Metà.html



Metà
General
Nom sistemàtic	Metà
Altres noms	Gas dels pantans
Fórmula molecular	CH4
Nomenclatura SMILES	C
Massa molar	16,0425 g/mol
Aspecte	gas incolor
Número CAS	[74-82-8]
Propietats
Densitat i fase	0,717 kg/m3, gas
Solubilitat en aigua	3,5 mg/100 ml (17 °C)
Punt de fusió	−182,5 °C (90,6 K, -296,5 °F)
Punt d'ebullició	−161,6 °C (111,55 K, -258,88 °F)
Punt triple	90,7 K, 0,117 bar
Punt crític	190,5 K (−82,6 °C) at 4,6 MPa (45 atm)
Estructura
Geometria de coordinació	tetraèdric
Grup de simetria	Td
Moment dipolar	Cero
Perills
MSDS	MSDS externa
Classificació UE	Extramedament inflamable (F+)
NFPA 704	4 1
Frases R	R12
Frases S	S2 S9 S16 S33
Punt d'inflamabilitat	−188 °C
Temp. autoignició	537 °C
Temperatura màxima de combustió	2148 °C
Limit d'explosió	5–15%
Compostos relacionats
Alcans relacionats	Età Propà
Compostos relacionats	Metanol Clorometà Àcid fòrmic Formaldehid
Hibrids relacionats	Silà
Si no s'indica el contrari, les dades són pels materials en condicions estàndard (25 °C, 100 kPa) Avís d'exempció de responsabilitat

El metà és l'hidrocarbur alcà més senzill possible. La seva fórmula química és:

CH₄

o també:

    H
    |
H - C - H
    |
    H

Cadascun dels àtoms d'hidrogen s'uneix al carboni per mitjà d'un enllaç covalent. És una substància no polar que es presenta en forma de gas a temperatures i pressions ordinàries. És incolor i no gaire soluble en aigua en la seva fase líquida.

A la natura es produeix com a producte final de la descomposició anaeròbica de la matèria orgànica. Molts microorganismes anaeròbics el generen utilitzant el CO₂ com a acceptor final d'electrons.

Constitueix fins el 97% del gas natural. A les mines de carbó se l'anomena grisú i es molt perillós ja que és fàcilment inflamable i explosiu.

El metà és un gas hivernacle relativament potent que contribueix a l'escalfament global del planeta Terra ja què té un potencial d'escalfament global potencial de 23.^[1] Això significa que en una mitjana de temps de 100 anys cada kg de CH₄ escalfa la Terra 23 vegades més que la mateixa massa de CO₂, tanmateix hi ha aproximadament 220 vegades més diòxid de carboni a l'atmosfera de la Terra que metà per la qual cosa el metà contribueix de manera menys important a l'efecte hivernacle.

edita Propietats

El metà es el el component majoritari del gas natural, aproximadament un 97% en volum a temperatura ambient i pressió estàndard, el metà es un gas incolor i inodor. Com a mesura de seguretat s'hi afegeix un odorant, habitualment metanotiol o etanotiol. el metà te un punt d'ebullició de -161,5°C a una atmosfera i un punt de fusió de -183°C. Com a gas es només inflamable en un estret interval de concentracions a l'aire (5-15%). El metà líquid no es combustible.

edita Riscos potencials sobre la salut

El metà no és tòxic. El seu principal perill per a la salut són les cremades que pot provocar si entra en ignició. Es altament inflamable i pot formar barreges explosives amb l'aire. El metà reacciona violentament amb oxidants, halògens i alguns compostos halogenats. El metà es també un asfixiant i pot desplaçar l'oxigen en un espai tancat. L'asfixia pot sobrevindré si la concentració d'oxigen es reduïda per sota el 19,5 % per desplaçament. Les concentracions a les quals es formen les barreixes explosives o inflamables són molt més petites que les concentracions a les quals el risc d'asfíxia se significatiu. Si hi ha estructures construïdes al damunt o a prop d'abocadors, el meta desprès pot penetrar a l'interior dels edificis i exposar els ocupants a nivells significatius de metà. Alguns edificis tenen sistemes per sota els seus fonaments per capturar aquest gas i expulsar-lo de l'edifici. Un exemple d'aquest tipus de sistema es troba en l'edifici Dakin, Brisbane, Califòrnia.

edita Reaccions metà

Las principals reaccions del metà són: combustió, reformació amb vapor (steam reforming) per donar gas de síntesi (syngas), i halogenació. En general, les reaccions del metà són dificultoses de controlar. Per exemple, l'oxidació parcials fins a metanol es difícil d'aconseguir; la reacció normalment segueix fins a donar diòxid de carboni i aigua.

edita Combustió

En la combustió del metà hi ha involucrats una sèrie de passos: Es creu que el metà reacciona en primer lloc amb l'oxigen per formar formaldehid (HCHO or H₂CO). Tot seguit el formaldehid es descomposa en el radical formil, el qual a continuació dóna monòxid de carboni i hidrogen. Aquest procés es conegut en el seu conjunt com piròlisi oxidativa.

CH₄ + O₂ → CO + H₂ + H₂O

Seguint la pirolisis oxidativa, l'H₂ s'oxida formant H₂O, reomplint les especies actives i desprenent calor. Aquest procés es molt ràpid, sent la seva durada habitual inferior a un milisegon.

2H₂ + O₂ →2H₂O

Finalment el CO s'oxida, formant CO₂ i alliberant més calor. Aquest procés es generalment més lent que la resta de passos, i requereix uns quants milisegons per produir-se.

2CO + O₂ →2CO₂

edita Reformació

La força de l'enllaç covalent carboni-hidrogen es troba entre els més forts de tots els hidrocarburs, i per tant el seu us com a matèria primera és limitat. Malgrat la alta energia d'activació per trencar l'enllaç C-H , el metà es encara el principal material de partida per fabricar hidrogen mitjançant reformació amb vapor. La recerca de catalitzadors que puguin facilitar l'activació de l'enllaç C-H en el metà i altres alcans lleugers es un àrea d'investigació de gran importància industrial.

edita Halogenació

El metà reacciona amb els halogens sota condicions adequades. La reacció te lloc de la següent manera.

CH₄ + X₂ → CH₃X + HX

A on X es un halogen: fluor(F), Clor (Cl), Brom (Br) i a vegades Iode (I). El mecanisme d'aquesta reacció es el d'halogenació per radicals lliures.

edita Usos

edita Combustible

Per a mes informació de l'ús del metà com a combustible, consulteu: gas natural.

El metà és important per a la generació elèctrica ja que s'empra com a combustible en les turbines de gas o en els generadors de vapor. En comparació amb altres hidrocarburs, la combustió del metà produeix menys diòxid de carboni per cada unitat de calor produïda.^{cal citació} Si bé el seu calor de combustió,d'uns 802 kJ/mol, és el més petit de tots els hidrocarburs, si es divideix per la seva massa molecular (16 g/mol) es troba que el metà, el més simple dels hidrocarburs, produeix més quantitat de calor per unitat de massa que altres hidrocarburs més complexos. En moltes ciutats, el metà es transporta en canonades fins a les cases per a ser emprat com a combustible per a la calefacció i per cuinar. En aquest context se l'anomena gas natural. Un peu cúbic de metà produeix aproximadament 1.000 BTU (1.06 MJ = 293 W.hr d'energia)^{cal citació}

edita Usos industrials

El metà és emprat en processos químics industrials i pot ser transportat com a líquid refrigerat (gas natural liquat, or GNL ). Mentre que les fuites d'un contenidor refrigerat són inicialment més pesants que l'aire degut a l'alta densitat del gas fred, a temperatura ambient el gas es més lleuger que l'aire. Els gasoductes transporten grans quantitats de gas natural, del qual el metà es el principal component. A la industria química, el metà es la matèria primera elegida per a la producció d'hidrogen, metanol, àcid acètic i anhidre acètic. Quan s'empra per a produir qualsevol d'aquests productes químics, el metà es transforma primer en gas de síntesi, una barreja de monòxid de carboni i hidrogen, mitjançant reformació per vapor. En aquest procés, el metà i el vapor reaccionen amb l'ajuda d'un catalitzador de níquel a altes temperatures (700 -1100ºC)

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

La proporció de monòxid de carboni en front de l'hidrogen pot ser ajustada mitjançant la reacció de desplaçament de gas d'aigua al valor desitjat.

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Altres productes químics menys importants derivats del metà inclouen l'acetilè obtingut fent passar metà a traves d'un arc elèctric, i els clorometans (clorometà, diclorometà, cloroform, y tetraclorur de carboni), produïts per mitjà de la recció del metà amb gas de clor. Tanmateix, l'ús d'aquests productes està disminuint, l'acetilè essent reemplaçat per substituts més econòmics i els clorometans degut a motius de salut i mediambientals.

edita Fonts Metà

edita Fonts naturals

La major font de metà es la seva extracció dels dipòsits geològics coneguts com camps de gas natural. Es troba associat a altres hidrocarburs combustibles i a vegades acompanyat per heli i nitrogen. El gas, especialment el situat en formacions poc profundes (baixa pressió), es forma per la descomposició anaeròbica de la matèria orgànica i la resta es creu que prové de la lenta desgasificació del materials primordials situats a les parts més profundes del planeta, tal como demostra la presencia de fins a un 7 % d'heli en certs jaciments de gas natural. En termes generals, els dipòsits de gas es generen en sediments enterrats a major profunditat i més altes temperatures que els que donen lloc al petroli. També es pot extreure metà dels dipòsits de carbó (CMB són les seves sigles en anglès) mitjançant la perforació de pous en les capes de carbó, bombejant a continuació l'aigua de la veta per produir una despressurització la qual cosa permet la desabsorció del metà i la seva pujada pel pou fins a la superfície. Amb aquesta tècnica es produeix el 7 % del gas natural dels Estats Units, si bé pot haver-hi problemes mediambientals degut a la baixada del nivell dels aqüífers i a la presència de contaminants en l'aigua extreta. Els hidrats de metà, o clatrats (combinacions de gel i metà en el fons marí) són una futura font potencial de metà, si bé fins ara no existeix cap explotació comercial de la mateixa.

edita Fonts alternatives

A més dels camps de gas natural una forma alternativa per obtenir metà es mitjançant el biogàs generat per la fermentació de la matèria orgànica que es troba en els fems, en els llots de les aigües residuals, en la brossa domestica, o qualsevol altre matèria primera biodegradable, sota condicions anaeròbiques. El metà també es por obtenir industrialment emprant com a matèries primeres l'hidrogen (el qual es pot obtenir mitjançant electròlisi) i el diòxid de carboni mitjançant el procés Sabatier.

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

edita Metà a l'atmosfera de la Terra

Gràfic concentració metà

El metà es un gas d'hivernacle molt important a l'atmosfera de la Terra amb un potencial d'escalfament de 23 sobre un període de 100 anys. Això implica que l'emissió d'una tona de meta tindrà 23 vegades l'impacte de l'emissió d'una tona de diòxid de carboni durant els següents cent anys. El metà te un gran efecte per un breu període (aproximadament 10 anys), mentre que el diòxid de carboni te un petit efecte per un període perllongat (sobre els 100 anys). Degut a aquesta diferencia en l'efecte i el període, el potencial d'escalfament global del metà en un termini de 20 anys es de 63. La concentració de metà s'ha incrementat un 150 % des de 1750 i es responsable del 20 % del forçant radiatiu total de tots els gasos hivernacles de llarga vida i distribució global.^[2] La concentració mitjana de metà en la superfície de la terra l'any 1998 era de 1.745 ppmm.^[3] La seva concentració és mes alta a l'hemisferi nord perquè la majoria de les fonts (naturals i antropogèniques) són més grans en aquell hemisferi. Les concentracions varien estacionalment amb un mínim a finals de l'estiu.

El metà es forma prop de la superfície, i es transportat a l'estratosfera per l'aire ascendent dels tròpics. L'augment incontrolat de metà a l'atmosfera de la Terra es controlat naturalment —encara que la influencia humana pot interferir en aquesta regulació — per la reacció del metà amb el radical hidroxil, una molècula formada per la reacció de l'oxigen atòmic amb l'aigua.

Al principi de l'historia de la Terra — aproximadament fa 3.500 milions d'anys— hi havia 1.000 vegades més metà a l'atmosfera que a l'actualitat. El metà primordial va ésser alliberat per l'activitat volcànica. Va ser durant aquesta època quan va aparèixer la vida a la Terra. Entre les primeres formes de vida es trobaven bacteris metanògenes que mitjançant l'hidrogen i el diòxid de carboni generaven metà i aigua.

L'oxigen no va ser un component majoritari de l'atmosfera fins que els organismes fotosintètics aparegueren més tard en l'historia de la Terra. Sense oxigen el meta podia romandre a l'atmosfera més temps i a més altres concentracions que en les actuals condicions.

edita Emissions de metà

Houweling i cols. (1999) donen els següents valors per a les emissions de metà (Tg/a=teragrams per any):^[3]

Concentracions mitjanes de metà globals (NOAA)

Gairebé la meitat de l'emissió total es deguda a l'activitat humana.^[2] Les plantes (p. ex. els boscs) han sigut recentment identificades com una important font de metà. Un article recent ha calculat unes emissions anuals de 62-236 milions de tones i que aquesta nova font pot tenir implicacions importants.^[4][5] Tanmateix, els autors també senyalen que els seus descobriments són preliminars respecte a la importància exacta d'aquesta emissió de metà.^[6] Les mesures a llarg termini del metà per la NOAA mostren que l'augment de metà a l'atmosfera ha disminuït de manera dràstica, desprès de gairebé triplicar-se des de l'època preindustrial. [1]Es creu que aquesta reducció es deu a la disminució de les emissions industrials i a la sequera en les zones d'aiguamolls.

edita Alliberament sobtat dels clatrats de metà

A altes pressions com les que es troben al fons de l'oceà, el metà forma un clatrat sòlid amb l'aigua, conegut com hidrat de metà. La quantitat de metà que es troba atrapada amb aquesta forma en els sediments oceànics és desconeguda però possiblement sigui molt gran, de l'ordre del bilió de tones. La hipòtesi del "fusell de clatrats" es una teoria que suggereix que si l'escalfament global produeix un augment de la temperatura suficient d'aquests dipòsits, tot aquest metà es podria alliberar sobtadament a l'atmosfera. Degut a que el metà es vint-i-tres vegades més potent (per al mateix pes, en un període de 100 anys) que el diòxid de carboni com a gas hivernacle, s'amplificaria de manera immensa l'efecte hivernacle, escalfant la Terra fins a nivells imprecedents. Aquesta teoria serviria també per explicar la causa de esdeveniments de ràpid escalfament global en el passat llunya de la Terra, com el màxim tèrmic del Paleocè-Eocè de fa 55 milions d'anys.

edita Emissió de metà des de torberes

Encara que menys dramàtiques que les dels clatrats, però ja produint-se, és un augment en les emissions de metà per part de les torberes mentre el pergelisòl es fon. Encara que els registres del pergelisòl són limitats, en anys recents (1999 i 2001) s'han batut els rècords de desgel al pergelisòl a Alaska i Sibèria. Les mesures recents a Sibèria també mostren que el metà alliberat és cinc vegades més gran que les estimacions prèvies^[7].

edita Mecanismes d'eliminació

El principal mecanisme d'eliminació de metà de l'atmosfera es mitjançant la reacció amb el radical hidroxil, el qual es forma pel bombardeig dels raigs còsmics sobre les molècules de vapor d'aigua.

CH₄ + ·OH → ·CH₃ + H₂O

Aquesta reacció a la troposfera dona al metà una vida de 9,6 anys. Dos embornals més són el sòl (160 anys de vida) i la pèrdua estratosfèrica per la reacció amb les especies químiques ·OH, Cl i O(¹D) a l'estratosfera (120 anys vida), donant lloc a a una vida neta de 8,4 anys.^[3]

edita Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Metà