Zemní plyn: vzorec. Chemický vzorec plynu. Všechny druhy zemního plynu

Dnes je známo mnoho různých plynů. Některé z nich člověk obdrží laboratoří, z chemikálií, některé se tvoří jako výsledek reakcí jako vedlejších produktů. A jaké plyny se narodily v přírodě? Hlavní plyny přírodního původu jsou čtyři:

• Zemní plyn, jehož vzorec CH₄;
• dusík, N₂;
• vodík, H₂;
• Oxid uhličitý, CO₂.

Samozřejmě existují i ​​jiné - kyslík, sirovodík, amoniak, inertních plynů, oxid uhelnatý. Výše uvedené jsou však pro lidi prakticky významné a používají je k různým účelům, včetně jako palivo.

Co je zemní plyn?

Přírodní je druh plynu, který nám příroda dává. To znamená ten, jehož obsah v útrobách Země je mnohem vyšší a větší než množství, které v průmyslu získává v důsledku chemických reakcí.

Je obvyklé zavolat methan zemního plynu, ale to tak není. Pokud zvážíme složení takového plynu frakcí, můžeme vidět jeho složení:

• methan (až 96%);
• ethan;
• propan;
• butan;
• vodík;
• Oxid uhličitý;
• dusík;
• Sírovodík (malé, stopové množství).

Zdá se tedy, že zemní plyn je směs několika plyny přírodního původu.

Přírodní plyn: Vzorec

Z chemického hlediska je zemní plyn směs jednoduchých lineárních uhlovodíků - metanu, ethanu, propanu a butanu. Ale vzhledem k tomu, že větší objem je stále methan, je běžnou praxí vyjádřit obecný vzorec zemního plynu formulací přímo metanem. Takže se ukazuje, že chemický vzorec zemního plynu metan-CH₄.

Zbývající komponenty mají v chemii následující empirické vzorce:

• ethan-C₂H_6.;
• propan - C₃H_8.;
• Butan-C₄H₁₀;
• Oxid uhličitý - CO₂;
• dusík-N₂;
• vodík-H₂;
• sirovodík - H₂S.

Směs těchto látek je zemní plyn. Vzorec jeho hlavní metanové sloučeniny ukazuje, že obsah uhlíku v ní je velmi malý. To ovlivňuje jeho fyzikální vlastnosti, například schopnost hořet s bezbarvým, zcela nekuřáckým plamenem. Zatímco jiní jeho zástupci homologní série (série omezující uhlovodíky nebo alkány) při spalování tvoří černý kouřový plamen.

Bytí v přírodě

V přírodě se tento plyn nachází hluboko v podzemí pod hustými a hustými vrstvami sedimentárních hornin. Existují dvě hlavní teorie o původu zemního plynu v přírodě.

1. Teorie tektonických pohybů hornin. Zástupci této teorie se domnívají, že uhlovodíky jsou obsaženy ve vnitřním prostoru země a stále rostou v důsledku tektonických pohybů a kontrakcí nahoru. Nahoře, vysoký tlak a měnící se teplota je transformují v důsledku chemických reakcí do dvou přírodních minerálů - ropy a plynu.
2. Biogenní teorie hovoří o jiné metodě, která vedla k tvorbě zemního plynu. Jeho vzorec odráží kvalitativní složení - uhlík a vodík, což naznačuje, že jeho formování navštěvovaly živé organické bytosti, jejichž těla byla většinou postavena z těchto prvků, stejně jako všechny živé věci na naší planetě, které existují až dosud. S časem se mrtvé zbytky živočichů a rostlin snižovaly až k oceánské podlaze, kde nebyl žádný kyslík nebo bakterie schopné rozkládat a zpracovávat tuto organickou hmotu. V důsledku anaerobní oxidace se biomasa rozpadla a po dva miliony let vznikly dva zdroje minerálů - ropa a plyn. Současně je základem obou je stejný - to jsou uhlovodíky a částečně nízkomolekulární látky. Chemický vzorec plynu a oleje to dokazuje. Ovšem pod vlivem různých podmínek se vytvářejí různé produkty: vysoký tlak a teplota - plyn, nízké ukazatele - olej.

K dnešnímu dni jsou hlavními ložisky a zásobami plynu země jako Rusko, Spojené státy, Kanada, Írán, Norsko a Nizozemsko.

Podle souhrnného stavu nemůže být zemní plyn vždy obsažen pouze ve stavu plynu. Existuje několik možností kondenzace:

1. Plyn se rozpouští v molekulách oleje.
2. Plyn se rozpouští ve vodních molekulách.
3. Plyn tvoří hydráty pevného plynu.
4. Za normálních podmínek je plynná sloučenina.

Každý z těchto států má svůj vlastní vklad a je velmi cenný pro lidi.

Získání v laboratoři a průmyslu

Kromě přírodních míst tvorby plynu existuje řada způsobů, jak se dostat do laboratoře. Tyto metody se však jistě používají pouze pro malé části produktu, neboť není účelné ekonomicky realizovat syntézu zemního plynu v laboratoři.

Laboratorní metody:

1. Hydrolýza nízkomolekulárních sloučenin - karbid hliníku: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Z octanu sodného v přítomnosti alkálie: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Ze syntézního plynu: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Jednoduché látky - vodík a uhlík - při zvýšené teplotě a tlaku.

Chemický vzorec zemního plynu se odráží metanovým vzorcem, tedy všemi reakce charakteristické pro alkány jsou charakteristické a pro daný plyn.

V průmyslu je metan extrahován z přírodních ložisek a dále zpracováván frakcemi. Také potřebný plyn musí být vyčištěn. Koneckonců vzorec methanového zemního plynu ukazuje pouze část těch složek, které obsahuje. A pro použití v každodenním životě potřebujete čistý plyn, který neobsahuje jiné látky kromě methanu. Oddělené ethan, propan, butan a další plyny také najdou široké uplatnění.

Fyzikální vlastnosti

Vzorec plynu dává představu o tom, jaké fyzikální vlastnosti by měl mít. Zvažme, jaké jsou tyto charakteristiky.

1. Bezbarvá látka, která nemá zápach.
2. Přibližná hustota se pohybuje v rozmezí 0,7-1 kg / m^3.
3. Teplota spalování 650⁰C.
4. Téměř dvakrát tak lehčí než vzduch.
5. Teplo uvolněné spálením jednoho kubického metru plynu činí 46 milionů Joule.
6. Ve vysokých koncentracích (nad 15%) ve vzduchu je plyn velmi výbušný.
7. Při použití jako palivo vykazuje oktanové číslo 130.

Čistý plyn se získává pouze po průchodu přes speciální čistírny (instalace), které jsou postaveny na místě těžby nerostných surovin.

Aplikace

Existuje několik hlavních oblastí využití zemního plynu. Vedle své hlavní složky je plynový vzorec, z něhož CH₄, Používají se také všechny ostatní složky směsi.

1. Bytová sféra života lidí. To zahrnuje plyn pro vaření, topení obytných budov, palivo pro kotelny a tak dále. K plynu používanému pro vaření přidávejte speciální látky patřící do skupiny merkaptanů. To se děje tak, že v případě potrubí nebo jiného vynechání plynu lidé mohou cítit a působit. Směs domácího plynu (směs propanu a butanu) je při vysokých koncentracích extrémně výbušná. Mercaptany také způsobují, že zemní plyn je nepříjemný. Jejich vzorec obsahuje prvky jako síru a fosfor, které jim dávají tuto specifičnost.

2. Chemická výroba. V této oblasti je jednou z hlavních počátečních látek pro mnoho reakcí na získání důležitých sloučenin zemní plyn, jehož vzorec ukazuje, ve kterých syntézách se může účastnit:

• základ pro výrobu plastů, které jsou nejběžnějším moderním materiálem pro téměř všechny průmyslové odvětví;
• suroviny při syntéze ethanu, kyanovodíku a amoniaku. Výrobky samotné pokračují v výrobě mnoha syntetických vláken a tkanin, hnojiv a ohřívačů ve stavebnictví v budoucnu;
• kaučuk, methanol, organické kyseliny - jsou tvořeny z methanu a dalších látek. Najdou žádost prakticky ve všech sférách lidského života;
• polyethylen a mnoho dalších syntetických látek získaných díky metanu.

3. Používejte jako palivo. A pro všechny druhy lidské činnosti, od plnění vhodného typu stolních lamp a před provozem tepelných elektráren. Tento druh paliva je považován za ekologicky šetrný a účelný vůči všem alternativním metodám. Během spalování však metan vytváří oxid uhličitý, stejně jako všechny ostatní organické látky. A je známo, že způsobuje skleníkový efekt Země. Proto jsou lidé konfrontováni s úkolem najít ještě čistší a kvalitativní zdroj tepelné energie.

Zatím jsou to všechny hlavní zdroje, které využívají zemní plyn. Jeho vzorec, pokud vezmeme všechny složité složky, ukazuje, že je to prakticky obnovitelný zdroj, na to je zapotřebí jen velmi dlouhá doba. Naše země se zásobami plynu je nesmírně šťastná, protože takové množství přírodních fosilních látek stačí mnoho stovek let nejen pro samotné Rusko, ale také pro mnoho zemí světa prostřednictvím exportu.

Dusík

Je nedílnou součástí ropných a plynových polí. Navíc tento plyn zaujímá většinu objemu ve vzduchu (78%) a také se vyskytuje jako přírodní sloučeniny dusičnanů v litosféře.

Jako jednoduchá látka prakticky nepoužívá dusík živé organismy. Jeho vzorec má tvar N₂, nebo z hlediska chemických vazeb Nequiv-N. Přítomnost takové silné vazby indikuje vysokou stabilitu a chemickou inertnost molekuly za normálních podmínek. To vysvětluje možnost existence velkého množství tohoto plynu ve volné formě v atmosféře.

Ve formě jednoduché látky může být dusík fixován speciálními organismy - uzlovými bakteriemi. Poté se zpracují do vhodnější formy pro tento plyn a tak provádějí minerální výživu kořenových rostlinných systémů.

Existuje několik základních sloučenin, jejichž forma je v přírodě dusíkem. Jejich vzorec je následující:

• oxidy - NO_2, N₂O, N₂O_5-
• kyseliny - dusíkaté HNO₂ a dusičnanem HNO₃ (vytvořené v bleskových výbojích z oxidů ve vzduchu);
• Nitrát - KNO₃, NaNO₃ a tak dále.

Člověk používá dusík nejen ve formě plynu, ale také v kapalném stavu. Má schopnost přejít do kapalného stavu při teplotě pod -170 ° C⁰C, která umožňuje jeho použití k zmrazení rostlinných a živočišných tkání, mnoha materiálů. To je důvod, proč se v medicíně široce používá tekutý dusík.

Také dusík je základem pro získání jednoho ze svých hlavních spojů - amoniaku. Výroba množství látky, jako je široce používán v průmyslu a domácnosti (příprava kaučuky, barviva, plasty, syntetická vlákna, organické kyseliny, tvorbu barvy, výbušniny a tak dále).

Oxid uhličitý

Jaký je vzorec látky? Oxid uhličitý je zaznamenán jako CO₂. Vazba v molekule je kovalentní slabě polární, dvojité silné chemické síly mezi uhlíkem a kyslíkem. To indikuje stabilitu a inertnost molekuly za běžných podmínek. Tento fakt je potvrzen svobodnou existencí oxidu uhličitého v atmosféře Země.

Tento materiál je složkou zemního plynu a ropy, a také hromadí v horních vrstvách atmosféry planety, což způsobuje tzv skleníkový efekt.

Obrovské množství oxidu uhličitého je způsobeno spalováním jakéhokoli druhu organického paliva. Zda uhlí, dřevo, plyn nebo jiná paliva, úplné spalování vede k tvorbě vody a této látky.

Proto se ukazuje, že jeho akumulace v atmosféře je nevyhnutelná. Důležitým úkolem moderní společnosti je proto hledání alternativního paliva, které poskytuje minimální skleníkový efekt.

Vodík

Další náhodná sloučenina, která se vyskytuje ve složení přírodních minerálů - to je vodík. Plyn, jehož vzorec je H₂. Nejlehčí látka ze všech dosud známých.

Díky svým zvláštním vlastnostem zaujímá v periodické tabulce dvě pozice - mezi alkalickými kovy a halogeny. Má jeden elektron, je schopen dát (vlastnosti kovu, redukovat) a brát (nekovové vlastnosti, oxidující).

Hlavní oblastí použití je palivo šetrné k životnímu prostředí, pro které vědci vidí budoucnost. Příčiny:

• neomezené množství zásob tohoto plynu;
• tvorba pouze vody v důsledku spalování.

Plná technologie rozvoje vodíku jako zdroje energie však vyžaduje dokončení mnoha dalších nuancí.

Vzorce pro výpočet hmotnosti, hustoty a objemu plynů

Ve fyzice a chemii se používá několik základních metod pro výpočet plynů. Takže například pokud mluvíme o jednom z nejzákladnějších parametrů, jako je hmotnost plynu, bude vzorec pro výpočet následující:

m = V * þ, kde þ je hustota hmoty a V je její objem.

Například, pokud potřebujeme vypočítat hmotnost zemního plynu o 1 m3 za normálních podmínek, pak ve srovnávacím materiálu použijeme standardní průměrnou hodnotu jeho hustoty. To bude rovno 0,68 kg / m³. Nyní, když známe objem a hustotu plynu, vzorec pro výpočet zcela splňuje požadavky. Pak:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 m³ = 0,68 kg, protože se redukují krychlometry.

Vzorec objemu plynu se na druhé straně skládá z indexů hmotnosti a hustoty. To znamená, že můžeme tuto hodnotu vyjádřit z výše uvedené konfigurace:

V = m / þ, pak za standardních podmínek bude objem 2 kg metanu: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Také ve složitějších případech (když jsou podmínky nestandardní) k výpočtu hmotnosti a objemu plynů, použitý Mendělejev-Clapeyronova rovnice, která má tvar:

p * V = m / M * R * T, kde p - tlak plynu, V - její objem, m a M - hmotnost a molární hmotnost, v tomto pořadí, R - univerzální plynová konstanta rovná 8.314, T - teplota ve stupních Kelvina.

Tento objem plynu vzorec produkuje odhady velmi blízké hodnotě ideálního plynu, který existuje čistě hypotetická a používá se k abstraktních pojmů při řešení problémů ve fyzice a chemii. Můžete také vypočítat hlasitost pomocí rovnice Boyle-Mariotte, která vypadá takto:

V = p_Pane* V_Pane* T / p * T_Pane , kde hodnoty s indexem n jsou hodnoty za normálních standardních podmínek.

Aby byl výpočet co nejpřesnější a v souladu se skutečností, je třeba brát v úvahu tento parametr jako hustota plynu. Vzorec pro výpočet tohoto parametru je stále kontroverzním problémem. Obvykle se používá nejběžnější jednoduchý, který vypadá jako:

þ = m₀ * n, kde m₀ - hmotnost molekuly (kg) a n - koncentrace, měrná jednotka - 1 / m³.

V řadě případů je však nutné použít jiné, složitější a úplnější výpočty s několika proměnnými, aby se dosáhlo přesného a blízkého ideálního výsledku.