§ 47. Метан

Как все неметаллы, углерод образует летучие соединения с водородом. Простейшее из них - метан. Молекулярная формула метана СН₄, электронная формула структурная формула

Метан - газ без вкуса, цвета и запаха, легче воздуха. В воде метан почти нерастворим.

Подобно водороду, метан горюч, а смеси его с воздухом взрывчаты. При поджигании метана в цилиндре он сгорает еле заметным пламенем, на стенках цилиндра оседают капельки воды, а прилитая в цилиндр известковая вода мутнеет: при горении метана и при взрыве его смесей с воздухом образуются вода и двуокись углерода:

При неполном сгорании метана, т. е. при недостатке кислорода, углерод частично выделяется в виде сажи. С металлами, кислотами и щелочами метан не взаимодействует.

В природе метан образуется при гниении органических веществ без доступа воздуха, например на дне болот. Если поворошить палкой болотную тину, он выделяется на поверхность воды пузырьками (рис. 32). Поэтому он называется также болотным газом. Метан может скопляться также в каменноугольных шахтах, отсюда еще одно его название - рудничный газ. При взрыве образующейся смеси его с воздухом рудокопы гибли от урагана раскаленных газов, проносящегося по копям, и от подземных пожаров угля и его обвалов. В наших рудниках, благодаря постоянному контролю со стороны охраны труда, вентиляции шахт, подземные пожары 1 и взрывы предотвращаются.

Рис. 32. Собирание болотного газа

Метан - главная составная часть природного горючего газа, которым отапливаются многие города и заводы. Наша страна изобилует месторождениями природного газа. Она покрывается сетью дальних газопроводов, простирающихся на сотни километров.

Метан не единственное соединение углерода с водородом. Вспомним строение кристаллов алмаза: атомы углерода могут образовывать прочные ковалентные связи не только с атомами других элементов, но и друг с другом. Если по одной из четырех единиц валентности у двух атомов углерода затратится на связывание их друг с другом, то у каждого останется еще по три единицы валентности, которыми они могут связать шесть атомов водорода соответственно формуле С₂Н₆.

Так, наращивая и далее цепочку из атомов углерода, можно вывести формулы углеводородов все более сложного строения: С₃Н₈, C₄H₁₀ и т. д. В природе смеси их скопляются в подземных вместилищах в виде нефти и природного газа.

1. Опишите физические и химические свойства метана. Сравните при этом метан с водородом: что общего у них и как их различить. Найдите плотность метана по воздуху.
2. В каком виде встречаются в природе соединения углерода с водородом? Какие вам известны их применения?
3. Напишите уравнение реакции горения соединения углерода с водородом, в молекуле которого содержится два атома углерода.
4. Рассчитайте объемный процентный состав наиболее взрывоопасных смесей метана: а) с кислородом, б) с воздухом, зная, что взрыв наибольшей силы получается в том случае, если в смеси ни метан, ни кислород не содержатся в избытке.
5. Какая опасность существует в домах с газовым отоплением?