Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метан ( США : / м ɛ & thetas ; eɪ п / или Великобритании : / м я & thetas ; eɪ п / ) представляет собой химическое соединение с химической формулой CH 4 (один атом углерода и четыре атома водорода ). Это гидрид группы 14 и простейший алкан , который является основным компонентом природного газа . Относительное обилие метана на Земле делает его экономически привлекательным топливом., хотя его улавливание и хранение создает технические проблемы из-за его газообразного состояния при нормальных условиях температуры и давления .

Встречающийся в природе метан находится как под землей, так и под дном моря , и образуется в результате как геологических, так и биологических процессов. Самый большой резервуар метана находится под морским дном в виде клатратов метана . Когда метан достигает поверхности и атмосферы , он известен как атмосферный метан . [9] Концентрация метана в атмосфере Земли с 1750 г. увеличилась примерно на 150%, и на нее приходится 20% общего радиационного воздействия от всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов . [10] Метан также был обнаружен на других планетах, включая Марс., который имеет значение для астробиологических исследований. [11]

Свойства и связь [ править ]

Метан является тетраэдрической молекулы с четырьмя эквивалентными С-Н - связей . Ее электронная структура описывается с помощью четырех связывающих молекулярных орбиталей (MOS) в результате перекрытия валентных орбиталей на C и H . МО с наименьшей энергией является результатом перекрытия 2s-орбитали на углероде с синфазной комбинацией 1s-орбиталей на четырех атомах водорода. Выше этого энергетического уровня находится тройной вырожденный набор МО, который включает перекрытие 2p-орбиталей на углероде с различными линейными комбинациями 1s-орбиталей на водороде. Полученная схема соединения «три на один» согласуется с измерениями фотоэлектронной спектроскопии.

При комнатной температуре и стандартном давлении метан представляет собой бесцветный газ без запаха. [12] Знакомый запах природного газа, который используется в домах, достигается добавлением одоранта , обычно смесей, содержащих трет-бутилтиол , в качестве меры безопасности. Метан имеет температуру кипения -161,5  ° C при давлении в одну атмосферу . [3] Как газ, он легко воспламеняется в диапазоне концентраций (5,4–17%) в воздухе при стандартном давлении .

Твердый метан существует в нескольких модификациях . В настоящее время известно девять. [13] Охлаждение метана при нормальном давлении приводит к образованию метана I. Это вещество кристаллизуется в кубической системе ( пространственная группа Fm 3 m). Положение атомов водорода в метане I не фиксировано, т.е. молекулы метана могут свободно вращаться. Следовательно, это пластиковый кристалл . [14]

Химические реакции [ править ]

Первичные химические реакции метана - это горение , паровая конверсия в синтез-газ и галогенирование . В общем, реакции с метаном трудно контролировать.

Селективное окисление [ править ]

Частичное окисление метана до метанола является сложной задачей, поскольку реакция обычно доходит до диоксида углерода и воды даже при недостаточном поступлении кислорода . Фермент метанмонооксигеназа производит метанол из метана, но не может быть использована для промышленных масштабов реакций. [15] Были разработаны некоторые системы с гомогенным катализом и гетерогенные системы, но все они имеют существенные недостатки. Обычно они работают, производя защищенные продукты, которые защищены от чрезмерного окисления. Примеры включают систему Catalytica , медные цеолиты.и железные цеолиты, стабилизирующие альфа-кислородный активный центр. [16]

Одна группа бактерий вызывает окисление метана нитритом в качестве окислителя в отсутствие кислорода , вызывая так называемое анаэробное окисление метана . [17]

Кислотно-основные реакции [ править ]

Как и другие углеводороды , метан - очень слабая кислота . Его pK a в ДМСО оценивается в 56. [18] Он не может быть депротонирован в растворе, но конъюгированное основание известно в таких формах, как метиллитий .

Было обнаружено множество положительных ионов, полученных из метана, в основном как нестабильные частицы в газовых смесях низкого давления. К ним относятся метений или метильный катион CH+
3
, катион метана CH+
4
, а метан или протонированный метан CH+
5
. Некоторые из них были обнаружены в космосе . Метан также может быть получен в виде разбавленных растворов из метана с суперкислотами . Катионы с более высоким зарядом, такие как CH2+
6
и CH3+
7
, были изучены теоретически и предположительно устойчивы. [19]

Несмотря на прочность связей C – H, существует большой интерес к катализаторам, которые способствуют активации связи C – H в метане (и других алканах с более низкими номерами ). [20]

Сжигание [ править ]

Пузырьки метана можно сжечь мокрой рукой без травм.

Теплота сгорания метана составляет 55,5 МДж / кг. [21] Сжигание метана представляет собой многостадийную реакцию, резюмируемую следующим образом:

СН 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 Н 2 О ( Δ Н = -891 к Дж / моль , при стандартных условиях)

Четырехступенчатая химия Петерса - это систематически сокращенная четырехступенчатая химия, объясняющая горение метана.

Метановые радикальные реакции [ править ]

В соответствующих условиях метан реагирует с радикалами галогена следующим образом:

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

где X представляет собой галоген : фтор (F), хлор (Cl), бром (Br) или йод (I). Этот механизм этого процесса называется свободнорадикальным галогенированием . Он инициируется, когда ультрафиолетовый свет или другой радикальный инициатор (например, пероксиды ) образует атом галогена . Происходит двухступенчатая цепная реакция, в которой атом галогена отрывает атом водорода от молекулы метана, в результате чего образуются молекула галогенида водорода и метильный радикал (CH 3•). Затем метильный радикал взаимодействует с молекулой галогена с образованием молекулы галогенметана с новым атомом галогена в качестве побочного продукта. [22] Подобные реакции могут происходить с галогенированным продуктом, приводя к замене дополнительных атомов водорода атомами галогена на дигалогенметан , тригалогенметан и, в конечном итоге, тетрагалогенметановые структуры, в зависимости от условий реакции и соотношения галогена и метана.

Использует [ редактировать ]

Метан используется в промышленных химических процессах и может транспортироваться в виде охлажденной жидкости (сжиженный природный газ или СПГ ). В то время как утечки из контейнера с охлаждаемой жидкостью изначально тяжелее воздуха из-за повышенной плотности холодного газа, газ при температуре окружающей среды легче воздуха. По газопроводам перекачивается большое количество природного газа, основным компонентом которого является метан.

Топливо [ править ]

Метан используется в качестве топлива для печей, домов, водонагревателей, печей, автомобилей, [23] [24] турбин и других вещей. Активированный уголь используется для хранения метана. Рафинированный жидкий метан будет использоваться в качестве более ракетного топлива , [25] , когда в сочетании с жидким кислородом , как и в BE-4 и Raptor двигателей. [26]

Как основной компонент природного газа , метан важен для производства электроэнергии , сжигая его в качестве топлива в газовой турбине или парогенераторе . По сравнению с другими видами углеводородного топлива , метан производит меньше углекислого газа на каждую единицу выделяемого тепла. Приблизительно 891 кДж / моль теплота сгорания метана ниже, чем у любого другого углеводорода. Однако он производит больше тепла на массу (55,7 кДж / г), чем любая другая органическая молекула из-за относительно большого содержания водорода, на который приходится 55% теплоты сгорания [27].но составляет только 25% молекулярной массы метана. Во многих городах метан подается по трубам в дома для отопления и приготовления пищи. В этом контексте он обычно известен как природный газ , который, как считается, имеет энергосодержание 39 мегаджоулей на кубический метр или 1000 БТЕ на стандартный кубический фут . Сжиженный природный газ (СПГ) - это преимущественно метан (CH 4 ), преобразованный в жидкую форму для облегчения хранения или транспортировки.

В качестве ракетного топлива метан имеет преимущество перед керосином в том, что он производит небольшие молекулы выхлопных газов. Благодаря этому на внутренних частях ракетных двигателей остается меньше сажи , что снижает трудность повторного использования ускорителя. Более низкая молекулярная масса выхлопа также увеличивает долю тепловой энергии, которая находится в форме кинетической энергии, доступной для движения, увеличивая удельный импульс ракеты. Жидкий метан также имеет диапазон температур (91–112 К), почти совместимый с жидким кислородом (54–90 К).

Химическое сырье [ править ]

Природный газ , который в основном состоит из метана, используется для производства газообразного водорода в промышленных масштабах. Паровой риформинг метана (SMR), или просто известный как паровой риформинг, является наиболее распространенным методом производства товарного газообразного водорода. Ежегодно во всем мире (2013 г.) добывается более 50 миллионов метрических тонн, в основном из SMR природного газа. [28] Большая часть этого водорода используется на нефтеперерабатывающих заводах , в производстве химикатов и в пищевой промышленности. В промышленном синтезе аммиака используется очень большое количество водорода .

При высоких температурах (700–1100 ° C) и в присутствии катализатора на основе металла ( никель ) пар реагирует с метаном с образованием смеси CO и H 2 , известной как «водяной газ» или « синтез-газ »:

СН 4 + Н 2 О ⇌ СО + 3 Н 2

Эта реакция является сильно эндотермической (расходуется тепло, Δ H r = 206 кДж / моль). Дополнительный водород получают реакцией CO с водой посредством реакции конверсии водяного газа :

CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2

Эта реакция является слегка экзотермической (производит тепло, Δ Н г = -41 кДж / моль).

Метан также подвергается свободнорадикальному хлорированию при производстве хлорметанов, хотя метанол является более типичным предшественником. [29]

Поколение [ править ]

Геологические маршруты [ править ]

Двумя основными путями геологического образования метана являются: (i) органический (генерируемый термически или термогенный) и (ii) неорганический ( абиотический ). [11] Термогенный метан возникает из-за разрушения органических веществ при повышенных температурах и давлениях в глубоких осадочных толщах . Большая часть метана в осадочных бассейнах термогенная; Следовательно, термогенный метан является наиболее важным источником природного газа. Компоненты термогенного метана обычно считаются реликтовыми (более ранними). Как правило, образование термогенного метана (на глубине) может происходить в результате разрушения органических веществ или органического синтеза. Оба пути могут вовлекать микроорганизмы ( метаногенез), но может встречаться и неорганически. Соответствующие процессы также могут потреблять метан с микроорганизмами и без них.

Более важный источник метана на глубине (кристаллическая порода) - абиотический. Абиотический означает, что метан создается из неорганических соединений без биологической активности либо в результате магматических процессов, либо в результате реакций вода-порода, которые происходят при низких температурах и давлениях, таких как серпентинизация . [30] [31]

Биологические маршруты [ править ]

Большая часть метана Земли является биогенной и производятся метаногенезом , [32] [33] форма анаэробного дыхания , известного только проводиться некоторыми членами домена Archaea . [34] Метаногены населяют свалки и другие почвы, [35] жвачных животных (например, коров или крупный рогатый скот ), [36] кишечник термитов, а также бескислородные отложения под морским дном и дном озер. Рисовые поля также выделяют большое количество метана во время роста растений. [37]Этот многоступенчатый процесс используется этими микроорганизмами для получения энергии. Чистая реакция метаногенеза:

СО 2 + 4 Н 2 → СН 4 + 2 Н 2 О

Заключительный этап процесса катализируется ферментом метилкофермент М редуктаза (MCR). [38]

Тестирование австралийских овец на производство выдыхаемого метана (2001 г.), CSIRO
Это изображение представляет жвачное животное, а точнее овцу, производящую метан на четырех стадиях гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза.

Жвачные животные [ править ]

Жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, отрыгивают метан, что составляет ~ 22% годовых выбросов метана в атмосферу в США. [39] Одно исследование показало, что сектор животноводства в целом (в основном крупный рогатый скот, куры и свиньи) производит 37% всего антропогенного метана. [40] Исследование 2013 года показало, что на домашний скот приходится 44% антропогенного метана и ~ 15% антропогенных выбросов парниковых газов. [41] В настоящее время предпринимаются многочисленные усилия по сокращению производства метана в животноводстве, такие как лечение и корректировка рациона [42], а также улавливание газа для использования в качестве энергии. [43]

Отложения морского дна [ править ]

Большая часть подпольного покрытия бескислородна, потому что кислород удаляется аэробными микроорганизмами в пределах первых нескольких сантиметров осадка. Ниже насыщенного кислородом морского дна метаногены производят метан, который либо используется другими организмами, либо попадает в ловушку газовых гидратов . [34] Эти другие организмы, которые используют метан для получения энергии, известны как метанотрофы (поедающие метан), и являются основной причиной того, что небольшое количество метана, образующегося на глубине, достигает поверхности моря. [34] Консорциумы архей и бактерий окисляют метан посредством анаэробного окисления метана (АОМ); организмы, ответственные за это, - анаэробные метанотрофные археи(ANME) и сульфатредуцирующие бактерии (SRB). [44]

Промышленные маршруты [ править ]

У нас мало стимулов для промышленного производства метана. Метан производится путем гидрирования углекислого газа в процессе Сабатье . Метан также является побочным продуктом гидрирования монооксида углерода в процессе Фишера-Тропша , который широко применяется на практике для получения молекул с более длинными цепями, чем метан.

Примером крупномасштабной газификации угля в метан является завод Great Plains Synfuels , запущенный в 1984 году в Беуле, Северная Дакота, как способ разработки обильных местных ресурсов низкосортного лигнита , ресурса, который иначе трудно транспортировать для его добычи. вес, зольность , низкая теплотворная способность и склонность к самовозгоранию при хранении и транспортировке.

Энергия для получения метана - это технология, которая использует электроэнергию для производства водорода из воды путем электролиза и использует реакцию Сабатье для объединения водорода с диоксидом углерода для производства метана. По состоянию на 2016 год он в основном находится в стадии разработки и не используется в больших масштабах. Теоретически этот процесс можно использовать в качестве буфера для избыточной и непиковой мощности, генерируемой сильно колеблющимися ветряными генераторами и солнечными батареями . Однако, поскольку в настоящее время на электростанциях (например, ПГУ ) используется очень большое количество природного газа для производства электроэнергии, потери в эффективности неприемлемы.

Лабораторный синтез [ править ]

Метан может быть получен путем протонирования из метиллитий или метильной Гриньяра , такие как метилмагнийхлорид . Его также можно приготовить из безводного ацетата натрия и сухого гидроксида натрия , смешать и нагреть до температуры выше 300 ° C (с карбонатом натрия в качестве побочного продукта). [ необходимая цитата ] На практике требование чистого метана может быть легко выполнено с помощью стальных газовых баллонов от стандартных поставщиков газа.

Возникновение [ править ]

Метан был обнаружен и выделен Алессандро Вольта между 1776 и 1778 годами при изучении болотного газа из озера Маджоре . Это основной компонент природного газа, около 87% по объему. Основным источником метана является добыча из геологических залежей, известных как месторождения природного газа , причем основным источником становится добыча газа из угольных пластов (см. Добыча метана из угольных пластов , метод извлечения метана из угольных месторождений, в то время как усиленное извлечение метана из угольных пластов является способ извлечения метана из недобываемых угольных пластов). Он связан с другими углеводородными видами топлива, а иногда сопровождаетсягелий и азот . Метан производится на уровне мелких (низкое давление) путем анаэробного распада из органического вещества и переработан метана из глубоко под поверхностью Земли. Как правило, отложения , генерирующие природный газ, залегают глубже и при более высоких температурах, чем отложения , содержащие нефть .

Метан обычно транспортируется наливом по трубопроводам в виде природного газа или танкерами для перевозки СПГ в сжиженном виде; немногие страны перевозят его грузовиками.

Атмосферный метан [ править ]

Эволюция концентрации метана с 1987 г. по сентябрь 2020 г. на Мауна-Лоа (Гавайи).

В 2010 году уровень метана в Арктике составлял 1850 нмоль / моль. Этот уровень более чем в два раза выше, чем когда-либо за последние 400 000 лет. Исторически сложившаяся концентрация метана в атмосфере мира колебалась от 300 до 400 нмоль / моль в ледниковые периоды, обычно известные как ледниковые периоды , и от 600 до 700 нмоль / моль в теплые межледниковые периоды. Океаны Земли являются потенциально важным источником метана в Арктике. [45]

Метан является важным парниковым газом с потенциалом глобального потепления 34 по сравнению с CO 2 (потенциал 1) за 100-летний период и 72 за 20-летний период. [46] [47]

Концентрация метана в атмосфере Земли увеличилась примерно на 150% с 1750 года, и на нее приходится 20% общего радиационного воздействия от всех долгоживущих и глобально смешанных парниковых газов (эти газы не включают водяной пар, который намного самая большая составляющая парникового эффекта ). [10]

С 2015 по 2019 год зафиксировано резкое повышение уровня атмосферного метана. [48] [49] В феврале 2020 года сообщалось, что выбросы метана от ископаемого топлива могли быть значительно недооценены. [50]

Изменение климата может повысить уровень метана в атмосфере за счет увеличения производства метана в естественных экосистемах, формируя обратную связь по изменению климата . [34] [51]

Клатраты [ править ]

Клатраты метана (также известные как гидраты метана) представляют собой твердые клетки из молекул воды, которые удерживают отдельные молекулы метана. Значительные резервуары клатратов метана были обнаружены в арктической вечной мерзлоте и на окраинах континентов под дном океана в зоне стабильности газовых клатратов , расположенных при высоких давлениях (от 1 до 100 МПа; нижний конец требует более низкой температуры) и низких температурах (<15 ° C. ; верхний конец требует более высокого давления). [52] Клатраты метана могут образовываться из биогенного метана, термогенного метана или их смеси. Эти отложения являются как потенциальным источником метанового топлива, так и потенциальным фактором глобального потепления. [53] [54]Глобальная масса углерода, хранящегося в газовых клатратах, все еще остается неопределенной и оценивается в 12 500 Гт углерода и всего в 500 Гт углерода. [55] Оценка со временем снизилась, и последняя оценка составляет ~ 1800 Гт углерода. [56] Большая часть этой неопределенности связана с недостатком наших знаний об источниках и стоках метана и распределении клатратов метана в глобальном масштабе. Например, относительно недавно обнаруженный источник метана был обнаружен на сверхмедленном спрединговом хребте в Арктике. [57] Некоторые климатические модели предполагают, что сегодняшний режим эмиссии метана со дна океана потенциально аналогичен режиму в период палеоцен-эоценового теплового максимума.( PETM ) около 55,5 миллионов лет назад, хотя нет данных, указывающих на то, что метан в результате диссоциации клатратов в настоящее время достигает атмосферы. [56] Выброс метана в Арктике из вечной мерзлоты и клатратов метана на морском дне является потенциальным следствием и дальнейшей причиной глобального потепления ; это известно как гипотеза клатратной пушки . [58] [59] [60] [61] Данные 2016 года показывают, что вечная мерзлота в Арктике тает быстрее, чем прогнозировалось. [62]

Внеземной метан [ править ]

Межзвездная среда [ править ]

Метан в изобилии во многих частях Солнечной системы и потенциально может быть собран на поверхности другого тела Солнечной системы (в частности, с использованием производства метана из местных материалов, найденных на Марсе [63] или Титане ), обеспечивая топливо для обратного пути. . [25] [64]

Марс [ править ]

Метан обнаружен на всех планетах Солнечной системы и на большинстве более крупных лун. [ необходима цитата ] Считается, что, за возможным исключением Марса , это произошло в результате абиотических процессов. [65] [66]

Метан (CH 4 ) на Марсе - потенциальные источники и поглотители

Любопытство ровера документально сезонные колебания атмосферного метана уровней на Марс. Эти колебания достигли пика в конце марсианского лета и составили 0,6 частей на миллиард. [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74]

Метан был предложен в качестве возможного ракетного топлива для будущих миссий на Марс отчасти из-за возможности его синтеза на планете путем использования ресурсов на месте . [75] Адаптация реакции метанирования Сабатье может быть использована со смешанным слоем катализатора и обратным сдвигом водяного газа в одном реакторе для производства метана из сырья, доступного на Марсе, с использованием воды из недр Марса и двуокиси углерода в марсианская атмосфера . [63]

Метан может быть произведен небиологическим процессом, называемым серпентинизацией [а], с участием воды, углекислого газа и минерального оливина , который, как известно, распространен на Марсе. [76]

История [ править ]

Алессандро Вольта

В ноябре 1776 года итальянский физик Алессандро Вольта впервые с помощью научных методов идентифицировал метан на болотах озера Маджоре, расположенного между Италией и Швейцарией . На поиски этого вещества Вольта был вдохновлен после прочтения статьи Бенджамина Франклина о «легковоспламеняющемся воздухе». [77] Вольта собрал газ, поднимающийся с болота, и к 1778 году выделил чистый газ. [78] Он также продемонстрировал, что газ можно зажечь с помощью электрической искры. [78]

Название «метан» было придумано в 1866 году немецким химиком Августом Вильгельмом фон Хофманном . [79] [80] Название произошло от метанола .

Этимология [ править ]

Этимологически слово « метан » образовано от химического суффикса « -ан », который обозначает вещества, принадлежащие к семейству алканов; и слово « метил », которое происходит от немецкого « метил » (1840 г.) или непосредственно от французского « méthyle », которое является обратным образованием от французского « méthylène » (соответствует английскому «methylene»), корень которого был придуман Жан-Батистом Дюма и Эженом Пелиго в 1834 году от греческого « мети » (родственный английскому «меду») и « хиле » (что означает «дерево»).Радикал назван так потому, что впервые был обнаружен в метаноле., спирт, впервые выделенный перегонкой древесины. Химический суффикс « -ane » происходит от координирующего химического суффикса « -ine », который происходит от латинского суффикса женского рода « -ina », который применяется для обозначения абстрактов. Согласование «-ан», «-ен», «-он» и т. Д. Было предложено в 1866 году немецким химиком Августом Вильгельмом фон Хофманном (1818–1892). [81]

Сокращения [ править ]

Аббревиатура CH 4 -C может означать массу углерода, содержащегося в массе метана, а масса метана всегда в 1,33 раза больше массы CH 4 -C. [82] [83] CH 4 -C также может означать отношение метан-углерод, которое составляет 1,33 по массе. [84] Метан в масштабах атмосферы обычно измеряется в тераграммах (Tg CH 4 ) или миллионах метрических тонн (MMT CH 4 ), что означает одно и то же. [85] Также используются другие стандартные единицы измерения, такие как наномоль (нмоль, одна миллиардная моля), моль (моль), килограмм и грамм .

Безопасность [ править ]

Метан нетоксичен , но он легко воспламеняется и может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Метан также является удушающим средством, если концентрация кислорода снижается до менее 16% за счет вытеснения, так как большинство людей могут переносить снижение с 21% до 16% без вредных последствий . Концентрация метана, при которой опасность удушья становится значительной, намного выше, чем концентрация 5–15% в легковоспламеняющейся или взрывоопасной смеси. Отходящий метан может проникать внутрь зданий возле свалок и подвергать жителей значительному воздействию метана. В некоторых зданиях под подвалом есть специально спроектированные системы рекуперации, которые активно улавливают этот газ и выводят его из здания.

Взрывы метана являются причиной многих смертельных катастроф на шахтах. [86] Взрыв метана стал причиной катастрофы на угольной шахте Аппер Биг Бранч в Западной Вирджинии 5 апреля 2010 г., в результате чего погибли 29 человек. [87]

См. Также [ править ]

  • 2007 г. катастрофа на шахте Засядько
  • Абиогенное происхождение нефти
  • Производство аэробного метана
  • Анаэробное пищеварение
  • Анаэробное дыхание
  • Выбросы метана в Арктике
  • Биогаз
  • Месторождение добычи угля
  • Плотность энергии
  • Неорганизованные выбросы газа
  • Глобальная инициатива по метану
  • Галометан , галогенированные производные метана.
  • Водородный цикл
  • Промышленный газ
  • Озеро Киву (более общее: лимническое извержение )
  • Список алканов с прямой цепью
  • Метанирование
  • Выбросы метана
  • Метан на Марсе: атмосфера
  • Метан на Марсе: климат
  • Метаноген , археи , производящие метан.
  • Метаногенез , микробы , производящие метан.
  • Метанотроф , бактерии, которые растут с метаном.
  • Метильная группа , функциональная группа, относящаяся к метану.
  • Томас Голд

Примечания [ править ]

  1. ^ Есть многореакций серпентинизации . Оливин представляет собой твердый раствор между форстеритом и фаялитом , общая формула которого (Fe, Mg) 2 SiO 4 . Реакция получения метана из оливина может быть записана как: Форстерит + Фаялит + Вода + Угольная кислота → Серпентин + Магнетит + Метан , или (в сбалансированной форме): 18 Mg 2 SiO 4 + 6 Fe 2 SiO 4 + 26 H 2 O + CO 2 → 12 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4+ 4 Fe 3 O 4 + CH 4

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "Передний вопрос". Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. С. 3–4. DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 . ISBN 978-0-85404-182-4. Метан - это сохраненное название (см. P-12.3), которое предпочтительнее систематического названия «карбан», название, которое никогда не рекомендуется для замены метана, но используется для получения названий «карбен» и «карбин» для радикалов H 2 C 2. • и HC 3 • соответственно.
  2. ^ "Газовая энциклопедия" . Проверено 7 ноября 2013 года .
  3. ^ а б в г Хейнс , стр. 3,344
  4. Перейти ↑ Haynes , p. 5,156
  5. Перейти ↑ Haynes , p. 3,578
  6. Перейти ↑ Haynes , pp. 5.26, 5.67
  7. ^ "Паспорт безопасности, название материала: метан" (PDF) . США: Metheson Tri-Gas Incorporated. 4 декабря 2009 года Архивировано из оригинального (PDF) от 4 июня 2012 года . Проверено 4 декабря 2011 года .
  8. ^ Управление реагирования и восстановления NOAA, Правительство США. «МЕТАН» . noaa.gov .
  9. Перейти ↑ Khalil, MAK (1999). «Парниковые газы, отличные от СО2, в атмосфере» . Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды . 24 : 645–661. DOI : 10.1146 / annurev.energy.24.1.645 .
  10. ^ a b «Техническое резюме» . Изменение климата 2001 . Программа ООН по окружающей среде. Архивировано из оригинала на 4 июня 2011 года.
  11. ^ a b Этиопа, Джузеппе; Лоллар, Барбара Шервуд (2013). «Абиотический метан на Земле». Обзоры геофизики . 51 (2): 276–299. Bibcode : 2013RvGeo..51..276E . DOI : 10.1002 / rog.20011 .
  12. ^ Хеншер, Дэвид А .; Баттон, Кеннет Дж. (2003). Справочник транспорта и окружающей среды . Издательство «Изумруд Групп». п. 168. ISBN 978-0-08-044103-0.
  13. ^ Bini, R .; Пратеси, Г. (1997). «Инфракрасное исследование твердого метана под высоким давлением. Фазовая диаграмма до 30 ГПа». Physical Review B . 55 (22): 14800–14809. Bibcode : 1997PhRvB..5514800B . DOI : 10.1103 / Physrevb.55.14800 .
  14. ^ Венделин Химмельхебер. «Кристаллические структуры» . Проверено 10 декабря 2019 года .
  15. ^ Baik, Му Хен; Ньюкомб, Мартин; Фриснер, Ричард А .; Липпард, Стивен Дж. (2003). «Механистические исследования гидроксилирования метана метаномонооксигеназой». Химические обзоры . 103 (6): 2385–419. DOI : 10.1021 / cr950244f . PMID 12797835 . 
  16. ^ Снайдер, Бенджамин ER; Bols, Max L .; Schoonheydt, Robert A .; Sels, Bert F .; Соломон, Эдвард I. (19 декабря 2017 г.). «Активные центры железа и меди в цеолитах и ​​их корреляция с металлоферментами». Химические обзоры . 118 (5): 2718–2768. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.7b00344 . PMID 29256242 . 
  17. ^ Рейманн, Иоахим; Джеттен, Майк С.М.; Кельтьенс, Ян Т. (2015). «Глава 7 Металлические ферменты в« невозможных »микроорганизмах, катализирующих анаэробное окисление аммония и метана ». В Питере М. Х. Кронеке и Марте Э. Соса Торрес (ред.). Поддержание жизни на планете Земля: металлоферменты, усваивающие кислород и другие жевательные газы . Ионы металлов в науках о жизни. 15 . Springer. С. 257–313. DOI : 10.1007 / 978-3-319-12415-5_7 . ISBN 978-3-319-12414-8. PMID  25707470 .
  18. ^ Бордвелл, Фредерик Г. (1988). «Равновесные кислотности в растворе диметилсульфоксида». Счета химических исследований . 21 (12): 456–463. DOI : 10.1021 / ar00156a004 .
  19. ^ Расул, G .; Сурья Пракаш, GK; Олах, Джорджия (2011). «Сравнительное исследование гиперкоординированных ионов карбония и их борных аналогов: задача для спектроскопистов». Письма по химической физике . 517 (1): 1–8. Bibcode : 2011CPL ... 517 .... 1R . DOI : 10.1016 / j.cplett.2011.10.020 .
  20. ^ Bernskoetter, WH; Шауэр, СК; Гольдберг, К.И.; Брукхарт, М. (2009). "Характеристика комплекса родия (I) σ-метана в растворе". Наука . 326 (5952): 553–556. Bibcode : 2009Sci ... 326..553B . DOI : 10.1126 / science.1177485 . PMID 19900892 . S2CID 5597392 .  
  21. Энергосодержание некоторых горючих материалов (в МДж / кг). Архивировано 9 января 2014 г. на Wayback Machine . People.hofstra.edu. Проверено 30 марта, 2014.
  22. Перейти ↑ March, Jerry (1968). Развитие органической химии: реакции, механизмы и структура . Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. С. 533–534.
  23. ^ «Лесозаготовительная компания обнаруживает на свалке печи для использования метана - сегодня энергетический менеджер» . Энергоменеджер сегодня . Проверено 11 марта 2016 года .
  24. Корнелл, Клейтон Б. (29 апреля 2008 г.). «Автомобили, работающие на природном газе: в некоторых частях страны почти не используется КПГ» . Архивировано из оригинала на 20 января 2019 года . Проверено 25 июля 2009 года . Сжатый природный газ рекламируется как «самое чистое горючее» альтернативное топливо, поскольку простота молекулы метана снижает выбросы различных загрязняющих веществ в выхлопные трубы на 35–97%. Не столь драматично сокращение чистых выбросов парниковых газов, примерно такое же, как у этанола из кукурузного зерна, примерно на 20% по сравнению с бензином.
  25. ^ a b Thunnissen, Daniel P .; Гернси, CS; Бейкер, RS; Мияке, Р. Н. (2004). "Продвинутое космическое топливо для исследования внешних планет". Американский институт аэронавтики и астронавтики (4–0799): 28.
  26. ^ "Blue Origin BE-4 Engine" . Проверено 14 июня 2019 года . Мы выбрали СПГ, потому что он очень эффективен, дешев и широко доступен. В отличие от керосина, СПГ можно использовать для создания избыточного давления в резервуаре. Известный как автогенное восстановление давления, это устраняет необходимость в дорогостоящих и сложных системах, использующих скудные запасы гелия на Земле. СПГ также обладает характеристиками чистого сгорания даже при низком дросселе, что упрощает повторное использование двигателя по сравнению с керосиновым топливом.
  27. ^ Шмидт-Рор, Клаус (2015). «Почему процессы сгорания всегда экзотермичны, давая около 418 кДж на моль O2» . Журнал химического образования . 92 (12): 2094–2099. Bibcode : 2015JChEd..92.2094S . DOI : 10.1021 / acs.jchemed.5b00333 .
  28. ^ Отчет Группы экспертов по производству водорода: Подкомитет Технического консультативного комитета по водороду и топливным элементам . Министерство энергетики США (май 2013 г.).
  29. ^ Россберг, М. и др. (2006) «Хлорированные углеводороды» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a06_233.pub2 .
  30. ^ Kietäväinen и Purkamo (2015). «Происхождение, источник и круговорот метана в глубокой кристаллической биосфере горных пород» . Передний. Microbiol . 6 : 725. DOI : 10,3389 / fmicb.2015.00725 . PMC 4505394 . PMID 26236303 .  
  31. ^ Крамер и Франке (2005). «Показания к действующей нефтяной системе в море Лаптевых, северо-восток Сибири» . Журнал нефтяной геологии . 28 (4): 369–384. Bibcode : 2005JPetG..28..369C . DOI : 10.1111 / j.1747-5457.2005.tb00088.x .
  32. ^ Лесснер, Дэниел Дж (декабрь 2009 г.) Биохимия метаногенеза. В: eLS. John Wiley & Sons Ltd, Чичестер. http://www.els.net [doi: 10.1002 / 9780470015902.a0000573.pub2]
  33. ^ Тиль, Волкер (2018), «Цикл углерода метана в прошлом: выводы из биомаркеров углеводородов и липидов», в Wilkes, Heinz (ed.), Hydrocarbons, Oils and Lipids: Diversity, Origin, Chemistry and Fate , Handbook of Hydrocarbon и липидная микробиология, Springer International Publishing, стр. 1–30, DOI : 10.1007 / 978-3-319-54529-5_6-1 , ISBN 9783319545295
  34. ^ a b c d Дин, Джошуа Ф .; Мидделбург, Джек Дж .; Рёкманн, Томас; Aerts, Rien; Blauw, Luke G .; Эггер, Матиас; Джеттен, Майк С.М.; де Йонг, Анник Э. Мейзел, Уве Х. (2018). «Метановая обратная связь с глобальной климатической системой в более теплом мире» . Обзоры геофизики . 56 (1): 207–250. Bibcode : 2018RvGeo..56..207D . DOI : 10.1002 / 2017RG000559 . hdl : 1874/366386 .
  35. ^ Серрано-Сильва, N .; Sarria-Guzman, Y .; Dendooven, L .; Луна-Гвидо, М. (2014). «Метаногенез и метанотрофия в почве: обзор». Педосфера . 24 (3): 291–307. DOI : 10.1016 / s1002-0160 (14) 60016-3 .
  36. ^ Сирохи, СК; Панди, Неха; Singh, B .; Пуния, АК (1 сентября 2010 г.). «Метаногены рубца: обзор» . Индийский журнал микробиологии . 50 (3): 253–262. DOI : 10.1007 / s12088-010-0061-6 . PMC 3450062 . PMID 23100838 .  
  37. ^ МГЭИК. Изменение климата 2013: Физическая научная основа архивации 3 октября 2018, в Wayback Machine . Программа ООН по окружающей среде, 2013: гл. 6, стр. 507 IPCC.ch
  38. ^ Лю, Чжэ; Шао, Нана; Акинеми, Тайво; Уитмен, Уильям Б. (2018). «Метаногенез» . Текущая биология . 28 (13): R727 – R732. DOI : 10.1016 / j.cub.2018.05.021 . PMID 29990451 . 
  39. ^ "Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990–2014 гг." . 2016 г. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  40. ^ ФАО (2006). Длинная тень домашнего скота - экологические проблемы и возможности . Рим, Италия: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) . Проверено 27 октября 2009 года .
  41. ^ Гербер, П.Дж.; Steinfeld, H .; Хендерсон, В .; Mottet, A .; Opio, C .; Dijkman, J .; Фалькуччи А. и Темпио Г. (2013). «Решение проблемы изменения климата через животноводство» . Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО).
  42. Роуч, Джон (13 мая 2002 г.). «Новая Зеландия пытается ограничить газообразную отрыжку овец» . National Geographic . Проверено 2 марта 2011 года .
  43. Сильверман, Джейкоб (16 июля 2007 г.). «Коровы загрязняют столько же, сколько машины?» . HowStuffWorks.com.
  44. ^ Knittel, K .; Wegener, G .; Боэтиус, А. (2019), МакГенити, Терри Дж. (Редактор), «Анаэробные окислители метана», Микробные сообщества, использующие углеводороды и липиды: члены, метагеномика и экофизиология , Справочник по углеводородной и липидной микробиологии, Springer International Publishing, стр. 1–21, DOI : 10.1007 / 978-3-319-60063-5_7-1 , ISBN 9783319600635
  45. ^ "Исследование обнаруживает неожиданный источник выбросов метана в Арктике" . НАСА . 22 апреля 2012 г.
  46. ^ Пятый оценочный отчет МГЭИК , таблица 8.7, гл. 8, стр. 8–58 (PDF; 8,0 MB)
  47. ^ Шинделл, ДТ; Faluvegi, G .; Koch, DM; Шмидт, Джорджия; Унгер, Н .; Бауэр, С.Е. (2009). «Улучшенная атрибуция воздействия климата на выбросы» . Наука . 326 (5953): 716–718. Bibcode : 2009Sci ... 326..716S . DOI : 10.1126 / science.1174760 . PMID 19900930 . S2CID 30881469 .  
  48. ^ Nisbet, EG (5 февраля 2019). «Очень сильный рост содержания метана в атмосфере за 4 года 2014–2017: последствия для Парижского соглашения» . Глобальные биогеохимические циклы . 33 (3): 318–342. Bibcode : 2019GBioC..33..318N . DOI : 10.1029 / 2018GB006009 .
  49. ^ Макки, Робин (2 февраля 2017). «Резкое повышение уровня метана угрожает мировым климатическим целям» . Наблюдатель . ISSN 0029-7712 . Проверено 14 июля 2019 года . 
  50. ^ Выбросы метана от нефти и газа Chelsea Harvey могут быть значительно недооценены; Оценки метана, поступающего из природных источников, были слишком высокими, что перекладывает бремя на деятельность человека E&E News через Scientific American 21 февраля 2020 г.
  51. Кэррингтон, Дамиан (21 июля 2020 г.) Первая активная утечка метана с морского дна, обнаруженная в Антарктиде , The Guardian
  52. ^ Борманн, Герхард; Торрес, Марта Э. (2006), Шульц, Хорст Д .; Цабель, Маттиас (ред.), "Газовые гидраты в морских отложениях", морская геохимия , Springer Berlin Heidelberg, стр 481-512,. Дои : 10.1007 / 3-540-32144-6_14 , ISBN 9783540321446
  53. ^ Миллер, Г. Тайлер (2007). Поддержание Земли: комплексный подход . США: Thomson Advantage Books, стр. 160. ISBN 0534496725 
  54. ^ Дин, JF (2018). «Обратная связь метана с глобальной климатической системой в более теплом мире» . Обзоры геофизики . 56 (1): 207–250. Bibcode : 2018RvGeo..56..207D . DOI : 10.1002 / 2017RG000559 . hdl : 1874/366386 .
  55. ^ Босуэлл, Рэй; Коллетт, Тимоти С. (2011). «Современные перспективы газогидратных ресурсов». Energy Environ. Sci . 4 (4): 1206–1215. DOI : 10.1039 / c0ee00203h .
  56. ^ а б Руппель и Кесслер (2017). «Взаимодействие изменения климата и гидратов метана» . Обзоры геофизики . 55 (1): 126–168. Bibcode : 2017RvGeo..55..126R . DOI : 10.1002 / 2016RG000534 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  57. ^ «Новый источник метана, обнаруженный в Северном Ледовитом океане» . Phys.org . 1 мая 2015 года . Проверено 10 апреля 2019 года .
  58. ^ «Выбросы метана с арктического шельфа могут быть намного больше и быстрее, чем предполагалось» (пресс-релиз). Национальный научный фонд (NSF). 10 марта 2010 г.
  59. Коннор, Стив (13 декабря 2011 г.). «Огромные метановые« шлейфы », наблюдаемые в Северном Ледовитом океане при отступлении морского льда» . Независимый .
  60. ^ «Арктический морской лед достигает самой низкой площади за год и спутниковый рекорд» (пресс-релиз). Национальный центр данных по снегу и льду (NSIDC). 19 сентября 2012 г.
  61. ^ «Границы 2018/19: Возникающие проблемы экологической озабоченности» . ООН Окружающая среда . Проверено 6 марта 2019 года .
  62. Reuters (18 июня 2019 г.). «Ученые шокированы таянием вечной мерзлоты в Арктике на 70 лет раньше, чем предполагалось» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Проверено 14 июля 2019 года . 
  63. ^ а б Зубрин РМ; Muscatello, AC; Берггрен, М. (2013). «Интегрированная система производства ракетного топлива Mars in situ». Журнал аэрокосмической техники . 26 : 43–56. DOI : 10.1061 / (ASCE) AS.1943-5525.0000201 .
  64. ^ "Метановый взрыв" . НАСА. 4 мая 2007 . Проверено 7 июля 2012 года .
  65. Рианна Чанг, Кеннет (2 ноября 2012 г.). «Надежда метана на Марсе угасает» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 3 ноября 2012 года .
  66. ^ Атрея, Сушил К .; Mahaffy, Paul R .; Вонг, Ах-Сан (2007). «Метан и родственные ему микроорганизмы на Марсе: происхождение, потеря, значение для жизни и обитаемости». Планетарная и космическая наука . 55 (3): 358–369. Bibcode : 2007P & SS ... 55..358A . DOI : 10.1016 / j.pss.2006.02.005 . ЛВП : 2027,42 / 151840 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  67. ^ Браун, Дуэйн; Вендел, Джоанна; Стейгервальд, Билл; Джонс, Нэнси; Хорошо, Андрей (7 июня 2018 г.). «Выпуск 18-050 - НАСА обнаружило на Марсе древний органический материал, таинственный метан» . НАСА . Проверено 7 июня 2018 года .
  68. НАСА (7 июня 2018 г.). «На Марсе обнаружена древняя органика - видео (03:17)» . НАСА . Проверено 7 июня 2018 года .
  69. Уолл, Майк (7 июня 2018 г.). "Марсоход Curiosity находит древние" строительные блоки для жизни "на Марсе" . Space.com . Проверено 7 июня 2018 года .
  70. Рианна Чанг, Кеннет (7 июня 2018 г.). «Жизнь на Марсе? Последнее открытие марсохода кладет ее на стол». Идентификация органических молекул в породах на красной планете не обязательно указывает на жизнь там, в прошлом или настоящем, но указывает на то, что некоторые из строительных блоков присутствовали " . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 июня 2018 года .
  71. ^ Voosen, Пол (7 июня 2018). «Марсоход НАСА поражает Марс органической землей». Наука . DOI : 10.1126 / science.aau3992 .
  72. ^ десять Кейт, Инге Лоес (8 июня 2018 г.). «Органические молекулы на Марсе». Наука . 360 (6393): 1068–1069. Bibcode : 2018Sci ... 360.1068T . DOI : 10.1126 / science.aat2662 . PMID 29880670 . S2CID 46952468 .  
  73. ^ Вебстер, Кристофер Р .; и другие. (8 июня 2018 г.). «Фоновые уровни метана в атмосфере Марса сильно зависят от сезона» . Наука . 360 (6393): 1093–1096. Bibcode : 2018Sci ... 360.1093W . DOI : 10.1126 / science.aaq0131 . PMID 29880682 . 
  74. ^ Eigenbrode, Дженнифер Л .; и другие. (8 июня 2018 г.). «Органическое вещество сохранилось в аргиллитах возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла на Марсе» . Наука . 360 (6393): 1096–1101. Bibcode : 2018Sci ... 360.1096E . DOI : 10.1126 / science.aas9185 . PMID 29880683 . 
  75. Рианна Ричардсон, Дерек (27 сентября 2016 г.). «Илон Маск демонстрирует межпланетную транспортную систему» . Spaceflight Insider . Проверено 3 октября 2016 года .
  76. ^ Оз, C .; Шарма, М. (2005). «Есть оливин, будет газ: серпентинизация и абиогенное производство метана на Марсе». Письма о геофизических исследованиях . 32 (10): L10203. Bibcode : 2005GeoRL..3210203O . DOI : 10.1029 / 2005GL022691 .
  77. Вольта, Алессандро (1777) Леттер дель Синьор Дон Алессандро Вольта ... Sull 'Aria Воспламеняющаяся Натива Делле Палуди [Письма синьора Дона Алессандро Вольта ... о горючем родном воздухе болот], Милан, Италия: Джузеппе Марелли.
  78. ^ a b Метан . BookRags . Проверено 26 января 2012 года .
  79. ^ Хофманн, AW (1866). «О действии трихлорида фосфора на соли ароматических моноаминов» . Труды Лондонского королевского общества . 15 : 55–62. JSTOR 112588 . ; см. сноску на стр. 57–58.
  80. ^ Макбрайд, Джеймс Майкл (1999) "Разработка систематических названий простых алканов" . Химический факультет Йельского университета (Нью-Хейвен, Коннектикут). Архивировано 16 марта 2012 года в Wayback Machine.
  81. ^ Харпер, Дуглас. «метан» . Интернет-словарь этимологии .
  82. ^ Jayasundara, Susantha (3 декабря 2014). «Есть ли разница в выражении парниковых газов в виде CH4 кг / га и CH4-C кг / га?» . ResearchGate . Проверено 26 августа 2020 года .
  83. ^ «Руководство пользователя по оценке выбросов углекислого газа, метана и оксида азота в сельском хозяйстве с использованием инструмента государственной инвентаризации» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США . 26 ноября 2019 . Проверено 26 августа 2020 года .
  84. ^ «Что означает CH4-C? - Определение CH4-C - CH4-C означает соотношение метан-углерод» . acronymsandslang.com . Проверено 26 августа 2020 года .
  85. Управление по воздуху и радиации, Агентство по охране окружающей среды США (7 октября 1999 г.). «Выбросы метана в США с 1990 по 2020 годы: инвентаризация, прогнозы и возможности для сокращения (EPA 430-R-99-013)» (PDF) . ourenergypolicy.org . Проверено 26 августа 2020 года .
  86. ^ Дозольм, Филипп. «Обычные горные аварии» . About.com.
  87. ^ Messina, Lawrence & Блустейн, Грег (8 апреля 2010). "Представитель ФРС: еще слишком рано для спасения шахты W.Va." . News.yahoo.com . Проверено 8 апреля 2010 года .

Цитированные источники [ править ]

  • Хейнс, Уильям М., изд. (2016). CRC Справочник по химии и физике (97-е изд.). CRC Press . ISBN 9781498754293.

Внешние ссылки [ править ]

  • Метан в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
  • Международная карта химической безопасности 0291
  • Газовые (метановые) гидраты - новые рубежи - Геологическая служба США
  • Лансфорд, Джек Х. (2000). «Каталитическая конверсия метана в более полезные химические вещества и топливо: задача 21 века». Катализ сегодня . 63 (2–4): 165–174. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (00) 00456-9 .
  • CDC - Справочник по контролю за метаном в горнодобывающей промышленности