Metan - pierwszy przedstawiciel rodziny alkanów: CH4

Metan - pierwszy przedstawiciel rodziny alkanów: CH4

Występowanie metanu w przyrodzie

- gaz ziemny (zawiera do 90% CH₄)

- gaz kopalniany (towarzyszy pokładom węgla kamiennego)

- gaz błotny (powstający na bagnach - może zawierać 80% - 90% CH₄)

Reakcja spalania

a) spalanie całkowite mamy wówczas, gdy produktami reakcji są tlenek węgla (IV) oraz woda: H₂O.

1. Z lewej strony równania reakcji chemicznej piszemy substraty reakcji, tj. metan i tlen, a po prawej - produkty reakcji, czyli tlenek węgla (IV) oraz woda:

Mamy więc:

Reakcja spalania metanu. Spalanie całkowite. Substraty, produkty, metan, tlen, tlenek węgla (IV), woda.

2. Teraz musimy tak uzgodnić współczynniki reakcji (duże cyfry pisane przed wzorem), aby ilość poszczególnych atomów pierwiastków (u nas: C, H, O) była taka sama po stronie substratów i produktów.

- zaczynamy od atomów węgla:

Reakcja spalania metanu. Ilość atomów węgla po obu stronach równania reakcji jest taka sama, a więc sprawdzamy inne pierwiastki.

Reakcja spalania metanu. Liczymy teraz atomy wodoru. Liczba atomów wodoru po stronie substratów wynosi 4, zaś po stronie produktów 2. By po obu stronach było tyle samo atomów H, należy stronę produktów pomnożyć przez 2, wówczas po obu stronach będzie tyle samo atomów wodoru. Ponieważ po stronie produktów wodór jest składnikiem wody (której wzoru nie możemy zmienić), cyfrę 2 wpisujemy przed cząsteczkę wody. Otrzymujemy więc...

- teraz należy policzyć ilość atomów tlenu po obu stronach reakcji:

Reakcja spalania metanu. Atomy tlenu. Teraz mamy za mało atomów tlenu po stronie substratów, więc tę stronę należy pomnożyć przez 2, aby ilości atomów tlenu były takie same po obu stronach. Ponieważ tlen występuje w przyrodzie jako dwuatomowa cząsteczka, więc cyfrę 2 piszemy przed wzorem cząsteczki tlenu O2.

Otrzymujemy więc:

Reakcja spalania metanu.

Prawidłowo napisane równanie tej reakcji ma postać:

Reakcja spalania metanu. Metan, tlen, tlenek węgla (IV), woda.

Interpretacja słowna tej reakcji:

- 1 cząsteczka metanu reaguje z 2 cząsteczkami tlenu dając 1 cząsteczkę tlenku węgla (IV) oraz 2 cząsteczki wody.

lub

- 1 mol cząsteczek metanu reaguje z 2 molami cząsteczek tlenu dając 1 mol cząsteczek tlenku węgla (IV) i 2 mole cząsteczek wody.

b) półspalanie to reakcja z tlenem, której produktami reakcji są tlenek węgla (II): CO oraz woda: H₂O, czyli:

Reakcja spalania metanu. Półspalanie. Teraz należy uzupełnić współczynniki tej reakcji. Postępujemy tak samo, jak w poprzedniej reakcji.

- liczymy atomy węgla po obydwu stronach reakcji:

Reakcja spalania metanu. Atom węgla. Liczba atomów węgla po stronie substratów i produktów jest taka sama.

- liczymy atomy wodoru po obu stronach równania reakcji:

Reakcja spalania metanu. Atomy wodoru. Należy więc pomnożyć przez 2 stronę prawą, aby po obu stronach była taka sama liczba atomów wodoru.

Mamy więc:

Reakcja spalania metanu.

- liczymy atomy tlenu:

Reakcja spalania metanu. Atomy tlenu. W takich przypadkach, gdy po jednej stronie mamy liczbę parzystą atomów, zaś z drugiej nieparzystą, postępujemy w następujący sposób: Wszystkie dotąd otrzymane współczynniki (z wyjątkiem cząsteczek tlenu zwiększamy dwukrotnie). Teraz ponownie liczymy atomy tlenu po lewej i po prawej stronie równania. Po porównaniu obu stron ilość atomów tlenu po stronie lewej zwiększamy trzykrotnie.

Otrzymujemy więc poprawnie napisaną reakcję półspalania metanu.

Reakcja spalania metanu.

Interpretacja słowna tej reakcji:

- 2 cząsteczki metanu reagują z trzema cząsteczkami tlenu dając 2 cząsteczki tlenku węgla (II) oraz 4 cząsteczki wody.

lub

- 2 mole cząsteczek metanu reagują z 3 molami cząsteczek tlenu dając 2 mole cząsteczek tlenku węgla (II) oraz 4 mole cząsteczek wody.

c) spalanie niecałkowite jest wówczas, gdy podczas reakcji z tlenem otrzymujemy węgiel i wodę:

Reakcja spalania metanu. W reakcji tej należy uzgodnić współczynniki. W tym celu postępujemy analogicznie jak w dwóch poprzednich przypadkach, sprawdzając kolejno ilość atomów: C, H oraz tlenu po obu stronach równania reakcji.

Otrzymamy wtedy następujące równanie reakcji:

Reakcja spalania metanu.

Zastosowanie metanu

- jako gaz opałowy

- do produkcji: farb drukarskich, wyrobów gumowych, amoniaku, benzyn i olejów syntetycznych, rozpuszczalników.

Zapamiętaj!

1. Metan jest pierwszym przedstawicielem alkanów o wzorze CH4.

2. Metan jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, lżejszym od powietrza.

3. Spalanie całkowite to proces, w którym produktami są tlenek węgla (IV): CO2 oraz woda: H2O.

4. Półspalanie to reakcja z tlenem, w której produktami są tlenek węgla (II): CO oraz woda: H2O.

5. Spalanie niecałkowite to takie spalanie, którego produktami jest węgiel: C oraz woda.