Metan, CH₄ – organiczny związek chemiczny, najprostszy węglowodór nasycony (alkan). W temperaturze pokojowej jest bezwonnym i bezbarwnym gazem. Jest stosowany jako gaz opałowy i surowiec do syntezy wielu innych związków organicznych.

Występowanie

Metan został odkryty i wyizolowany przez Alessandro Voltę w latach 1776–1778, gdy badał gaz z mokradeł nad jeziorem Maggiore. Powstaje on w przyrodzie w wyniku beztlenowego rozkładu szczątków roślinnych (np. na bagnach), tworząc tzw. gaz błotny^[9]. Stanowi też główny składnik gazu kopalnianego i gazu ziemnego^[9] (zwykle ≥90%). Głównym źródłem metanu jest gaz ziemny i pokłady węgla (Główny Instytut Górnictwa wskazuje na możliwe zasoby geologiczne metanu w pokładach węgla w Polsce na poziomie 250 mld m^3[10]).

Budowa cząsteczki

Cząsteczka metanu ma kształt tetraedru (czworościanu foremnego). Atom węgla wykazuje hybrydyzację sp³. Powstałe orbitale tworzą wiązania z czterema atomami wodoru. Wszystkie te wiązania są równocenne (kąty pomiędzy wiązaniami wynoszą 109°28') i bardzo słabo spolaryzowane, co w połączeniu z brakiem wolnych par elektronowych jest powodem względnej trwałości chemicznej tego związku. Może on uczestniczyć tylko w typowych dla alkanów reakcjach (np: spalanie).

Otrzymywanie

Do celów laboratoryjnych metan można otrzymać w wyniku prażenia octanu sodu z wodorotlenkiem sodu:

CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃

Inną metodą jest hydroliza węgliku glinu:

Al₄C₃ +12H₂O → 3CH₄ + 4Al(OH)₃

Właściwości

• temperatura krytyczna: −82,6 °C pod ciśnieniem 4,6 MPa (45 atm)
• ciśnienie krytyczne: 46,3 bar
• objętość molowa = 22,355 dm³ (warunki normalne)^[11]
• ciepło spalania: −890,7 ± 0,4 kJ/mol = −55,53 MJ/kg = −13 272 kcal/kg^[12][13]
• wartość opałowa: 35,73 MJ/um³ = 8533 kcal/um^{3[potrzebny przypis]}

Mieszanina metanu z powietrzem w stężeniu objętościowym 4,5–15% ma właściwości wybuchowe. Tworzenie się tej mieszaniny wskutek przedostania się metanu do zamkniętych pomieszczeń (np. w kopalniach węgla kamiennego) bywa przyczyną groźnych w skutkach eksplozji. W mieszaninie o proporcji powyżej 15% pali się płomieniowo.

Reakcje charakterystyczne dla metanu (z reguły takie same, jak dla alkanów):

• spalanie
• nitrowanie
• halogenowanie
• piroliza
• dehydrogenacja – w temp. powyżej 1000 °C^[14]:
  • w obecności ciał stałych (kontaktów): do węgla, etylenu i acetylenu
  • pod nieobecność kontaktów: 2CH₄ ⇌ C₂H₂ + 3H₂
• alkilowanie alkenów

Wpływ na atmosferę

Metan jest gazem cieplarnianym, którego potencjał cieplarniany jest 72-krotnie większy niż dwutlenku węgla (w skali 20 lat) lub 25 (w skali 100 lat)^[15], a średnia zawartość w atmosferze wynosi 1,7 ppm (w ciągu minionych dwustu lat wzrosła ponad dwukrotnie)^[16].

Metan wpływa także w niewielkim stopniu na degradację ozonosfery^[17].

Zastosowanie

• jako paliwo do silników
• jako surowiec do otrzymywania tworzyw sztucznych
• w przemyśle energetycznym

Zobacz też

• planeta węglowa
• Ziemia-śnieżka
• biogaz
• gaz ziemny
• klatrat metanu