metan -Methane

Metan
Bazı ölçümler eklenmiş stereo, metanın iskelet formülü
Metanın top ve çubuk modeli
Metanın boşluk doldurma modeli
İsimler
Tercih edilen IUPAC adı
Metan
Sistematik IUPAC adı
Karabane (asla tavsiye edilmez)
Diğer isimler
tanımlayıcılar
3D model ( JSmol )
3DMet
1718732
chebi
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 1000.739 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
59
fıçı
Metan
RTECS numarası
ÜNİİ
BM numarası 1971
  • InChI=1S/CH4/h1H4 KontrolY
    Anahtar: VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N KontrolY
Özellikleri
CH4 _ _
Molar kütle 16.043  g·mol -1
Görünüm renksiz gaz
Koku Kokusuz
Yoğunluk
Erime noktası -182.456 °C (−296.421 °F; 90.694 K)
Kaynama noktası -161.5 °C (−258.7 °F; 111,6 K)
Kritik nokta ( T , P ) 190.56 K, 4.5992 MPa
22,7  mg·L -1
çözünürlük Etanol , dietil eter , benzen , toluen , metanol , asetonda çözünür ve suda çözünmez
günlük P 1.09
14  nmol·Pa -1 ·kg -1
Eşlenik asit metanyum
eşlenik taban metil anyon
−17.4 × 10 −6  cm 3 ·mol -1
Yapı
T d
dörtyüzlü
0  D
Termokimya
35.7  J·(K·mol) -1
Std molar
entropi
( S o 298 )
186.3  J·(K·mol) -1
Std
oluşum entalpisi
f H 298 )
-74.6  kJ·mol -1
-50.5  kJ·mol -1
Std
yanma entalpisi
c H 298 )
-891  kJ·mol -1
Tehlikeler
GHS etiketlemesi :
GHS02: Yanıcı
Tehlike
H220
P210
NFPA 704 (ateş elmas)
2
4
0
Alevlenme noktası −188 °C (−306.4 °F; 85,1 K)
537 °C (999 °F; 810 K)
Patlayıcı limitler %4.4-17
Bağıntılı bileşikler
İlgili alkanlar
Ek veri sayfası
Metan (veri sayfası)
Aksi belirtilmediği sürece, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
☒N doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒N

Metan ( US : / ˈm ɛ θ n / , UK : / ˈ m θ n / ) kimyasal formülü CH 4 ( dört hidrojen atomuna bağlı bir karbon atomu) olan kimyasal bir bileşiktir . En basit alkan ve doğal gazın ana bileşeni olan bir grup-14 hidrittir . Metan'ın yeryüzündeki nispi bolluğu, onu ekonomik olarak çekici bir yakıt haline getirir, ancak onu yakalamak ve depolamak , sıcaklık ve basınç için normal koşullar altında gaz halinde olması nedeniyle teknik zorluklar doğurur .

Doğal olarak oluşan metan hem yerin altında hem de deniz tabanının altında bulunur ve hem jeolojik hem de biyolojik süreçlerle oluşur. En büyük metan rezervuarı metan klatratları şeklinde deniz tabanının altındadır . Metan yüzeye ve atmosfere ulaştığında atmosferik metan olarak bilinir . Dünyanın atmosferik metan konsantrasyonu 1750'den bu yana yaklaşık %150 arttı ve tüm uzun ömürlü ve küresel olarak karışık sera gazlarından kaynaklanan toplam ışınımsal zorlamanın %20'sini oluşturuyor . Astrobiyoloji araştırmaları için etkileri olan Mars dahil diğer gezegenlerde de tespit edildi .

Özellikler ve yapıştırma

Metan, dört eşdeğer C-H bağına sahip tetrahedral bir moleküldür . Elektronik yapısı, değerlik orbitallerinin C ve H üzerindeki örtüşmesinden kaynaklanan dört bağlayıcı moleküler orbital (MO) ile tanımlanır . En düşük enerjili MO, karbon üzerindeki 2s orbitalinin dört hidrojen atomu üzerindeki 1s orbitallerinin faz içi kombinasyonu ile örtüşmesinin sonucudur. Bu enerji seviyesinin üzerinde, karbon üzerindeki 2p orbitallerinin hidrojen üzerindeki 1s orbitallerinin çeşitli lineer kombinasyonları ile örtüşmesini içeren üçlü dejenere bir MO'lar seti vardır. Ortaya çıkan "üçte bir" bağlanma şeması, fotoelektron spektroskopik ölçümleriyle tutarlıdır.

Metan kokusuz bir gazdır ve renksiz görünmektedir. Özellikle yüksek ton bantları nedeniyle tayfın kırmızı ucundaki görünür ışığı emer , ancak etki yalnızca ışık yolu çok uzunsa fark edilir. Uranüs ve Neptün'e , ışık metan içeren atmosferlerinden geçerken ve sonra geri saçılırken mavi veya mavimsi-yeşil renklerini veren budur .

Evlerde kullanılan doğal gazın tanıdık kokusu, güvenlik önlemi olarak genellikle tert-bütiltiol içeren karışımlara bir koku vericinin eklenmesiyle elde edilir. Metanın bir atmosfer basınçta -161.5  °C kaynama noktası vardır . Bir gaz olarak, standart basınçta havada bir dizi konsantrasyonda (%5.4-17) yanıcıdır .

Katı metan çeşitli modifikasyonlarda bulunur . Şu anda dokuz kişi bilinmektedir. Normal basınçta soğutma metan, metan I oluşumuna neden olur. Bu madde kübik sistemde kristalleşir ( uzay grubu Fm 3 m). Hidrojen atomlarının konumları metan I'de sabit değildir, yani metan molekülleri serbestçe dönebilir. Bu nedenle, plastik bir kristaldir .

kimyasal reaksiyonlar

Metanın birincil kimyasal reaksiyonları yanma , buharın sentez gaza dönüşmesi ve halojenasyondur . Genel olarak metan reaksiyonlarını kontrol etmek zordur.

seçici oksidasyon

Metanın daha uygun bir sıvı yakıt olan metanole kısmi oksidasyonu zordur çünkü reaksiyon , yetersiz oksijen kaynağı olsa bile tipik olarak karbondioksit ve suya kadar ilerler . Metan monooksijenaz enzimi metandan metanol üretir , ancak endüstriyel ölçekli reaksiyonlar için kullanılamaz. Bazı homojen katalizli sistemler ve heterojen sistemler geliştirilmiştir, ancak hepsinin önemli dezavantajları vardır. Bunlar genellikle aşırı oksidasyondan korunan korumalı ürünler üreterek çalışırlar. Örnekler arasında Catalytica sistemi , bakır zeolitler ve alfa-oksijen aktif bölgesini stabilize eden demir zeolitler yer alır.

Bir grup bakteri , oksijenin yokluğunda oksidan olarak nitrit ile metan oksidasyonunu katalize ederek metan'ın anaerobik oksidasyonuna yol açar .

Asit-baz reaksiyonları

Diğer hidrokarbonlar gibi metan da son derece zayıf bir asittir . DMSO'daki pKa'sının 56 olduğu tahmin edilmektedir . Çözelti içinde protonsuzlaştırılamaz , ancak konjuge baz , metillityum gibi formlarda bilinir .

Metandan türetilen çeşitli pozitif iyonlar , çoğunlukla düşük basınçlı gaz karışımlarında kararsız türler olarak gözlemlenmiştir. Bunlar metenyum veya metil katyon CH içerir+
3
, metan katyon CH+
4
ve metanyum veya protonlanmış metan CH+
5
. Bunlardan bazıları uzayda tespit edildi . Metan, süperasitlerle metandan seyreltilmiş çözeltiler olarak da üretilebilir . CH gibi daha yüksek yüklü katyonlar2+
6
ve CH3+
7
, teorik olarak çalışılmış ve kararlı olduğu varsayılmıştır.

C–H bağlarının gücüne rağmen, metanda (ve diğer düşük numaralı alkanlarda ) C–H bağı aktivasyonunu kolaylaştıran katalizörlere yoğun ilgi vardır.

Yanma

Elinde alev tutan genç bir kadın
Metan kabarcıkları, ıslak elle yaralanmadan yakılabilir.

Metanın yanma ısısı 55,5 MJ/kg'dır. Metanın yanması , aşağıdaki gibi özetlenen çok aşamalı bir reaksiyondur:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O ( Δ H = -891 k J / mol , standart koşullarda)

Peters dört aşamalı kimya , metanın yanmasını açıklayan sistematik olarak indirgenmiş dört aşamalı bir kimyadır.

Metan radikal reaksiyonları

Uygun koşullar sağlandığında, metan halojen radikalleri ile aşağıdaki gibi reaksiyona girer:

X• + CH 4 → HX + CH 3
CH 3 • + X 2 → CH 3 X + X•

burada X bir halojendir : flor (F), klor (Cl), brom (Br) veya iyot (I). Bu işlem için bu mekanizmaya serbest radikal halojenasyon denir . UV ışığı veya başka bir radikal başlatıcı ( peroksitler gibi) bir halojen atomu ürettiğinde başlatılır . Halojen atomunun bir metan molekülünden bir hidrojen atomu soyutladığı, bir hidrojen halojenür molekülü ve bir metil radikalinin ( CH3 •) oluşmasıyla sonuçlanan iki aşamalı bir zincir reaksiyonu meydana gelir. Metil radikali daha sonra bir halojen molekülü ile reaksiyona girerek yan ürün olarak yeni bir halojen atomu ile bir halometan molekülü oluşturur. Halojenli ürün üzerinde benzer reaksiyonlar meydana gelebilir, bu da reaksiyon koşullarına ve halojen-metan oranına bağlı olarak ek hidrojen atomlarının halojen atomları ile dihalometan , trihalometan ve nihayetinde tetrahalometan yapıları ile değiştirilmesine yol açar.

kullanır

Metan, endüstriyel kimyasal işlemlerde kullanılır ve soğutulmuş bir sıvı (sıvılaştırılmış doğal gaz veya LNG ) olarak taşınabilir . Soğutulmuş bir sıvı kabından sızıntılar, soğuk gazın artan yoğunluğu nedeniyle başlangıçta havadan daha ağır iken, ortam sıcaklığındaki gaz havadan daha hafiftir. Gaz boru hatları , ana bileşeni metan olan büyük miktarlarda doğal gaz dağıtır.

Yakıt

Metan, fırınlar, evler, su ısıtıcıları, fırınlar, otomobiller, türbinler vb. için yakıt olarak kullanılır. Metan depolamak için aktif karbon kullanılır. Rafine sıvı metan BE-4 ve Raptor motorlarında olduğu gibi sıvı oksijen ile birleştirildiğinde roket yakıtı olarak kullanılır .

Doğal gazın ana bileşeni olan metan, gaz türbininde veya buhar jeneratöründe yakıt olarak yakılarak elektrik üretimi için önemlidir . Diğer hidrokarbon yakıtlarla karşılaştırıldığında metan, açığa çıkan her birim ısı için daha az karbondioksit üretir. Yaklaşık 891 kJ/mol'de metanın yanma ısısı diğer hidrokarbonlardan daha düşüktür. Bununla birlikte, yanma ısısının %55'ini oluşturan, ancak metan moleküler kütlesinin yalnızca %25'ine katkıda bulunan nispeten büyük hidrojen içeriği nedeniyle, kütle başına (55.7 kJ/g) diğer herhangi bir organik molekülden daha fazla ısı üretir. Birçok şehirde metan, evlerde ısınma ve yemek pişirmek için borularla evlere taşınıyor . Bu bağlamda genellikle , metreküp başına 39 megajul veya standart fit küp başına 1.000 BTU enerji içeriğine sahip olduğu düşünülen doğal gaz olarak bilinir . Sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) ağırlıklı olarak metandır (CH4 ) , depolama veya taşıma kolaylığı için sıvı forma dönüştürülür.

Bir sıvı roket yakıtı olarak metan, kerosene göre küçük egzoz molekülleri üretme avantajı sunar . Bu, roket motorlarının iç kısımlarında daha az kurum biriktirerek güçlendiricinin yeniden kullanımının zorluğunu azaltır. Egzozun daha düşük moleküler ağırlığı , aynı zamanda, itme için mevcut olan kinetik enerji biçimindeki ısı enerjisinin fraksiyonunu da artırarak roketin özgül itici gücünü arttırır. Sıvı metan ayrıca sıvı oksijen (54-90 K) ile neredeyse uyumlu bir sıcaklık aralığına (91–112 K ) sahiptir.

kimyasal hammadde

Çoğunlukla metandan oluşan doğal gaz , endüstriyel ölçekte hidrojen gazı üretmek için kullanılır. Buhar metan reformingi (SMR) veya basitçe buhar reforming olarak bilinir, ticari dökme hidrojen gazı üretmenin standart endüstriyel yöntemidir. Dünya çapında (2013), esas olarak doğal gazın SMR'sinden yılda 50 milyon metrik tondan fazla üretilmektedir. Bu hidrojenin çoğu petrol rafinerilerinde , kimyasalların üretiminde ve gıda işlemede kullanılmaktadır. Amonyağın endüstriyel sentezinde çok büyük miktarlarda hidrojen kullanılır .

Yüksek sıcaklıklarda (700–1100 °C) ve metal bazlı bir katalizörün ( nikel ) varlığında buhar, "su gazı " veya "syngaz" olarak bilinen bir CO ve H2 karışımı vermek üzere metan ile reaksiyona girer :

CH 4 + H 2 OCO + 3 H 2

Bu reaksiyon güçlü bir şekilde endotermiktir (ısı tüketir, Δ H r = 206 kJ/mol). Su-gaz kaydırma reaksiyonu yoluyla CO'nun su ile reaksiyona girmesiyle ilave hidrojen elde edilir :

CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2

Bu reaksiyon hafif ekzotermiktir (ısı üretir, Δ H r = −41 kJ/mol).

Metan , daha tipik bir öncü olmasına rağmen, klorometan üretiminde serbest radikal klorlamaya da tabi tutulur .

Nesil

jeolojik yollar

Jeolojik metan üretimi için iki ana yol (i) organik (termojenik veya termojenik) ve (ii) inorganiktir ( abiyotik ). Termojenik metan, organik maddenin derin tortul tabakalarda yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda parçalanması nedeniyle oluşur . Sedimanter havzalardaki metanların çoğu termojeniktir; bu nedenle termojenik metan en önemli doğal gaz kaynağıdır. Termojenik metan bileşenleri tipik olarak (daha eski bir zamandan) kalıntı olarak kabul edilir. Genel olarak, termojenik metan oluşumu (derinlikte) organik madde parçalanması veya organik sentez yoluyla meydana gelebilir. Her iki yol da mikroorganizmaları içerebilir ( metanojenez ), ancak inorganik olarak da ortaya çıkabilir. İlgili süreçler ayrıca mikroorganizmalar olsun veya olmasın metan tüketebilir.

Derinlerde daha önemli metan kaynağı (kristal anakaya) abiyotiktir. Abiyotik, metan'ın biyolojik aktivitesi olmayan inorganik bileşiklerden, ya magmatik süreçler yoluyla ya da serpantinleşme gibi düşük sıcaklık ve basınçlarda meydana gelen su-kayası reaksiyonları yoluyla oluşturulduğu anlamına gelir .

biyolojik yollar

Dünya'daki metanın çoğu biyojeniktir ve yalnızca Archaea alanının bazı üyeleri tarafından yürütüldüğü bilinen bir anaerobik solunum şekli olan metanojenez tarafından üretilir . Metanojenler, çöplükleri ve diğer toprakları , geviş getirenleri (örneğin sığır ), termitlerin bağırsaklarını ve deniz tabanının altındaki ve göllerin altındaki anoksik tortuları işgal eder. Pirinç tarlaları ayrıca bitki büyümesi sırasında büyük miktarlarda metan üretir. Bu çok aşamalı süreç, bu mikroorganizmalar tarafından enerji için kullanılır. Metanojenezin net reaksiyonu:

CO 2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O

İşlemdeki son adım, metil koenzim M redüktaz (MCR) enzimi tarafından katalize edilir.

Avustralya koyunlarının solunan metan üretimi için test edilmesi (2001), CSIRO
Bu görüntü, hidroliz, asidojenez, asetojenez ve metanojenezin dört aşamasında metan üreten bir geviş getireni, özellikle bir koyunu temsil etmektedir.

Ruminantlar

Sığır, geğirme metan gibi geviş getirenler, ABD'nin atmosfere yıllık metan emisyonlarının yaklaşık %22'sini oluşturuyor. Bir çalışma, genel olarak hayvancılık sektörünün (öncelikle sığır, tavuk ve domuzlar) insan kaynaklı tüm metanın %37'sini ürettiğini bildirdi. 2013 yılında yapılan bir araştırma, insan kaynaklı metan gazının %44'ünü ve insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının yaklaşık %15'ini hayvancılığın oluşturduğunu tahmin ediyor. Tıbbi tedaviler ve diyet ayarlamaları gibi hayvancılık metan üretimini azaltmak ve yanma enerjisini kullanmak için gazı hapsetmek için birçok çaba yürütülmektedir.

Deniz tabanı çökeltileri

Denizaltı tabanının çoğu anoksiktir, çünkü oksijen, tortunun ilk birkaç santimetresinde aerobik mikroorganizmalar tarafından çıkarılır . Oksijenle dolu deniz tabanının altında, metanojenler ya diğer organizmalar tarafından kullanılan ya da gaz hidratlarında sıkışıp kalan metan üretir . Enerji için metanı kullanan bu diğer organizmalar, metanotroflar ('metan yiyen') olarak bilinir ve derinlikte üretilen az miktarda metan'ın deniz yüzeyine ulaşmasının ana nedenidir. Archaea ve Bacteria Konsorsiyumlarının metan anaerobik oksidasyonu (AOM) yoluyla metanı oksitlediği bulunmuştur; bundan sorumlu organizmalar anaerobik metanotrofik Archaea (ANME) ve sülfat indirgeyen bakterilerdir (SRB).

Endüstriyel yollar

Bu diyagram, sürdürülebilir bir şekilde metan üretimi için bir yöntemi göstermektedir. Bakınız: elektroliz , Sabatier reaksiyonu

Doğal gazdaki ucuz bolluğu göz önüne alındığında, endüstriyel olarak metan üretmek için çok az teşvik vardır. Metan, Sabatier işlemiyle karbondioksitin hidrojenlenmesiyle üretilebilir . Metan ayrıca , metandan daha uzun zincirli moleküller üretmek için büyük ölçekte uygulanan Fischer-Tropsch sürecinde karbon monoksitin hidrojenlenmesinin bir yan ürünüdür .

Büyük ölçekli kömürden metan gazına gazlaştırmaya bir örnek, 1984 yılında Beulah, Kuzey Dakota'da düşük kaliteli linyitten bol miktarda yerel kaynak geliştirmenin bir yolu olarak başlatılan Great Plains Synfuels tesisidir . ağırlığı, kül içeriği, düşük kalorifik değeri ve depolama ve nakliye sırasında kendiliğinden yanma eğilimi . Dünya çapında bir dizi benzer tesis mevcuttur, ancak çoğunlukla bu tesisler benzin , dizel veya diğer işlemler için hammadde olarak kullanılmak üzere uzun zincirli alkanların üretimine yöneliktir .

Metan gücü, elektroliz yoluyla sudan hidrojen üretmek için elektrik gücünü kullanan ve metan üretmek için hidrojeni karbon dioksit ile birleştirmek için Sabatier reaksiyonunu kullanan bir teknolojidir . 2021 itibariyle, bu çoğunlukla geliştirme aşamasındadır ve büyük ölçekli kullanımda değildir. Teorik olarak, süreç, yüksek oranda dalgalanan rüzgar türbinleri ve güneş enerjisi dizileri tarafından üretilen aşırı ve yoğun olmayan güç için bir tampon olarak kullanılabilir . Ancak şu anda elektrik enerjisi üretmek için elektrik santrallerinde (örneğin CCGT ) çok büyük miktarlarda doğal gaz kullanıldığından, verimlilikteki kayıplar kabul edilemez.

laboratuvar sentezi

Metan , metil lityumun veya metilmagnezyum klorür gibi bir metil Grignard reaktifinin protonlanmasıyla üretilebilir . Ayrıca susuz sodyum asetat ve kuru sodyum hidroksitten de yapılabilir , karıştırılıp 300 °C'nin üzerinde ısıtılabilir ( yan ürün olarak sodyum karbonat ile ). Pratikte, saf metan gereksinimi, standart gaz tedarikçilerinden alınan çelik gaz şişeleriyle kolaylıkla karşılanabilir.

oluşum

Metan, Alessandro Volta tarafından 1776-1778 yılları arasında Maggiore Gölü'ndeki bataklık gazını incelerken keşfedildi ve izole edildi . Doğal gazın ana bileşenidir, hacimce yaklaşık %87'dir. Metanın ana kaynağı, doğal gaz sahaları olarak bilinen jeolojik yataklardan ekstraksiyondur ve kömür damar gazı ekstraksiyonu ana kaynak haline gelir (bkz . çıkarılamayan kömür damarlarından metan elde etme yöntemi). Diğer hidrokarbon yakıtlarla ilişkilidir ve bazen helyum ve nitrojen eşlik eder . Metan , organik maddenin anaerobik bozunması ve Dünya yüzeyinin derinliklerinden yeniden işlenmiş metan ile sığ seviyelerde (düşük basınç) üretilir . Genel olarak, doğal gaz oluşturan tortular , petrol içeren tortulardan daha derine ve daha yüksek sıcaklıklarda gömülür .

Metan genellikle doğal gaz halinde boru hattıyla veya sıvılaştırılmış halde LNG taşıyıcıları ile toplu halde taşınır; birkaç ülke kamyonla taşıyor.

atmosferik metan

Metan (CH 4 ) Gelişmiş Küresel Atmosferik Gazlar Deneyi ( AGAGE ) tarafından alt atmosferde ( troposfer ) dünyanın dört bir yanındaki istasyonlarda ölçülmüştür. Bolluklar, kirlilik içermeyen aylık ortalama mol fraksiyonları olarak milyarda kısım olarak verilmiştir .

2010 yılında, Kuzey Kutbu'ndaki metan seviyeleri 1850 nmol/mol olarak ölçüldü. Bu seviye, son 400.000 yılda herhangi bir zamanda görülenin iki katıdır. Dünya atmosferindeki tarihi metan konsantrasyonları , yaygın olarak buzul çağları olarak bilinen buzul dönemlerinde 300 ile 400 nmol/mol arasında ve buzullar arası sıcak dönemlerde 600 ile 700 nmol/mol arasında değişmektedir . Dünya'nın okyanusları, potansiyel olarak önemli bir Arktik metan kaynağıdır.

Metan, 100 yıllık bir dönemde CO2'ye ( potansiyel 1) kıyasla 34 ve 20 yıllık bir dönemde 72 küresel ısınma potansiyeline sahip önemli bir sera gazıdır .

Dünyanın atmosferik metan konsantrasyonu 1750'den beri yaklaşık %150 arttı ve uzun ömürlü ve küresel olarak karışık sera gazlarının tümünden kaynaklanan toplam ışınımsal zorlamanın %20'sini oluşturuyor . IPCC'nin AR6'sı şunları belirtmektedir : "Yaklaşık 1750'den beri iyi karışmış sera gazı (GHG) konsantrasyonlarında gözlemlenen artışlar, kesinlikle insan faaliyetlerinden kaynaklanmaktadır. 2011'den beri (AR5'te bildirilen ölçümler), konsantrasyonlar atmosferde artmaya devam etti ve yıllık 2019'da karbondioksit (CO 2 ) için 410 ppm , metan (CH 4 ) için 1866 ppb ve nitröz oksit (N 2 O) için 332 ppb ortalamaları. en az 2 milyon yılda bir zaman (yüksek güven) ve CH4 ve N2O konsantrasyonları en az 800.000 yılda herhangi bir zamandan daha yüksekti ( çok yüksek güven) 1750'den beri CO2'deki artışlar ( % 47 ) ve CH 4 (% 156) konsantrasyonları çok aşıyor ve N 2 O'daki artışlar (% 23), en azından son 800.000 yılda buzul ve buzullar arası dönemler arasındaki çok-bin yıllık doğal değişikliklere benzer (çok yüksek güvenirlik)".

2015'ten 2019'a atmosferik metan seviyelerinde keskin artışlar kaydedildi. Şubat 2020'de, fosil yakıt endüstrisinden kaynaklanan kaçak emisyonların ve gaz tahliyesinin önemli ölçüde hafife alınmış olabileceği bildirildi.

İklim değişikliği, doğal ekosistemlerde metan üretimini artırarak ve bir İklim değişikliği geri bildirimi oluşturarak atmosferik metan seviyelerini artırabilir .

Klatratlar

Metan klatratlar (metan hidratlar olarak da bilinir), tek metan moleküllerini yakalayan katı su molekülleri kafesleridir. Yüksek basınçlarda (1 ila 100 MPa; alt uç daha düşük sıcaklık gerektirir) ve düşük sıcaklıklarda (< 15 °C) bulunan , gaz klatrat stabilite bölgesi içindeki okyanus tabanının altındaki kıta kenarları boyunca ve kutup permafrostunda önemli metan klatrat rezervuarları bulunmuştur. ; üst uç daha yüksek basınç gerektirir). Metan klatratlar biyojenik metan, termojenik metan veya ikisinin bir karışımından oluşabilir. Bu birikintiler hem potansiyel bir metan yakıtı kaynağı hem de küresel ısınmaya potansiyel bir katkıda bulunuyor. Gaz klatratlarında depolanan küresel karbon kütlesi hala belirsizdir ve 12.500 Gt karbon kadar yüksek ve 500 Gt karbon kadar düşük olduğu tahmin edilmektedir. Tahmin, en son tahmin edilen ~ 1800 Gt karbon ile zamanla azaldı. Bu belirsizliğin büyük bir kısmı, metan kaynakları ve yutaklarındaki bilgi boşluğumuz ve metan klatratlarının küresel ölçekte dağılımından kaynaklanmaktadır. Örneğin, Kuzey Kutbu'ndaki ultra yavaş yayılan bir sırtta nispeten yakın zamanda bir metan kaynağı keşfedildi. Bazı iklim modelleri, okyanus tabanından bugünün metan emisyon rejiminin, yaklaşık 55.5 milyon yıl önce Paleosen-Eosen Termal Maksimum ( PETM ) dönemindekine potansiyel olarak benzer olduğunu öne sürüyor , ancak klatrat ayrışmasından metanın şu anda ulaştığını gösteren hiçbir veri yok. atmosfer. Permafrost ve deniz dibi metan klatratlarından arktik metan salınımı potansiyel bir sonuç ve küresel ısınmanın başka bir nedenidir ; bu, klatrat tabancası hipotezi olarak bilinir . 2016 verileri, Arctic permafrost'un tahmin edilenden daha hızlı çözüldüğünü gösteriyor.

dünya dışı metan

yıldızlararası ortam

Metan, Güneş Sisteminin birçok yerinde bol miktarda bulunur ve potansiyel olarak başka bir güneş sistemi gövdesinin yüzeyinde hasat edilebilir (özellikle, Mars veya Titan'da bulunan yerel malzemelerden metan üretimi kullanılarak ), dönüş yolculuğu için yakıt sağlayarak.

Mars

Güneş Sisteminin tüm gezegenlerinde ve daha büyük uyduların çoğunda metan tespit edildi . Mars'ın olası istisnası dışında, abiyotik süreçlerden geldiğine inanılıyor .

Mars'ta metan (CH 4 ) – potansiyel kaynaklar ve lavabolar

Merak gezgini , Mars'taki atmosferik metan seviyelerinin mevsimsel dalgalanmalarını belgeledi . Bu dalgalanmalar, Mars yazının sonunda milyarda 0,6 parça ile zirveye ulaştı.

Metan, kısmen yerinde kaynak kullanımıyla gezegende sentezlenme olasılığı nedeniyle , gelecekteki Mars görevlerinde olası bir roket iticisi olarak önerildi . Sabatier metanasyon reaksiyonunun bir uyarlaması, Mars'ta bulunan ham maddelerden metan üretmek için karışık bir katalizör yatağı ve tek bir reaktörde ters su-gaz kayması ile kullanılabilir, Mars atmosferinde Mars yeraltından su ve karbon dioksit kullanılarak .

Metan , su, karbondioksit ve Mars'ta yaygın olduğu bilinen olivin mineralini içeren serpantinleşme adı verilen biyolojik olmayan bir süreçle üretilebilir .

Tarih

Kasım 1776'da, metan ilk olarak İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından İtalya ve İsviçre'yi birbirine bağlayan Maggiore Gölü bataklıklarında bilimsel olarak tanımlandı . Volta, Benjamin Franklin'in "yanıcı hava" hakkında yazdığı bir makaleyi okuduktan sonra maddeyi aramaya ilham verdi . Volta bataklıktan yükselen gazı topladı ve 1778'de saf metanı izole etti. Ayrıca gazın bir elektrik kıvılcımı ile ateşlenebileceğini de gösterdi.

1812'de 92 kişinin hayatını kaybettiği Felling maden faciasının ardından , Sir Humphry Davy , korkulan ateşin aslında büyük ölçüde metan olduğunu tespit etti.

"Metan" adı, 1866'da Alman kimyager August Wilhelm von Hofmann tarafından icat edildi . Adı metanolden türetilmiştir .

etimoloji

Etimolojik olarak, " metan " kelimesi , alkan ailesine ait maddeleri ifade eden " -an " kimyasal son ekinden türetilmiştir; ve Almanca " metil "den (1840) veya doğrudan Fransızca " méthylène "den (İngilizce "metilen"e karşılık gelen) bir arka oluşum olan Fransızca " méthyle " den türetilen " metil " kelimesi, 1834 yılında Jean-Baptiste Dumas ve Eugène Péligot tarafından Yunanca " methy " (şarap) (İngilizce "mead" ile ilgili) ve " hyle " ("odun" anlamına gelen) kelimelerinden türetilmiştir. Radikal, ilk olarak ahşabın damıtılmasıyla izole edilen bir alkol olan metanolde saptandığı için bu adı almıştır . " -ane " kimyasal son eki , özetleri temsil etmek için uygulanan Latince kadınsı ek " -ina " dan gelen " -ine " koordine edici kimyasal son ekinden gelmektedir. "-ane", "-ene", "-one" vb.'nin koordinasyonu 1866'da Alman kimyager August Wilhelm von Hofmann (1818-1892) tarafından önerildi.

Kısaltmalar

CH4 -C kısaltması , bir metan kütlesinde bulunan karbon kütlesi anlamına gelebilir ve metan kütlesi her zaman CH4-C kütlesinin 1.33 katıdır . CH4 -C, kütlece 1.33 olan metan-karbon oranı anlamına da gelebilir. Atmosfer ölçeğinde metan genellikle teragramlarla (Tg CH 4 ) veya milyonlarca metrik tonla (MMT CH 4 ) ölçülür, bu da aynı anlama gelir. Nanomol (nmol, bir molün milyarda biri), mol (mol), kilogram ve gram gibi diğer standart birimler de kullanılır .

Emniyet

Metan toksik değildir, ancak son derece yanıcıdır ve hava ile patlayıcı karışımlar oluşturabilir. Oksijen konsantrasyonu yer değiştirme ile yaklaşık %16'nın altına düşürülürse metan da boğucudur , çünkü çoğu insan kötü etkiler olmaksızın %21'den %16'ya bir azalmayı tolere edebilir . Boğulma riskinin önemli hale geldiği metan konsantrasyonu, yanıcı veya patlayıcı bir karışımdaki %5-15 konsantrasyonundan çok daha yüksektir. Metan gazı, çöplüklerin yakınındaki binaların iç kısımlarına nüfuz edebilir ve bina sakinlerini önemli seviyelerde metan gazına maruz bırakabilir. Bazı binalar, bu gazı aktif olarak yakalamak ve binadan uzaklaştırmak için bodrumlarının altında özel olarak tasarlanmış geri kazanım sistemlerine sahiptir.

Metan gazı patlamaları birçok ölümcül maden felaketinden sorumludur. 5 Nisan 2010'da Batı Virginia'daki Upper Big Branch kömür madeni felaketinin nedeni metan gazı patlamasıydı ve 29 kişi öldü.

Ayrıca bakınız

Açıklayıcı notlar

alıntılar

Alıntılanan kaynaklar

Dış bağlantılar