NO2+H2O

                   нитрометан

Метанне способен к реакциям присоединения, поскольку в его молекуле все валентностинасыщены.

Приведенныереакции замещения сопровождаются разрывом связей C-H.Однакоизвестны процессы, при которых происходит не только расщепление связей C-H, нои разрыв цепи углеродных атомов ( у гомологов метана).Эти реакции протекают привысоких температурах и в присутствии катализаторов.Например:

                         C4H10+H2  -процесс дегидрогенизации   

            C4H10-|

                         C2H6 + C2H4-крекинг

Получениеметана.

Метаншироко распространён в природе.Он является главной составной частью многихгорючих газов как природных (90-98%), так и искусственных, выделяющихся при сухойперегонке  дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти

Метанвыделяется со дна  болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где онобразуется при медленном разложении растительных остатков без доступавоздуха, Поэтому метан часто называют болотным газом или рудничным газом

Влабороторных условиях метан получают при нагревании смесси ацетата натрия  сгидроксидом натрия:

                             200*C

CH3|COONa +NaO|H=Na2CO3 + CH4|

илипри взаимодействии карбида алюминия с водой:

 Al4C3+12H2O=4Al(OH)3   +3CH4|

Впоследнем случае метан получается весьма чистым.

Метанможет быть получен из простых веществ при нагревании в присутствиикатализатора:                 Ni

                               C+2H2=CH4

    А также синтезом наоснове водяного газа

                                          Ni

                             CO+3H2 =CH4 +H2O

Гомологиметана, как и метан, в лабораторных условиях получают прокаливанием солейсоответствующих органических кислот с щелочами.Другой способ-реакция Вюрца, т.е. нагреваниемоногалогенопроизводных с металлическим  натрием, например

 C2H5 |Br+2Na+Br|C2H5= C2H5-C2H5+2NaBr

В техникедля получения синтетического бензина (смесь углеводородов, содержащих 6-10атомов углерода) применяют синтез из оксида углерода (II) и водорода вприсутствии катализатора (соединения кобальта) и при повышенномдавлении.Процесс можно выразить уравнением:

                                       200*С

                    nCO+(2n+1)H2=CnH2n+2+nH2O

Применениеалканов

Благодарябольшой теплотворной способности метан в больших количествах расходуется вкачестве топлива (в быту-бытовой газ и в промешленности.Широко применяютсяполучаемые из него вещества: водород, ацителен, сажа.Он служит исходным  сырьёмдля получения формальдегида, метилового спирта, а также различных синтетическихпродуктов

Большоепромышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов-парафиновс числом углеродных атомов 20-25.Этим путём получают синтетические жирныекислоты с различной длиной цепи, которые используются для производствамыл, различных моющих  средств, смазочных материалов, лаков и эмалей.

Жидкиеуглеводороды используются как горючее (они входят в состав бензина икеросина).Алканы широко используются в органическом синтезе.