Naturgas: formlen. Kemisk formel af gas. Alle typer naturgas

Mange forskellige gasser er kendt i dag.En person modtager nogle af dem ved laboratoriemetoder, fra kemikalier, nogle er dannet af sig selv som et resultat af reaktioner som biprodukter. Og hvilke gasser fødes i naturen? De vigtigste sådanne gasser af naturlig, naturlig oprindelse er fire:

• naturgas, hvis formel er CH₄;
• nitrogen, N₂;
• hydrogen, H₂;
• kuldioxid, CO₂.

Selvfølgelig er der nogle andre -ilt, hydrogensulfid, ammoniak, inerte gasser, kulilte. Imidlertid er de ovennævnte praktisk vigtige for mennesker og bruges af dem til forskellige formål, herunder som brændstof.

Hvad er naturgas?

Naturgas er en gas, der giver osnatur. Det vil sige den, hvis indhold i jordens tarm er meget højere og mere end den mængde, der opnås i industrien som et resultat af kemiske reaktioner.

Det er almindeligt accepteret at kalde naturgas metan, men dette er ikke helt sandt. Hvis vi betragter sammensætningen af ​​en sådan gas med fraktioner, kan du se dens følgende komponentsammensætning:

• methan (op til 96%);
• ethan;
• propan;
• butan;
• hydrogen;
• carbondioxid;
• nitrogen;
• hydrogensulfid (små, spormængder).

Således viser det sig, at naturgas er en blanding af flere gasser af naturlig oprindelse.

Naturgas: formel

Fra et kemisk synspunkt, naturgaser en blanding af lineære, enkle kulbrinter - methan, ethan, propan og butan. Men da et større volumen stadig er methan, er det sædvanligt at udtrykke den generelle formel af naturgas direkte med formlen methan. Så det viser sig, at den kemiske formel af naturgas metan -СН₄.

Resten af ​​komponenterne har følgende empiriske formler inden for kemi:

• etan - C₂H₆;
• propan - C₃H₈;
• butan - C₄H₁₀;
• kuldioxid - CO₂;
• kvælstof - N₂;
• hydrogen - H₂;
• hydrogensulfid - H₂S.

En blanding af disse stoffer er naturgas.Formlen for dets hovedforbindelse, metan, viser, at dets kulstofindhold er meget lavt. Dette påvirker dets fysiske egenskaber, såsom evnen til at brænde med en farveløs, fuldstændig ikke-ryger flamme. Mens andre repræsentanter for dens homologe serie (et antal mættede kulbrinter eller alkaner), når de brændes, danner en sort røgfri flamme.

At være i naturen

I naturen findes denne gas dybt under jorden under tykke og tætte lag af sedimentære klipper. Der er to hovedteorier om oprindelsen af ​​naturgas i naturen.

1. Teorien om tektoniske rockbevægelser.Tilhængere af denne teori mener, at kulbrinter altid er indeholdt i jordens indre og stiger som et resultat af tektoniske bevægelser og opadgående sammentrækninger. Ovenpå transformerer højtryk og skiftende temperatur dem gennem kemiske reaktioner til to naturlige mineraler - olie og gas.
2. Den biogene teori taler om en anden metode isom et resultat af hvilken der blev dannet naturgas. Dens formel afspejler den kvalitative sammensætning - kulstof og brint, hvilket antyder, at levende organiske væsener deltog i dets dannelse, hvis kroppe for det meste blev bygget af disse elementer, som alle levende ting på vores planet, der stadig eksisterer. Over tid sank de døde rester af dyr og planter ned og ned til havbunden, hvor der ikke var ilt eller bakterier, der kunne nedbryde og behandle denne organiske masse. Som et resultat af anaerob oxidation gik biomasse i opløsning, og i løbet af millioner af år blev der dannet to mineralkilder - olie og gas. I dette tilfælde er grundlaget for begge de samme - disse er carbonhydrider og stoffer med lav molekylvægt. Den kemiske formel for gas og olie beviser dette. Imidlertid dannes forskellige produkter under indflydelse af forskellige forhold: højt tryk og temperatur - gas, lave indikatorer - olie.

I dag besidder de vigtigste forekomster og reserver af gas sådanne lande som Rusland, USA, Canada, Iran, Norge og Holland.

I henhold til dets tilstand af sammenlægning kan naturgas ikke altid kun være indeholdt i en gastilstand. Der er flere muligheder for kondensering:

1. Gassen opløses i oliemolekyler.
2. Gassen opløses i vandmolekyler.
3. Gassen danner faste gashydrater.
4. Under normale forhold en gasformig forbindelse.

Hver af disse stater har sit eget depositum og er meget værdifuldt for mennesker.

Kom i laboratoriet og industrien

Ud over produktionsanlæg for naturgas,der er en række måder at få det på laboratoriet. Disse metoder anvendes naturligvis kun til små portioner af produktet, da det ikke er økonomisk rentabelt at udføre naturgassyntese i et laboratorium.

Laboratoriemetoder:

1. Hydrolyse af en lavmolekylær forbindelse - aluminiumcarbid: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Fra natriumacetat i nærværelse af alkali: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Fra syntesegas: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂OM.
4. Fra enkle stoffer - brint og kulstof - ved forhøjet temperatur og tryk.

Den kemiske formel for naturgas afspejles med formlen for methan, derfor er alle reaktioner, der er karakteristiske for alkaner, også karakteristiske for denne gas.

I industrien opnås metan ved ekstraktion franaturlige aflejringer og yderligere behandling med fraktioner. Den resulterende gas skal også rengøres. Formlen på naturgas metan viser trods alt kun en del af de komponenter, som den indeholder. Og til husholdningsbrug har du brug for en ren gas, der ikke indeholder andre stoffer end metan. Separeret etan, propan, butan og andre gasser anvendes også i vid udstrækning.

Fysiske egenskaber

Formlen for en gas giver en idé om, hvilke fysiske egenskaber den skal have. Overvej hvad disse egenskaber er.

1. Et farveløst, lugtfrit stof.
2. Den omtrentlige tæthed varierer mellem 0,7-1 kg / m^3.
3. Forbrændingstemperatur 650⁰S.
4. Næsten dobbelt lettere end luft.
5. Den varme, der frigøres under forbrændingen af ​​en kubikmeter gas, er 46 millioner joule.
6. I høje koncentrationer (over 15%) i luft er gassen meget eksplosiv.
7. Når det bruges som brændstof, udviser det et oktantal på 130.

Ren gas opnås først efter at have ført den gennem specielle rensningsanlæg (installationer), som opføres på minedriften.

ansøgning

Der er flere hovedområder for anvendelse af naturgas. Foruden dens hovedkomponent, hvis gasformel er CH₄anvendes alle andre komponenter i blandingen.

1. Hverdagsliv hos mennesker.Dette inkluderer gas til madlavning, opvarmning af beboelsesejendomme, brændstof til kedelrum osv. Særlige stoffer, der hører til gruppen af ​​mercaptaner, tilsættes til den gas, der bruges til madlavning. Dette gøres, så folk i tilfælde af et rør, der lækker eller anden udeladelse af gas, kan lugte det og tage handling. En blanding af husholdningsgas (som er en blanding af propan og butan) er ekstremt eksplosiv i høje koncentrationer. Mercaptans gør på den anden side naturgas specifik og ubehagelig at lugte. Deres formel indeholder elementer som svovl og fosfor, hvilket giver dem en sådan specificitet.

2. Kemisk produktion.I dette område er et af de vigtigste indledende stoffer til mange reaktioner til fremstilling af vigtige forbindelser naturgas, hvis formel viser, i hvilke synteser den kan deltage:

• grundlaget for produktionen af ​​plast, som er det mest almindelige moderne materiale til næsten alle industrier;
• råmaterialer til syntese af ethin, hydrogencyanid og ammoniak. De nævnte produkter bliver senere brugt til produktion af mange syntetiske fibre og stoffer, gødning og isolering i byggeriet;
• gummi, methanol, organiske syrer - dannet af methan og andre stoffer. De finder anvendelse på næsten alle områder af det menneskelige liv;
• polyethylen og mange andre syntetiske forbindelser blev opnået takket være metan.

3. Brug som brændstof.Desuden for enhver form for menneskelig aktivitet fra tankning af den tilsvarende type bordlamper til drift af termiske kraftværker. Denne type brændstof betragtes som miljømæssigt korrekt og rimelig på baggrund af alle alternative metoder. Når metan brænder, danner det imidlertid kuldioxid som ethvert andet organisk stof. Og han er kendt for at være årsagen til Jordens drivhuseffekt. Derfor står folk over for opgaven med at finde en endnu renere og højere kvalitetskilde til termisk energi.

Indtil videre er disse alle de vigtigste kilder, derbrug naturgas. Dens formel, hvis vi tager alle de komplekse komponenter, viser at det praktisk talt er en vedvarende ressource, kun det tager meget tid. Vores land er ekstremt heldigt med gasreserver, fordi en sådan mængde naturressourcer vil vare i mange hundrede år, ikke kun for Rusland selv, men også for mange lande i verden gennem eksport.

Kvælstof

Det er en integreret del af olie og gasnaturlige aflejringer. Derudover optager denne gas det meste af volumenet i luften (78%) og forekommer også i form af naturlige nitratforbindelser i litosfæren.

Som et simpelt stof anvendes nitrogen praktisk talt ikke af levende organismer. Dens formel er N₂eller, udtrykt i kemiske bindinger, N≡N.Tilstedeværelsen af ​​en sådan stærk binding indikerer en høj stabilitet og kemisk inaktivitet af molekylet under normale forhold. Dette forklarer muligheden for eksistensen af ​​en stor mængde af denne gas i fri form i atmosfæren.

I form af et simpelt stof er nitrogen i stand til detfikseret af specielle organismer - knudebakterier. De behandler derefter denne gas til en mere passende form til planter og giver således mineral ernæring til rodplantsystemerne.

Der er flere basiske forbindelser i form af kvælstof, der findes i naturen. Deres formel er som følger:

• oxider - NEJ_2, H₂PÅ₂Oh_5;
• syre - salpetersyre HNO₂ og nitrogen HNO₃ (dannet under lynudledninger fra oxider i luften);
• saltpeter - KNO₃, NaNO₃ etc.

Mennesket bruger ikke kun kvælstof i form af en gas, men også i flydende tilstand. Det har evnen til at gå i flydende tilstand ved temperaturer under -170⁰C, som gør det muligt at bruge det til frysning af plante- og dyrevæv, mange materialer. Derfor anvendes flydende nitrogen i vid udstrækning inden for medicin.

Også nitrogen er grundlaget for at opnå enaf dets vigtigste forbindelser - ammoniak. Produktionen af ​​dette stof er i stor skala, da det er meget udbredt i hverdagen og industrien (produktion af gummi, farvestoffer, plast, syntetiske fibre, organiske syrer, maling og lakproduktion, sprængstoffer osv.).

Carbondioxid

Hvad er stoffets formel? Kuldioxid er skrevet som CO₂... Bindingen i molekylet er kovalent svagt polær,dobbelt stærke kemiske kræfter mellem kulstof og ilt. Dette indikerer molekylets stabilitet og inaktivitet under normale forhold. Denne kendsgerning bekræftes af den frie eksistens af kuldioxid i jordens atmosfære.

Dette stof er en integreret del af naturgas og olie og akkumuleres også i de øverste lag af planetens atmosfære og forårsager den såkaldte drivhuseffekt.

Der dannes en enorm mængde kuldioxidunder forbrændingen af ​​enhver form for fossilt brændsel. Uanset om det er kul, træ, gas eller andet brændstof, fører fuldstændig forbrænding til dannelse af vand og dette stof.

Derfor viser det sig, at dens ophobning i atmosfæren er uundgåelig. Derfor er en vigtig opgave for det moderne samfund at finde et alternativt brændstof, der giver et minimum af drivhuseffekten.

Brint

En anden tilknyttet forbindelse, der findes i naturlige mineraler, er brint. Gas, hvis formel er H₂... Det letteste stof, der er kendt til dato.

På grund af dets specielle egenskaber indtager dendet periodiske system har to positioner - blandt alkalimetaller og halogener. At have en elektron, er den i stand til både at give (metalliske egenskaber, reducerende) og acceptere (ikke-metalliske egenskaber, oxiderende).

Det vigtigste anvendelsesområde er miljøvenligt brændstof, som forskere ser fremtiden for. Årsager:

• ubegrænsede reserver af denne gas
• dannelsen af ​​kun vand som et resultat af forbrænding.

Imidlertid kræver den komplette teknologi til udvikling af brint som energikilde færdiggørelsen af ​​mange flere nuancer.

Formler til beregning af masse, tæthed og volumen af ​​gasser

I fysik og kemi, flere grundlæggendemetoder til beregning af gasser. Så for eksempel, hvis vi taler om en af ​​de mest basale parametre, såsom massen af ​​gas, vil formlen for beregningen være som følger:

m = V * þ, hvor þ er densitet af stoffet, og V er dets volumen.

For eksempel, hvis vi har brug for at beregne massennaturgas med et volumen på 1 kubikmeter under normale forhold, så tager vi den gennemsnitlige standardværdi af dens densitet i referencematerialerne. Det vil være lig med 0,68 kg / m³... Nu hvor vi kender gassens volumen og densitet, er beregningsformlen fin. Derefter:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1m³ = 0,68 kg, da kubikmeter reduceres.

Formlen for gasvolumenet består derimod af indikatorerne for masse og densitet. Det vil sige, at vi kan udtrykke denne værdi fra ovenstående konfiguration:

V = m / þ, så vil volumenet på 2 kg methan under standardbetingelser være: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

I mere komplekse tilfælde (når forholdene ikke er standard) bruges Mendeleev-Clapeyron-ligningen også til at beregne gassenes masse og volumen, som har formen:

p * V = m / M * R * T, hvor p er gastrykket, V er dets volumen, m og M er henholdsvis massen og molmassen, R er den universelle gaskonstant lig med 8.314, T er temperaturen i Kelvin.

Denne formel for gasvolumen gør det muligt at opnåberegninger er meget tæt på værdien af ​​en ideel gas, der eksisterer rent hypotetisk og bruges til et abstrakt begreb til løsning af problemer inden for fysik og kemi. Du kan også beregne lydstyrken ved hjælp af Boyle-Mariotte ligningen, der ser ud som:

V = s_n* V_n* T / p * T_n hvor værdierne med indeks n er værdierne under normale standardforhold.

For at gøre beregningen så nøjagtig som muligt ogsvarer til virkeligheden, er det nødvendigt at tage højde for en sådan parameter som gastæthed. Formlen til beregning af denne parameter er stadig et svagt punkt. Det er almindeligt at bruge den mest almindelige enkle, der ligner:

þ = m₀ * n, hvor m₀ er molekylets masse (kg), og n er koncentrationen, måleenheden er 1 / m³.

I nogle tilfælde er det dog nødvendigt at bruge andre, mere komplekse og komplette beregninger med flere variabler for at opnå et nøjagtigt og tæt på det ideelle resultat.