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Methan
Strukturformel und Molekülmodell
Strukturformel aus Methan
Allgemeines
Molekularformel	CH4
IUPAC-Name	Methan
Andere Namen	Sumpf Gas, graues Brandgas, Schlagwetter
Molmasse	16,04 G/Maulwurf
LÄCHELN	C
CAS-Nummer	74-82-8
Beschreibung	Brennbares Gas
Warnungen und Sicherheitsvorkehrungen
Achtung[1]
H-Sätze	H220 - H280[1]
EUH-Sätze	Nein
P-Sätze	P210 - P410 P403[1]
Verkehr	Von Hitze, Funken und offenem Feuer fernhalten
Lager	Feuerfest und kühl aufbewahren. Belüftung entlang des Bodens und der Decke.
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	gasförmig
Farbe	farblos
Dichte	(Gas, 25°C, 1 atm) 0,656 × 10−3 g/cm³ (Gas, 0 °C, 1 atm) 0,716 × 10−3 g/cm³
Schmelzpunkt	−182,48 °C
Siedepunkt	−164 °C
Flammpunkt	−188 °C
Selbstentzündungstemperatur	537 °C
Löslichkeit im Wasser	(bei 20°C) 0,0227 g/l
Thermodynamische Eigenschaften
ΔfhuhÖG	−74,81 kJ/Maulwurf
soÖg, 1 bar	83,7 J/Maulwurf·k
Wenn nicht anders angegeben normale Bedingungen gebraucht (298.15k oder 25 °C, 1 Bar).
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Methan (CH₄) ist am einfachsten Kohlenwasserstoff und gehört zur Gruppe der alkane. Es besitzt a tetraedrische Molekülgeometrie. die zentrale sp³-hybridisiertKohlenstoffatom ist voll gesättigt. Methan ist mit Zimmertemperatur und bei Atmosphärendruck a Gas. Es wurde in 1778 entdeckt von Alessandro Volta.

Methan, auch bekannt als Sumpf Gas, ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Erdgas kommt in der Natur in Verbindung mit Petroleum und andere fossile Brennstoffe, und hat einen ähnlichen geologischen Ursprung, der aus verrotteten Überresten organischen Materials stammt.

Herkunft und Quellen

Methan kann aus verschiedenen natürlichen Prozessen (Erdkruste, Meeresboden, Feuchtgebiete und Torfmoore) oder aus anthropogenen Quellen (fossile Industrie, Bioindustrie, Müllhalden) entstehen. Es ist zwar möglich zu messen, wie viel Methan jährlich emittiert wird, es ist jedoch viel schwieriger, die genauen Quellen zu bestimmen.^[2]

Geologische Ressourcen

Die zwei wichtigsten geologischen Methanproduktionswege sind:

1. organisch (thermisch erzeugt oder thermogen). Thermogenes Methan entsteht durch die Zersetzung organischer Stoffe bei hohen Temperaturen und hohem Druck in tiefen Sedimentschichten. Das meiste Methan in Sedimentationsbecken ist thermogen; daher ist thermogenes Methan die Hauptquelle für Erdgas.
2. anorganisch oder abiotisch, das bedeutet, dass Methan aus anorganischen Verbindungen ohne biologische Aktivität gebildet wird, entweder durch magmatische Prozesse oder durch Wasser-Gesteins-Reaktionen, die bei niedrigen Temperaturen und Drücken auftreten, wie z Serpentinit.

Biologische Ressourcen

sehen Methanogenese für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Methan entsteht unter anderem beim Abbau organischer Stoffe durch Bakterien unter anaerob (sauerstofffreie) Bedingungen. Anaerobe Bedingungen treten häufig in Sumpfböden auf. Methan entsteht auch in sauerstoffarmen Böden, unter anderem durch den Abbau abgestorbener Pflanzenwurzeln. Auch bei Waldbränden kann Methan durch Erhitzen organischer Stoffe entstehen.

Viehzucht

Wiederkäuer, aber vor allem das Vieh, liefern mit ihren with Bauern und Wind ein wesentlicher Verursacher der weltweiten Methanemissionen. Gerade ein hoher Anteil an Raufutter sorgt für diese Methanproduktion im Pansen durch Vergärung durch die Bakterien. Tatsächlich verursacht die Viehzucht fast 40 % der menschlichen Methanemissionen.^[3] Bei angepasster Kraftfutterzusammensetzung gibt es Möglichkeiten, diese zu reduzieren, sowie durch ein ausgeklügeltes Grünlandmanagement.^[4][5] Auch gezielte Kreuzungen würden helfen.^[3] Um Rinderfarmen daher liegt eine erhöhte Methankonzentration vor. Es sind Fälle bekannt, in denen Stallungen durch eine erhöhte Methankonzentration in Brand geraten.^[6]

Meeresboden

Der größte Teil des tieferen Meeresbodens ist anoxisch weil Sauerstoff entzogen wird durch AerobicMikroorganismen in den oberen Zentimetern des Sediments. Im Meeresboden produzieren Methanogene Methan, das von anderen Organismen genutzt oder in Gashydraten eingeschlossen wird. Diese anderen Organismen, die Methan zur Energiegewinnung nutzen, werden als Methanotrophe (Methanfresser) bezeichnet und sind der Hauptgrund dafür, dass wenig Methan vom Meeresboden die Meeresoberfläche erreicht.

Industrielle Ressourcen

Methanproduktion

Methan wird produziert von Hydrierung von Kohlendioxid in a Sabatier-Reaktion. Methan ist auch ein Nebenprodukt der Hydrierung von Kohlenmonoxid in der Fischer-Tropsch-Verfahren. Für praktische Anwendungen wird Methangas in Stahlflaschen verkauft.

von anaerob Bei der Vergärung von Bioabfällen wird Methan zur Erzeugung von Ökostrom oder Kraft-Wärme-Kopplung gewonnen.

Fossile Energieunternehmen

Methangas wird bei der Förderung, Verarbeitung und dem Transport fossiler Energieträger (Öl, Erdgas, Kohle) freigesetzt. Und bei der Fracking von Schiefergas und Schieferöl Die Emissionen wären noch höher.^[7] Nach Recherchen aus dem Jahr 2020 wäre der Anteil der fossilen Industrie an den Methanemissionen in der Vergangenheit stark unterschätzt worden.^[8]

Chemie

Molekulare Struktur

Ein Methanmolekül besteht aus einem zentralen Kohlenstoffatom mit somit vier symmetrisch angeordneten Wasserstoffatomen Tetraeder. Dieses Symmetrie bestimmt maßgeblich die Eigenschaften von Methan. Die Symmetrie bedeutet beispielsweise, dass Methan streng unpolar wodurch es unter Standardbedingungen gasförmig und wenig reaktiv ist.

Diese Symmetrie kann theoretisch vorhergesagt werden mit MO-Theorie, und wurde auch experimentell unter anderem mit Röntgenbeugung und UV/VIS-Spektroskopie. Diese Entdeckungen führten zur Bildung der Hybridisierungsmodell. Das Kohlenstoffatom in Methan ist sp³-hybridisiert. Infolgedessen ist die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen sehr stark in Methan und zum Beispiel ist die Deprotonierung besonders schwierig (de pk_ein Methan ist über 50).

Bemerkungen

Methan ist, wie alle Alkane, nicht sehr reaktiv. Tatsächlich reagiert es nur mit starken Oxidationsmitteln wie Sauerstoff (Verbrennung) oder den Halogenen. Eine weitere wichtige Antwort ist Dampfreformierung.

Verbrennungsreaktionen

Die Verbrennung ist wie folgt:^[9] (Bildungsenthalpie Δ_fhuh^Ö = −891 kJmol⁻¹)

${displaystyle {ce {CH4 2 O2 -> CO2 2 H2O}}}$

Bei Sauerstoffmangel ist die Verbrennung unvollständig und findet ebenfalls statt Kohlenmonoxid (CO):

${displaystyle {ce {2 CH4 3 O2 -> 2 CO 4 H2O}}}$

Oder auch Koks:

${Anzeigestil {ce{CH4O2 -> C2H2O}}}$

Chlormethan-Produktion

Chlormethan werden hergestellt durch Radikalreaktion mit Chlorgas:^[10]

${displaystyle {ce{CH4Cl2 -> CH3Cl HCl}}}$ (Chlormethan)

${displaystyle {ce {CH3Cl Cl2 -> CH2Cl2 HCl}}}$ (Dichlormethan)

${displaystyle {ce {CH2Cl2 Cl2 -> CHCl3 HCl}}}$ (Chloroform)

${displaystyle {ce {CHCl3 Cl2 -> CCl4 HCl}}}$ (Tetrachlormethan)

Dampfreformierung

Methan enthält das höchste H/C-Verhältnis aller Kohlenwasserstoffe, weshalb Methan häufig zur Herstellung von Wasserstoff verwendet wird. Methan (meist Erdgas) und Wasserdampf werden unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur über einen Metallkatalysator geleitet:

${displaystyle {ce {CH4{} 2H2O->[{ ext{Katalysator}}]CO2{} 4H2}}}$

Diese Reaktion wird hauptsächlich in der Haber-Bosch-Verfahren, die große Mengen an Wasserstoff benötigt, um zu produzieren Ammoniak, und bei der Biomassevergasung zu Synthesegas produzieren.

Synthese

Methan kann aus leicht abbaubaren organischen Stoffen gebildet werden, wie z Essigsäure:

${displaystyle {ce{CH3COOH -> CH4CO2}}}$

Natriumacetat geht auch mit Natriumhydroxid Methan bildet:

${displaystyle {ce {CH3COONa NaOH -> CH4 Na2CO3}}}$

Methan kann auch freigesetzt werden Kohlendioxid und Wasserstoffgas entstehen nach einer langsamen Reaktion:

${displaystyle {ce {CO2 4 H2 -> CH4 2 H2O}}}$

Methanhydrat

Sedimente auf dem Meeresboden und in Permafrostgebiete am Boden der gefrorenen Bodenschicht enthalten sehr große Methanreserven: Methan, das unter hohem Druck Clathrat oder bildet mit Wasser eine Einschlussverbindung (Eis), Methanhydrat oder Methaneis, in dem Methan als Gashydrat im feste Form ist anwesend. Manchmal entweicht ein Teil dieses Methans in gasförmiger Form an die Oberfläche. Die Methanclathrate könnten aufgrund der Größe der Reserven potenziell eine wichtige Energiequelle sein, ihre Gewinnung aus dem Meeresboden ist jedoch nach dem derzeitigen Stand der Technik noch sehr schwierig.

Schädlichkeit

Methan ist klimaschädlich, weil es zur verbesserten Treibhauseffekt. Als Treibhausgas ist es etwa 25-mal stärker als Kohlendioxid.^[11] Seit 1750 hat sich die Methanmenge in der Luft mehr als verdoppelt. Die Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre beträgt etwa zehn Jahre.

Es wird befürchtet, dass steigende globale Temperaturen zum Auftauen der Dauerfrost. Dadurch könnten große Mengen Methan freigesetzt und der Treibhauseffekt weiter verstärkt werden.

Siehe auch

• Irrlicht

Externe Links

•  Internationale Chemikaliensicherheitskarte von Methan
• (und) Daten von Methan in der GESTIS-Stoffdatenbank des Deutschen Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (WENN EIN) (JavaScript erforderlich)
• (und) Sicherheitsdatenblatt von Methan
• Methangas auf dem Mars (Wissenslink-Artikel)
• (und) Bindung in Methan

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