Dabasgāze: formula. Gāzes ķīmiskā formula. Visu veidu dabasgāze

Mūsdienās ir zināmas daudzas dažādas gāzes.Dažas no tām cilvēks saņem ar laboratorijas metodēm, no ķīmiskajām vielām, dažas pašas veidojas reakciju rezultātā kā blakusproduktus. Un kādas gāzes dzimst dabā? Galvenās šādas dabiskas, dabiskas izcelsmes gāzes ir četras:

• dabasgāze, kuras formula ir CH₄;
• slāpeklis, N₂;
• ūdeņradis, H₂;
• oglekļa dioksīds, CO₂.

Protams, ir daži citi -skābeklis, sērūdeņradis, amonjaks, inertās gāzes, oglekļa monoksīds. Tomēr iepriekš uzskaitītie ir praktiski nozīmīgi cilvēkiem, un viņi tos izmanto dažādiem mērķiem, tostarp kā degvielu.

Kas ir dabasgāze?

Dabasgāze ir gāze, kas mums doddaba. Tas ir, tas, kura saturs Zemes zarnās ir daudz lielāks un lielāks nekā daudzums, kas tiek iegūts rūpniecībā ķīmisko reakciju rezultātā.

Dabasgāzes saukšana par metānu ir vispārpieņemta, taču tas nav pilnīgi taisnība. Ja mēs ņemam vērā šādas gāzes sastāvu pēc frakcijām, tad jūs varat redzēt šādu tās sastāvdaļu sastāvu:

• metāns (līdz 96%);
• etāns;
• propāns;
• butāns;
• ūdeņradis;
• oglekļa dioksīds;
• slāpeklis;
• sērūdeņradis (mazs, neliels daudzums).

Tādējādi izrādās, ka dabasgāze ir vairāku dabiskas izcelsmes gāzu maisījums.

Dabasgāze: formula

No ķīmiskā viedokļa dabasgāzeir lineāras vienkāršas struktūras ogļūdeņražu maisījums - metāns, etāns, propāns un butāns. Bet, tā kā lielāks tilpums joprojām ir metāns, ir ierasts, ka vispārējo dabasgāzes formulu izsaka tieši ar metāna formulu. Tātad izrādās, ka dabasgāzes metāna ķīmiskā formula -СН₄.

Pārējiem komponentiem ķīmijā ir šādas empīriskās formulas:

• etāns - C₂H₆;
• propāns - C₃H₈;
• butāns - C₄H₁₀;
• oglekļa dioksīds - CO₂;
• slāpeklis - N₂;
• ūdeņradis - H₂;
• sērūdeņradis - H₂S.

Šo vielu maisījums ir dabasgāze.Galvenā savienojuma metāna formula parāda, ka tā oglekļa saturs ir ļoti zems. Tas ietekmē tā fiziskās īpašības, piemēram, spēju sadedzināt ar bezkrāsainu, pilnīgi nesmēķējošu liesmu. Kamēr citi tās homologās sērijas pārstāvji (vairāki piesātināti ogļūdeņraži vai alkāni), sadedzinot, veido melnu dūmu liesmu.

Būt dabai

Dabā šī gāze atrodas dziļi pazemē, zem bieziem un blīviem nogulumu iežu slāņiem. Ir divas galvenās dabas gāzes izcelsmes teorijas dabā.

1. Tektonisko iežu kustību teorija.Šīs teorijas atbalstītāji uzskata, ka ogļūdeņraži vienmēr atrodas zemes iekšienē un paaugstinās tektonisko kustību un augšupejošu kontrakciju rezultātā. Augšstāvā augsts spiediens un mainīga temperatūra tos ķīmisko reakciju rezultātā pārveido divos dabiskos minerālos - eļļā un gāzē.
2. Biogēnā teorija runā par citu metodi, inkā rezultātā izveidojās dabasgāze. Tās formula atspoguļo kvalitatīvo sastāvu - ogleklis un ūdeņradis, kas liek domāt, ka tā veidošanā piedalījās dzīvas organiskas būtnes, kuru ķermeņi galvenokārt tika būvēti no šiem elementiem, tāpat kā visas mūsu planētas dzīvās būtnes, kas joprojām pastāv. Laika gaitā mirušās dzīvnieku un augu atliekas nogrima arvien zemāk okeāna dibenā, kur nebija ne skābekļa, ne baktēriju, kas varētu sadalīties un pārstrādāt šo organisko masu. Anaerobās oksidēšanās rezultātā biomasa sadalījās un miljoniem gadu laikā izveidojās divi minerālu avoti - nafta un gāze. Šajā gadījumā abu pamats ir vienāds - tie ir ogļūdeņraži un daļēji zemas molekulmasas vielas. To pierāda gāzes un naftas ķīmiskā formula. Tomēr dažādu apstākļu ietekmē veidojas dažādi produkti: augsts spiediens un temperatūra - gāze, zemi rādītāji - eļļa.

Mūsdienās galvenie gāzes krājumi un rezerves ir tādām valstīm kā Krievija, ASV, Kanāda, Irāna, Norvēģija un Nīderlande.

Saskaņā ar agregācijas stāvokli dabasgāzi ne vienmēr var saturēt tikai gāzes stāvoklī. Ir vairākas kondensācijas iespējas:

1. Gāze tiek izšķīdināta eļļas molekulās.
2. Gāze tiek izšķīdināta ūdens molekulās.
3. Gāze veido cietās gāzes hidrātus.
4. Normālos apstākļos gāzveida savienojums.

Katram no šiem apstākļiem ir savs depozīts, un tas ir ļoti vērtīgs cilvēkiem.

Iekļūšana laboratorijā un rūpniecībā

Papildus dabasgāzes ražošanas vietāmlaboratorijā ir vairāki veidi, kā to iegūt. Tomēr šīs metodes, protams, izmanto tikai nelielām produkta porcijām, jo ​​dabasgāzes sintēzi laboratorijā veikt nav ekonomiski izdevīgi.

Laboratorijas metodes:

1. Mazmolekulāra savienojuma - alumīnija karbīda hidrolīze: AL₄Ar₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. No nātrija acetāta sārmu klātbūtnē: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂Ar_3.
3. No sintēzes gāzes: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. No vienkāršām vielām - ūdeņraža un oglekļa - paaugstinātā temperatūrā un spiedienā.

Dabasgāzes ķīmisko formulu atspoguļo metāna formula, tāpēc šai gāzei ir raksturīgas visas alkāniem raksturīgās reakcijas.

Rūpniecībā metānu iegūst nodabiskās nogulsnes un turpmāka apstrāde ar frakcijām. Arī iegūtā gāze ir jātīra. Galu galā dabasgāzes metāna formula parāda tikai daļu no tajā esošajām sastāvdaļām. Un lietošanai ikdienas dzīvē ir nepieciešama tīra gāze, kas nesatur citas vielas, izņemot metānu. Plaši izmanto arī atdalītu etānu, propānu, butānu un citas gāzes.

Fizikālās īpašības

Gāzes formula dod priekšstatu par to, kādām fizikālajām īpašībām tai vajadzētu būt. Apsveriet, kādas ir šīs īpašības.

1. Bezkrāsaina viela bez smaržas.
2. Aptuvenais blīvums svārstās starp 0,7-1 kg / m^3.
3. Degšanas temperatūra 650⁰C.
4. Gandrīz divas reizes vieglāks par gaisu.
5. Viena kubikmetra gāzes sadedzināšanas laikā izdalītais siltums ir 46 miljoni džoulu.
6. Lielā koncentrācijā (virs 15%) gaisā gāze ir ļoti sprādzienbīstama.
7. Lietojot kā degvielu, tam ir 130 oktānskaitlis.

Tīrā gāze tiek iegūta tikai pēc tam, kad tā tiek izvadīta caur īpašām attīrīšanas iekārtām (iekārtām), kuras tiek uzceltas ieguves vietā.

Pieteikums

Ir vairākas galvenās dabasgāzes izmantošanas jomas. Patiešām, papildus tās galvenajai sastāvdaļai, kuras gāzes formula ir CH₄, tiek izmantoti visi pārējie maisījuma komponenti.

1. Cilvēku ikdiena.Tas ietver gāzi ēdiena gatavošanai, dzīvojamo ēku apsildīšanu, degvielu katlu telpām utt. Gatavošanai izmantotajai gāzei pievieno īpašas vielas, kas pieder merkaptānu grupai. Tas tiek darīts, lai caurules noplūdes vai citas gāzes izlaišanas gadījumā cilvēki to sajustu un rīkotos. Sadzīves gāzes (kas ir propāna un butāna maisījums) maisījums lielā koncentrācijā ir ārkārtīgi sprādzienbīstams. Savukārt merkaptāni padara dabasgāzi specifisku un nepatīkamu smaku. Viņu formula ietver tādus elementus kā sērs un fosfors, kas viņiem piešķir tādu specifiku.

2. Ķīmisko vielu ražošana.Šajā jomā viena no galvenajām izejvielām daudzām reakcijām svarīgu savienojumu pagatavošanai ir dabasgāze, kuras formula parāda, kurās sintēzēs tā var piedalīties:

• pamats plastmasas ražošanai, kas ir visizplatītākais mūsdienu materiāls gandrīz visās nozarēs;
• izejvielas etīna, cianūdeņraža un amonjaka sintēzei. Paši uzskaitītie produkti vēlāk tiek izmantoti daudzu sintētisko šķiedru un audumu, mēslojuma un izolācijas ražošanā būvniecībā;
• gumija, metanols, organiskās skābes - veidojas no metāna un citām vielām. Viņi atrod pielietojumu gandrīz visās cilvēka dzīves sfērās;
• pateicoties metānam tika iegūti polietilēns un daudzi citi sintētiskie savienojumi.

3. Izmantojiet kā degvielu.Turklāt jebkura veida cilvēka darbībai, sākot no atbilstoša tipa galda lampu degvielas uzpildīšanas līdz termoelektrostaciju darbībai. Šis degvielas veids tiek uzskatīts par videi pareizu un saprātīgu, ņemot vērā visas alternatīvās metodes. Tomēr, metānam sadedzinot, tas veido oglekļa dioksīdu tāpat kā jebkura cita organiska viela. Ir zināms, ka viņš ir Zemes siltumnīcas efekta cēlonis. Tāpēc cilvēki saskaras ar uzdevumu atrast vēl tīrāku un kvalitatīvāku siltumenerģijas avotu.

Pagaidām šie ir visi galvenie avotiizmantot dabasgāzi. Tās formula, ja ņemam visus sarežģītos komponentus, parāda, ka tas ir praktiski atjaunojams resurss, tikai tas prasa daudz laika. Mūsu valstij ir ārkārtīgi paveicies ar gāzes rezervēm, jo ​​šāds dabas resursu daudzums daudzus simtus gadu ilgs ne tikai pašai Krievijai, bet arī daudzām pasaules valstīm, izmantojot eksportu.

Slāpeklis

Tā ir neatņemama naftas un gāzes sastāvdaļadabiskās nogulsnes. Turklāt šī gāze aizņem lielāko daļu tilpuma gaisā (78%), kā arī litosfērā notiek dabisko nitrātu savienojumu veidā.

Slāpekli kā vienkāršu vielu dzīvie organismi praktiski neizmanto. Tās formula ir N₂vai ķīmisko saišu izteiksmē N≡N.Šādas spēcīgas saites klātbūtne norāda uz molekulas augstu stabilitāti un ķīmisko inertumu normālos apstākļos. Tas izskaidro iespēju, ka atmosfērā pastāv liels daudzums šīs gāzes brīvā formā.

Vienkāršas vielas veidā slāpeklis spējfiksē īpaši organismi - mezglu baktērijas. Pēc tam viņi pārstrādā šo gāzi augiem piemērotākā formā un tādējādi nodrošina sakņu augu sistēmu minerālvielu barošanu.

Ir vairāki pamata savienojumi, kuru formā dabā pastāv slāpeklis. Viņu formula ir šāda:

• oksīdi - NĒ_2, H₂O, N₂Ak_5;
• skābes - slāpekļa HNO₂ un slāpeklis HNO₃ (veidojas zibens izplūdes laikā no gaisā esošajiem oksīdiem);
• salpete - KNO₃, NaNO₃ utt.

Cilvēks izmanto slāpekli ne tikai gāzes formā, bet arī šķidrā stāvoklī. Tam ir spēja nonākt šķidrā stāvoklī temperatūrā zem -170⁰C, kas ļauj to izmantot augu un dzīvnieku audu, daudzu materiālu sasaldēšanai. Tāpēc šķidro slāpekli plaši izmanto medicīnā.

Arī slāpeklis ir pamats tā iegūšanaino tā galvenajiem savienojumiem - amonjaks. Šīs vielas ražošana ir liela mēroga, jo to ļoti plaši izmanto ikdienas dzīvē un rūpniecībā (gumiju, krāsvielu, plastmasas, sintētisko šķiedru, organisko skābju ražošana, krāsu un laku ražošana, sprāgstvielas utt.).

Oglekļa dioksīds

Kāda ir vielas formula? Oglekļa dioksīdu raksta kā CO₂... Saite molekulā ir kovalenta, vāji polāra,divkārši spēcīgi ķīmiskie spēki starp oglekli un skābekli. Tas norāda uz molekulas stabilitāti un inertumu normālos apstākļos. Šo faktu apstiprina oglekļa dioksīda brīva esamība Zemes atmosfērā.

Šī viela ir dabasgāzes un naftas neatņemama sastāvdaļa, un tā arī uzkrājas planētas atmosfēras augšējos slāņos, izraisot tā saukto siltumnīcas efektu.

Veidojas milzīgs daudzums oglekļa dioksīdadedzinot jebkura veida organisko degvielu. Neatkarīgi no tā, vai tas ir akmeņogles, koksne, gāze vai cita degviela, pilnīga sadegšana izraisa ūdens un šīs vielas veidošanos.

Tādējādi izrādās, ka tā uzkrāšanās atmosfērā ir neizbēgama. Tāpēc svarīgs mūsdienu sabiedrības uzdevums ir atrast alternatīvu degvielu, kas nodrošina siltumnīcas efekta minimumu.

Ūdeņradis

Vēl viens saistīts savienojums, kas atrodams dabiskajos minerālos, ir ūdeņradis. Gāze, kuras formula ir H₂... Vieglākā līdz šim zināmā viela.

Īpašo īpašību dēļ tas aizņemperiodiskajai tabulai ir divas pozīcijas - starp sārmu metāliem un halogēniem. Kam ir viens elektrons, tas spēj gan dot (metāla īpašības, reducēt), gan pieņemt (nemetāliskas īpašības, oksidēt).

Galvenā izmantošanas joma ir videi draudzīga degviela, kurai zinātnieki redz nākotni. Cēloņi:

• neierobežotas šīs gāzes rezerves;
• sadegšanas rezultātā veidojas tikai ūdens.

Tomēr pilnīgai ūdeņraža kā enerģijas avota izstrādes tehnoloģijai ir jāpapildina vēl daudzas nianses.

Formulas gāzu masas, blīvuma un tilpuma aprēķināšanai

Fizikā un ķīmijā ir vairāki pamatigāzu aprēķināšanas metodes. Tātad, piemēram, ja mēs runājam par vienu no galvenajiem parametriem, piemēram, gāzes masu, aprēķina formula būs šāda:

m = V * þ, kur þ ir vielas blīvums, un V ir tās tilpums.

Piemēram, ja mums jāaprēķina masadabas gāze ar tilpumu 1 kubikmetrs normālos apstākļos, tad mēs ņemam tās blīvuma vidējo standarta vērtību standartmateriālos. Tas būs vienāds ar 0,68 kg / m³... Tagad, kad mēs zinām gāzes tilpumu un blīvumu, aprēķina formula ir piemērota. Tad:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1m³ = 0,68 kg, jo kubikmetri tiek samazināti.

Savukārt gāzes tilpuma formula sastāv no masas un blīvuma rādītājiem. Tas ir, mēs varam izteikt šo vērtību no iepriekš minētās konfigurācijas:

V = m / þ, tad standarta apstākļos 2 kg metāna tilpums būs: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Arī sarežģītākos gadījumos (kad apstākļi ir nestandarta), lai aprēķinātu gāzu masu un tilpumu, tiek izmantots Mendeļejeva-Klapeirona vienādojums:

p * V = m / M * R * T, kur p ir gāzes spiediens, V ir tā tilpums, m un M ir attiecīgi masa un molārā masa, R ir universālā gāzes konstante, kas vienāda ar 8,314, T ir temperatūra Kelvinā.

Šī gāzes tilpuma formula ļauj iegūtaprēķini ir ļoti tuvu ideālas gāzes vērtībai, kas pastāv tīri hipotētiski un tiek izmantota abstraktam jēdzienam fizikas un ķīmijas problēmu risināšanā. Jūs varat arī aprēķināt tilpumu, izmantojot Boila-Mariotte vienādojumu, kas izskatās šādi:

V = p_Kungs* V_Kungs* T / p * T_Kungs kur vērtības ar indeksu n ir vērtības normālos standarta apstākļos.

Lai aprēķins būtu pēc iespējas precīzāks unatbilst realitātei, jāņem vērā tāds parametrs kā gāzes blīvums. Šī parametra aprēķināšanas formula joprojām ir strīdīgs jautājums. Parasti tiek izmantots visizplatītākais vienkāršais, kas izskatās šādi:

þ = m₀ * n, kur m₀ ir molekulas masa (kg), un n ir koncentrācija, mērvienība ir 1 / m³.

Tomēr dažos gadījumos ir nepieciešams izmantot citus, sarežģītākus un pilnīgākus aprēķinus ar vairākiem mainīgajiem, lai iegūtu precīzu un tuvu ideālam rezultātam.