Metano

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Metano
estructura
modelo molecular
Nombre IUPAC
metano [1]
Nombres alternativos
tetrahidruro de carbono
gas de pantano
grisou
formene
Características generales
Fórmula molecular o cruda CH 4
Masa molecular ( u ) 16.04
Apariencia gas incoloro
número CAS 74-82-8
Número EINECS 200-812-7
PubChem 297
DrugBank DB15994
Sonrisas
C
Propiedades fisicoquímicas
Densidad (kg m −3 , en cs ) 0,71682
Solubilidad en agua 0,024 g / L en cn
Temperatura de fusión −182,7 ° C (90,8 K)
Δ fus H 0 (kJ mol -1 ) 1.1
Temperatura de ebullición −161,4 ° C (111,8 K)
Δ eb H 0 (kJ mol -1 ) 8.17
Triple punto 90,67 K (-182,48 ° C)
11,7 kPa
Punto crítico 190,6 K (-82,6 ° C)
4,6 MPa
Viscosidad dinámica ( mPa sa 0 ° C y 100 ° C) 0.0103
0.0137
Propiedades termoquímicas
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 peine H 0 (kJ mol −1 ) −890 [2]
Información de seguridad
Punto de llama −188 ° C (85 K)
Límites de explosión 5,3 - 14% vol.
Temperatura de ignición espontánea 600 ° C (873 K)
Símbolos de peligro químico
extremadamente inflamable gas comprimido
peligro
Frases H220 - 280
Consejo P 210 - 377 - 381 - 403 [3]

El metano es un hidrocarburo simple ( alcano ) formado por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno ; su fórmula química es CH 4 y se presenta de forma natural en forma de gas .

Fondo

El descubrimiento

En el otoño de 1776, Alessandro Volta estudió un fenómeno conocido incluso en tiempos más lejanos, que le relató Carlo Giuseppe Campi: en un recodo estancado del río Lambro , cuando una llama se acercó a la superficie, se encendieron llamas celestes.

Este fenómeno ya había sido estudiado por separado por Lavoisier , Franklin y Priestley unos años antes y había sido clasificado simplemente como una exhalación de aire inflamable, de origen mineral.

Volta quería profundizar en el asunto. Mientras era huésped en Angera en casa de su amiga Teresa Castiglioni ( Angera 1750 - Como 1821), Alessandro Volta descubrió el aire inflamable en el pantano de la isla Partegora , en la localidad de Bruschera (provincia de Varese). Intentando mover el fondo con la ayuda de un palo, vio que subían burbujas de gas y las recogió en botellas. Le dio a este gas el nombre de aire de pantano inflamable y descubrió que podía encenderse, ya sea por medio de una vela encendida o por una descarga eléctrica; dedujo que el gas se formó en la descomposición de sustancias animales y vegetales [4] . Pensando de inmediato en su uso práctico, primero construyó una pistola electroflogo-neumática en madera, metal y vidrio, cuyo propósito sería la transmisión de una señal a distancia, y luego hizo una lámpara de aire inflamable y perfeccionó el eudiómetro para medir y medir. análisis de gases.

Para una mayor confirmación de su tesis, fue en 1780 a Pietramala , en los Apeninos toscanos, donde había famosos fuegos fatuos . William Henry determinó la composición correcta del gas en 1805 .

Extracción de metano en Italia

En junio de 1959 en Italia, cerca de Lodi , una perforación de Eni , entonces presidida por Enrico Mattei , descubrió el primer depósito profundo en Europa Occidental.

Posteriormente, comenzaron las prospecciones en el Mar Adriático , pero las dos primeras perforaciones dieron resultados negativos, por lo que Eni abandonó la idea y prefirió destinar los recursos a perforaciones en el Mar Rojo . A la espera de las autorizaciones del gobierno egipcio , Eni decidió realizar una tercera perforación frente a la costa de Ravenna , que dio un resultado positivo. En 1959 entró en funcionamiento la primera plataforma de metano .

Frente a la costa de Crotone, las plataformas de Eni extraen actualmente alrededor del 15% del consumo nacional de metano, tanto para uso civil como industrial.

Propiedades fisicoquímicas

La molécula de metano tiene forma tetraédrica; el átomo de carbono está en el centro de un tetraedro regular en cuyos vértices están los átomos de hidrógeno. Los ángulos de enlace son 109,5 °.

La molécula de metano tiene orbitales atómicos híbridos sp 3 , como todos los carbonos de las moléculas de la clase alcano, de las cuales es el miembro más corto; por lo tanto, tiene 4 enlaces CH equivalentes.

A temperatura y presión ambientales se presenta como un gas incoloro, inodoro y altamente inflamable. El metano líquido, por otro lado, se obtiene enfriando el gas a una temperatura de –162 ° C, nuevamente a presión atmosférica. [5]

Abundancia y disponibilidad en el mundo

Subterráneo

Llamas generadas por la pérdida de gas natural (que consiste esencialmente en metano) de una fuente natural.

El metano es el resultado de la descomposición de algunas sustancias orgánicas en ausencia de oxígeno. La mayor parte del metano se obtiene por extracción de sus depósitos subterráneos, donde a menudo se combina con otros hidrocarburos , resultado de la descomposición de sustancias orgánicas enterradas profundamente en tiempos prehistóricos.

El metano normalmente está presente en los campos petrolíferos (pero también hay grandes campos de metano solamente). El metano se deriva de las rocas generadoras , de las que se derivan progresivamente todos los hidrocarburos (desde el betún sólido hasta el petróleo líquido, hasta los gaseosos, como el propio metano) (a través del craqueo del kerógeno ).

Cuando se extrae el petróleo, el metano también sube a la superficie, en promedio en cantidades iguales al petróleo mismo. Si los campos están lejos de los lugares de consumo o ubicados en mar abierto, es casi imposible utilizar ese metano, que por lo tanto se quema a la salida de los pozos sin ser utilizado de ninguna manera, o se bombea de nuevo al yacimientos petrolíferos, mediante el uso de compresores centrífugos o alternativos, favoreciendo aún más la salida del crudo gracias a la presión.

Aproximadamente dos tercios del metano extraído no se utiliza sino que se dispersa en la atmósfera porque el costo de transportar gas natural en ductos es cuatro veces mayor que el del petróleo, porque la densidad del gas es mucho menor.

En el fondo del mar

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: liberación de metano en el Ártico .

Se estima que existen grandes cantidades de metano en forma de clatratos de metano en el fondo del océano.

Clatrato de metano en el fondo del océano.

En la atmósfera de la tierra

El metano es un gas de efecto invernadero presente en la atmósfera terrestre en concentraciones mucho más bajas que el CO 2 pero con un potencial de calentamiento global 21 veces mayor [6] .

Las principales fuentes de emisiones de metano a la atmósfera son:

Entre el 60% y el 80% de las emisiones mundiales son de origen humano. Provienen principalmente de minas de carbón [7] , vertederos, actividades petroleras, gasoductos y agricultura.

Su concentración en la atmósfera aumentó de 700 ppb (partes por mil millones) en el período de 1000 - 1.750 a 1.750 ppb en 2000 , un aumento de 150% [8] . En mayo de 2019, el valor había aumentado a 1862,8 ppb [9] .

El metano es responsable del 18% del aumento del efecto invernadero .

El calentamiento global, al aumentar la liberación de metano dentro de los sistemas naturales, también puede aumentar los niveles de metano atmosférico. [10]

Concentración media anual de metano en la troposfera en 2011 (en ppm ).

Está presente en mayor concentración en el hemisferio norte .

En los otros planetas

Mapa de la concentración de metano en la atmósfera de Marte .

La presencia de metano ha sido verificada o hipotetizada en muchos lugares del sistema solar . En la mayoría de los casos, se cree que se origina a partir de procesos abióticos . Posibles excepciones podrían ser las de Marte y Titán.

  • Luna : hay rastros de ella que se filtran desde la superficie. [11]
  • Marte : la atmósfera marciana contiene algo de metano. En enero de 2009, los investigadores de la NASA observaron emisiones de metano de la superficie a la atmósfera ubicadas en áreas específicas, lo que sugiere que pueden estar relacionadas con actividades biológicas que tienen lugar bajo tierra. [12]
  • Júpiter : la atmósfera del planeta está formada por aproximadamente un 0,3% de metano.
  • Saturno : la atmósfera del planeta está compuesta de aproximadamente un 0,4% de metano.
Lagos de metano líquido en la superficie de Titán .
    • Titán : su atmósfera contiene aproximadamente un 1,6% de metano y se han observado miles de lagos de metano líquido en la superficie. [13] En la atmósfera superior, el metano se convierte en moléculas más complejas, incluido el acetileno , en un proceso que también produce hidrógeno molecular. También se ha observado que cerca de la superficie el acetileno y el hidrógeno vuelven a formar metano: se hipotetiza la presencia de algún catalizador exótico o una forma aún más exótica de vida metanogénica . [14]
    • Encelado : su atmósfera contiene aproximadamente un 1,7% de metano. [15]
  • Urano : la atmósfera del planeta contiene aproximadamente un 2,3% de metano.
    • Ariel : se supone que el metano es uno de los componentes del hielo superficial de Ariel.
    • Miranda
    • Oberon : aproximadamente el 20% del hielo de la superficie de Oberon está compuesto de compuestos a base de carbono similares a los compuestos de metano y nitrógeno.
    • Titania : aproximadamente el 20% del hielo de la superficie de Titania está compuesto por compuestos orgánicos relacionados con el metano.
    • Umbriel : el metano es uno de los componentes del hielo superficial.
  • Neptuno : la atmósfera del planeta contiene aproximadamente un 1,6% de metano.
    • Tritone : Tritone tiene una tenue atmósfera de nitrógeno con trazas de metano a nivel de la superficie. [16] [17]
  • Plutón : el análisis espectroscópico de la superficie de Plutón muestra la presencia de trazas de metano. [18] [19]
  • Caronte : se plantea la hipótesis de la presencia de metano en Caronte, pero aún no se ha confirmado definitivamente. [20]
  • Eris : el espectro infrarrojo revela la presencia de hielo de metano.
  • cometa Halley
  • Cometa Hyakutake : las observaciones de la Tierra han demostrado la presencia de metano y etano en el cometa. [21]
  • el exoplaneta HD 189733b : esta es la primera detección de un compuesto orgánico en un planeta fuera del sistema solar. Su origen aún se desconoce, dado que la alta temperatura de la superficie del planeta (700 ° C) debería favorecer normalmente el desarrollo de monóxido de carbono . [22]
  • nubes interestelares [23]

Reactividad

Modelo 3D de metano (CH 4 ). La figura muestra la distancia (en ångström ) entre el carbono y el hidrógeno, que es bastante corta en comparación con los enlaces CH de los otros hidrocarburos.

A excepción de la combustión, las reacciones de metano se llevan a cabo principalmente a altas presiones y / o temperaturas, sin embargo, casi siempre en presencia de catalizadores.

La oxidación del metano con ácido sulfúrico y diclorobipirimidilplatino como catalizador convierte aproximadamente el 90% del metano en hidrogenosulfato de metilo a 220 ° C y 34 atm de presión; mediante hidrólisis posterior se obtienen metanol y el ácido sulfúrico de partida, pero el proceso no se considera eficaz. [24]

El enlace covalente carbono - hidrógeno del metano es uno de los más fuertes de todos los hidrocarburos; por esta razón el metano es menos reactivo que otros hidrocarburos, por lo que su uso como materia prima en la industria química es limitado. La búsqueda de un catalizador que pueda facilitar la activación del enlace CH en metano y otros alcanos ligeros es un área de investigación con importantes implicaciones industriales.

Al eliminar un átomo de hidrógeno, el metano forma el radical metilo (CH 3 •) mientras que si se eliminan dos hidrógenos, el radical formado toma el nombre de metileno (• CH 2 •).

Combustión

Tendencia de la entalpía de reacción asociada a la combustión de metano.

El metano es el principal componente del gas natural y es un excelente combustible porque tiene un alto poder calorífico . Al quemar una molécula de metano en presencia de oxígeno se forma una molécula de CO 2 ( dióxido de carbono ), dos moléculas de H 2 O ( agua ) y se libera una cantidad de calor:

El calor de combustión de la reacción es negativo (siendo la reacción de combustión una reacción exotérmica ); considerando la reacción de combustión del metano como un sistema cerrado , el calor de reacción es igual a -891 kJ / mol.

De la combustión de un kilogramo de metano, aproximadamente 50,0 Mjulios . De la combustión de un metro cúbico normal (1 Nm 3 es una cantidad de sustancia igual a 44,61 moles) de metano, se obtienen aproximadamente 39,79 MJ (9,503,86 kcal). [25]

Principales aplicaciones y usos

El metano se utiliza principalmente en el campo de la energía, para el uso de calefacción o para alimentar cocinas de gas. Luego se utiliza en el sector agrícola para crear el clima ideal en los invernaderos . Finalmente, se utiliza como combustible para propulsar automóviles y camiones (tanto en el caso de encendido por chispa como de encendido espontáneo ), estos vehículos se denominan vehículos a gas natural .

El metano es inodoro, incoloro e insípido, por lo que para ser distribuido en las redes domésticas debe ser "odorizado" mediante un proceso de lapeado de un líquido con un "olor a gas" característico; a menudo se trata de mercaptanos ( tioles ). Este procedimiento es fundamental para hacer perceptible la presencia de gas en caso de fugas y reducir el riesgo de incendios y explosiones accidentales.

Imágenes 3D de la molécula

Metano anaglifo.png
Anaglifo de metano. Para una visualización adecuada, use gafas con lentes azules y rojos.
Cruz de metano.png
Modelo 3D bizco de metano. Para una visualización adecuada, use anteojos adecuados.

Nota

  1. ^ Nomenclatura de la química orgánica: recomendaciones de la IUPAC y nombres preferidos 2013 (Libro azul) , Cambridge, The Royal Society of Chemistry , 2014, págs. 3–4, DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 , ISBN 978-0-85404-182-4 .
    "El metano es un nombre retenido (ver P-12.3) que se prefiere al nombre sistemático 'carbane', un nombre nunca recomendado para reemplazar al metano, pero que se usa para derivar los nombres 'carbeno' y 'carbeno' para los radicales H 2 C 2 • y HC 3 • , respectivamente ". .
  2. ^ a b c d e "Atkins SH - Edición 8"
  3. ^ hoja de metano en IFA-GESTIS Archivado el 16 de octubre de 2019 en Internet Archive .
  4. ^ Fuente: Angera.biz Archivado el 16 de enero de 2009 en Internet Archive .
  5. ^ Fuente: Focus [ enlace roto ]
  6. ^ Potenciales de calentamiento global
  7. ^ (EN) Jillian Ambrose, Las emisiones de metano de las minas de carbón podrían avivar la crisis climática - estudio , en The Guardian, 15 de noviembre de 2019. Consultado el 15 de noviembre de 2019.
  8. ^ Boletín de gases de efecto invernadero de la OMM. No 1:14 de marzo de 2006
  9. ^ (EN) NOAA Departamento de Comercio de EE. UU., División de Monitoreo Global de ESRL - Red de Referencia Global de Gases de Efecto Invernadero en www.esrl.noaa.gov. Consultado el 16 de julio de 2019 .
  10. ^ (EN) Joshua F. Dean, Jack y Thomas J. Middelburg Rockmann, Retroalimentación del metano al sistema climático global en un mundo más cálido , en Reviews of Geophysics, vol. 56, n. 1, 2018, págs. 207-250, DOI : 10.1002 / 2017RG000559 . Consultado el 29 de septiembre de 2019 .
  11. ^ SA Stern, La atmósfera lunar: Historia, estado, problemas actuales y contexto , en Rev. Geophys. , vol. 37, n. 4, 1999, págs. 453–491, Código Bibliográfico : 1999RvGeo..37..453S , DOI : 10.1029 / 1999RG900005 .
  12. ^ Mars ventila metano en lo que podría ser un signo de vida , Washington Post, 16 de enero de 2009
  13. ^ HB HB Niemann, et al., SK Atreya, SJ Bauer, GR Carignan, JE Demick, RL Frost, D Gautier, JA Haberman y DN Harpold, Las abundancias de constituyentes de la atmósfera de Titán del instrumento GCMS en la sonda Huygens , en Nature , vol. 438, n. 7069, 2005, págs. 779–784, Bibcode : 2005 Natur.438..779N , DOI : 10.1038 / nature04122 , PMID 16319830 .
  14. ^ Chris Mckay, Hemos descubierto pruebas de vida en Titán , spacedaily.com , SpaceDaily, 2010. Obtenido el 10 de junio de 2010 . Space.com. 23 de marzo de 2010.
  15. ^ Waite, JH; et al. ; (2006); Espectrómetro de masas de iones y neutrales de Cassini: Composición y estructura de la pluma de Encelado , Science, Vol. 311, No. 5766, págs. 1419-1422
  16. ^ DF AL Broadfoot, SK Bertaux, JE Dessler et al., RV Yelle, Linick y Lunine, Observaciones del espectrómetro ultravioleta de Neptuno y Tritón , en Science , vol. 246, n. 4936, 15 de diciembre de 1989, págs. 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, Tailandia, Workman Publishing, 2005, págs. 172–73, ISBN 0-7611-3547-2 .
  18. ^ Tobias C. Owen, Ted L. Roush et al., Helados superficiales y la composición atmosférica de Plutón , en Science , vol. 261, n. 5122, 6 de agosto de 1993, págs. 745–748, Bibcode : 1993Sci ... 261..745O , DOI : 10.1126 / science.261.5122.745 , PMID 17757212 . Consultado el 29 de marzo de 2007 .
  19. ^ Plutón , en SolStation , 2006. Consultado el 28 de marzo de 2007 .
  20. ^ B B. Sicardy et al., A Bellucci, E Gendron, F Lacombe, S Lacour, J Lecacheux, E Lellouch, S Renner y S Pau, El tamaño de Caronte y un límite superior en su atmósfera desde una ocultación estelar. , en Nature , vol. 439, n. 7072, 2006, págs. 52-4, código bibliográfico: 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 y DX Xie, Detección de abundantes etano y metano, junto con monóxido de carbono y agua, en Cometa C / 1996 B2 Hyakutake: Evidencia del origen interestelar , en Science , vol. 272, n. 5266, 1996, págs. 1310–4, Bibcode : 1996Sci ... 272.1310M , DOI : 10.1126 / science.272.5266.1310 , PMID 8650540 .
  22. ^ Stephen Battersby, moléculas orgánicas encontradas en un mundo alienígena por primera vez , en space.newscientist.com , 11 de febrero de 2008. Consultado el 12 de febrero de 2008 (archivado desde el original el 13 de febrero de 2008) .
  23. ^ JH Lacy, JS Carr, NJ Evans, II, F. Baas, JM Achtermann, JF Arens, Descubrimiento de metano interestelar - Observaciones de absorción de CH4 gaseoso y sólido hacia estrellas jóvenes en nubes moleculares , en Astrophysical Journal , vol. 376, 1991, págs. 556–560, Bibcode : 1991ApJ ... 376..556L , DOI : 10.1086 / 170304 .
  24. ^ Science , 280 , 24 de abril de 1998, 525
  25. ^ combustión de metano , en Chimica Online .

Bibliografía

Artículos relacionados

Otros proyectos

enlaces externos

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