Wikipedie

Methan

chemická sloučenina
(přesměrováno z Metan)

Methan (mimo chemii dle PČP metan) neboli podle systematického názvosloví karban je nejjednodušší alkan, a tedy i nejjednodušší stabilní uhlovodík vůbec. Při pokojové teplotě je to netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch (relativní hustota 0,55 při 20 °C).

Methan
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Tyčinkový model
Tyčinkový model
Kalotový model
Kalotový model
Obecné
Systematický názevmethan
Triviální názevbahenní plyn
Ostatní názvymetan
Sumární vzorecCH4
Vzhledbezbarvý plyn
Identifikace
Registrační číslo CAS74-82-8
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)200-812-7
Indexové číslo601-001-00-4
Vlastnosti
Molární hmotnost16,042 6 g/mol
Teplota tání−182,5 °C
Teplota varu−161,6 °C
Hustota0,676 kg/m3 (plyn, 21 °C, 1 013 hPa)
0,422 62 g/cm3 (kapalina, −161,6 °C, 1 013 hPa)
Kritická teplota Tk−82,7 °C
Kritický tlak pk4,596 MPa
Rozpustnost ve vodě0,22 mg/l (20 °C)
Struktura
Dipólový moment0
Bezpečnost
GHS02 – hořlavé látky
GHS02
[1]
Nebezpečí[1]
H-větyH220
R-větyR12
S-věty(S2) S9 S16 S33
NFPA 704
4
1
0
Teplota vzplanutí−188 °C
Teplota vznícení600 °C
Meze výbušnosti5–15 %
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.
Geometrie molekuly methanu. Červenými linkami naznačen opsaný čtyřstěn
3D model methanu s vyznačenými hybridizovanými orbitaly sp3

Příprava

editovat

Hlavním zdrojem methanu je přírodní surovina zemní plyn. Přímá příprava sloučením uhlíku s vodíkem je prakticky nemožná, vzhledem k tomu, že by uhlík musel být nejprve převeden do plynného stavu. Teoreticky však lze methan připravit dvoustupňovou syntézou přes sirouhlík

C + 2 S → CS2,

který pak reakcí se sulfanem (sirovodíkem) a mědí dá methan

CS2 + 2 H2S + 8 Cu → CH4 + 4 Cu2S.

Jinou možností je reakce karbidu hliníku s vodou

Al4C3 + 12 H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3.

Laboratorně se dá připravit žíháním směsi octanu sodného s hydroxidem sodným (natronovým vápnem)

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.

Vlastnosti

editovat

Molekula methanu má symetrii pravidelného čtyřstěnu (bodová grupa symetrie Td), v jehož těžišti se nachází uhlíkový atom a v jehož vrcholech se nacházejí vodíkové atomy. Díky této vysoké symetrii je celkově molekula methanu nepolární, přestože vazby H–C slabou polaritu vykazují.

Methan může reagovat explozivně s kyslíkem

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

Bod samozážehu je sice velmi vysoký (595 °C, teplota vznícení při koncentraci 8,5 % je 537 °C), ale stačí např. elektrická jiskra nebo otevřený plamen a směs methanu se vzduchem může být přivedena k výbuchu (minimální iniciační energie je 0,28 mJ). Přitom meze výbušnosti jsou značně velké, od 4,4 do 15 objemových procent. Proto je nezbytně nutné průběžně sledovat koncentraci methanu (důlního plynu) v uhelných dolech, aby se předešlo katastrofám. Podobně prudce může methan reagovat i s plynným chlorem, je-li reakce iniciována prudkým zahřátím. Za normální teploty probíhá pomalu čtyřstupňově za vzniku chlorovaných derivátů methanu

  1. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl,
  2. CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl,
  3. CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl,
  4. CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl.

Podobně reaguje i s jinými halogeny. Jinak je málo reaktivní.

Dokonalé hoření methanu
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Nedokonalé hoření methanu
CH4 + O2 → 2H2O + C, nebo
2CH4 + 3O2 → 4H2O + 2CO

Výskyt v přírodě

editovat

Methan se přirozeně vyskytuje na Zemi:

 
Bubliny methanu, unikajícího ze dna Abrahamova jezera

Přítomnost ve vesmíru

editovat

Ve vesmíru byl nalezen v plynných mračnech v mezihvězdném prostoru.

Dále je obsažen v atmosférách velkých planet (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) sluneční soustavy. V pevném stavu je součástí tzv. ledových měsíců velkých planet a tvoří zřejmě nezanedbatelnou část hmoty transneptunických těles, případně je vysrážen ve formě ledu nebo jinovatky na jejich povrchu (např. Pluto). Byl také prokázán v komách komet.

Původ na Zemi

editovat

Na Zemi pochází asi 90 % metanu z produkce živých organismů, menší část vzniká při geologických aktivitách (např. tavením magmatu). Mezi přírodní zdroje patří mokřady (hnilobné procesy), lesy, mořské ekosystémy a také mikroorganismy v trávicím ústrojí živočichů (například archea v trávicím traktu skotu). Dalším zdrojem je těžba a spalování fosilních paliv, zemědělství (chov skotu) a skládky.[2]

Podle studie z Institutu pro arktický a alpinský výzkum z roku 2024 jsou za růst koncentrace metanu v atmosféře Země v posledních letech zodpovědné mikroorganismy a nikoliv fosilní paliva. Původně bylo odhadováno, že fosilní zdroje mohou až za 30 % produkce, což studie zpochybňuje na základě obsahu izotopu uhlíku 13C. Zda zvýšení produkce metanu z mikrobiálních zdrojů je přírodního původu nebo důsledek lidské činnost, zatím není jasné.[2]

Ve vesmíru však bez dalších podkladů nelze původ metanu prokázat.[3] Zprávy některých médií, které z objevu metanu usuzují na existenci života ve vesmíru, jsou proto považovány za nepodložené.[4]

Použití

editovat
 
Automobil poháněný na stlačený zemní plyn.

Hlavní oblastí použití methanu je energetika, kde slouží ve směsi s jinými uhlovodíky jako plynné palivo. V automobilové dopravě představuje jednu z pohonných látek, pod označením CNG (Compressed Natural Gas), stlačený zemní plyn, jehož hlavní složku tvoří právě methan.

Methan je spolu s kyslíkem používán jako palivo pro raketové motory vesmírné lodi Starship.[5]

V chemickém průmyslu se používá především k výrobě oxidu uhličitého dokonalým spalováním se vzduchem a při nedokonalém spalování k výrobě sazí používaných jako plnidlo a barvivo v gumárenském průmyslu. Pyrolýzou (tepelným rozkladem) za nepřístupu vzduchu se vyrábí ethyn (acetylen) a vodík.

Ekologické účinky

editovat
 
Historická atmosférická proxy data koncentrace metanu a oxidu uhličitého během posledních dob ledových
 
Změna koncentrace během posledních 2 tisíciletí
 
Měřená koncentrace atmosférického metanu na hoře Mauna Loa od roku 1987

Vzhledem k tomu, že methan silně absorbuje infračervené záření, patří mezi významné skleníkové plyny zvyšující teplotu zemské atmosféry (je přibližně 20krát účinnější než oxid uhličitý, ale jeho obsah v atmosféře je oproti tomu asi 200krát menší než u oxidu uhličitého: 0,0002 % methanu a 0,04 % oxidu uhličitého, takže jeho vliv je přibližně 10krát menší).[pozn. 1] Metan se v atmosféře rozpadá během 10 až 12 let, takže jeho působení je sice intenzivnější než CO2, ale krátkodobější.[2]

Produkují ho (prostřednictvím mikrobů)[6] hlavně mokřady, dále hospodářská zvířata a v menší míře průmysl a skládky.[7] Významným producentem jsou ale i jezera[8] a fjordy.[9] Byly objeveny i další zdroje: mořští mlži,[10][11] či některé ledovce.[12] Produkují ho i stromy.[13] Zhruba polovina emisí methanu je z vodních ekosystémů.[14] Studie dříve uvažovaly, že vlivem globálního oteplování se bude methan uvolňovat i z oceánu[15] či tundry; nejnovější výzkumy však ukazují, že tomu tak být nemusí.[16] Uvolňování metanu se také nadhodnocovalo.[17]

Methan je v atmosféře oxidován především působením hydroxylových radikálů. Dosavadní scénáře budoucího vývoje klimatu vycházejí z představy, že spolu s nárůstem koncentrace metanu bude v množství hydroxylových radikálů v atmosféře ubývat. Dlouhodobé sledování troposféry podalo důkaz, že koncentrace radikálu OH neklesají.[18] Jeho molekuly opětovně vznikají působením slunečního záření. Jedním zdrojem jsou oxidy dusíku, druhým pak vodní pára a ozon za přispění ultrafialového záření v nižších vrstvách atmosféry.

Odkazy

editovat

Poznámky

editovat
  1. ↑ Pro přehled účinnosti skleníkových plynů viz tabulka v hesle skleníkové plyny

Reference

editovat
  1. ↑ a b Methane. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. ↑ a b c MIHULKA, Stanislav. Za rostoucí emise metanu jsou podle vědců zodpovědné hlavně mikroorganismy. StoPlusJednicka.cz [online]. 2024-11-12 [cit. 2024-11-13]. Dostupné online. 
  3. ↑ BRANDEJSKÁ, Anna. Vědci znovu objevili metan na Marsu, mohl by znamenat život [online]. iDnes, 2009-01-15 [cit. 2009-01-18]. Dostupné online. 
  4. ↑ KUBALA, Petr. Metan na Marsu není téma pro bulvár [online]. Česká astronomická společnost, 200-01-16 [cit. 2009-01-18]. Dostupné online. 
  5. ↑ MELECHIN, Petr. Vše o Starship [online]. 2019-01-26 [cit. 2022-01-10]. Dostupné online. 
  6. ↑ Mikrobi způsobili v posledních letech vyšší emise metanu než fosilní paliva. ct24.ceskatelevize.cz [online]. [cit. 2024-10-22]. Dostupné online. 
  7. ↑ PAZDERA, Josef. Dobytek otepluje Zemi více, než ropný těžařský průmysl s plynárenským dohromady. osel.cz [online]. 2014-07-15 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. 
  8. ↑ PURCHASE, Delyth. Study shows lake methane emissions should prompt rethink on climate change. phys.org [online]. 2019-12-04 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  9. ↑ University of Gothenburg. Fjords may emit as much methane as all the deep oceans globally. phys.org [online]. 2022-05-27 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  10. ↑ Baltic Sea clams 'giving off as much gas as 20,000 cows'. BBC News [online]. 2017-10-13 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  11. ↑ NASCIMENTO, Francisco J. A.; FRU, Ernest Chi; ALESSANDRA VICENZI. Methane fluxes from coastal sediments are enhanced by macrofauna. Scientific Reports. 2017-10-13, roč. 7, čís. 1, s. 1–10. Dostupné online [cit. 2019-08-12]. ISSN 2045-2322. DOI 10.1038/s41598-017-13263-w. PMID 29030563. (anglicky) 
  12. ↑ PAZDERA, Josef. Oteplují ledovce planetu? Některé ano!. osel.cz [online]. 2018-11-27 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. 
  13. ↑ JEFFREY, Luke. Methane-eating bacteria found in a common tree is possible game-changer for curbing greenhouse gases. sciencex.com [online]. [cit. 2023-01-13]. Roč. 2021-04-09. Dostupné online. (anglicky) 
  14. ↑ ROSENTRETER, Judith. Half of global methane emissions come from aquatic ecosystems—much of it human-made. sciencex.com [online]. 2021-04-06 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (abgkucjy) 
  15. ↑ Study finds hydrate gun hypothesis unlikely. phys.org [online]. 2017-08-23 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  16. ↑ Oregon State University. Methane from tundra, ocean floor didn't spike during previous natural warming period. phys.org [online]. 2017-08-23 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  17. ↑ Center for Arctic Gas Hydrate, Climate and Environment. Climate gas budgets highly overestimate methane discharge from Arctic Ocean. phys.org [online]. 2020-01-13 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  18. ↑ PAZDERA, Josef. Čistič skleníkových plynů se recykluje. osel.cz [online]. 2018-12-03 [cit. 2023-01-13]. Dostupné online. (anglicky) 

Literatura

editovat

Související články

editovat

Externí odkazy

editovat
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Methan&oldid=24387616“