Naturgass: formel. Den kjemiske formelen til gass. Alle typer naturgass

Mange forskjellige gasser er kjent i dag.En person mottar noen av dem ved laboratoriemetoder, fra kjemikalier, noen er dannet av seg selv som et resultat av reaksjoner som biprodukter. Og hvilke gasser blir født i naturen? De viktigste slike gasser av naturlig, naturlig opprinnelse er fire:

• naturgass, hvis formel er CH₄;
• nitrogen, N₂;
• hydrogen, H₂;
• karbondioksid, CO₂.

Selvfølgelig er det noen andre -oksygen, hydrogensulfid, ammoniakk, inerte gasser, karbonmonoksid. Imidlertid er de som er oppført ovenfor praktisk talt viktige for mennesker og brukes av dem til forskjellige formål, inkludert som drivstoff.

Hva er naturgass?

Naturgass er en gass som gir ossnatur. Det vil si den hvis innhold i jordens tarmer er mye høyere og større enn mengden som oppnås i industrien som følge av kjemiske reaksjoner.

Det er generelt akseptert å kalle naturgass metan, men dette er ikke helt sant. Hvis vi vurderer sammensetningen av en slik gass i fraksjoner, kan du se dens følgende komponentsammensetning:

• metan (opptil 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• hydrogen;
• karbondioksid;
• nitrogen;
• hydrogensulfid (små, spormengder).

Dermed viser det seg at naturgass er en blanding av flere gasser av naturlig opprinnelse.

Naturgass: formel

Fra et kjemisk synspunkt, naturgasser en blanding av lineære enkle hydrokarboner - metan, etan, propan og butan. Men siden det større volumet fortsatt er metan, er det vanlig å uttrykke den generelle formelen for naturgass med formelen metan direkte. Så, det viser seg at den kjemiske formelen for naturgass metan -СН₄.

Resten av komponentene har følgende empiriske formler i kjemi:

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

En blanding av disse stoffene er naturgass.Formelen til hovedforbindelsen, metan, viser at karboninnholdet er svært lavt. Dette påvirker dets fysiske egenskaper, for eksempel evnen til å brenne med en fargeløs, fullstendig røykfri flamme. Mens andre representanter for dens homologe serie (en rekke mettede hydrokarboner eller alkaner), når de brennes, danner en svart røykfylt flamme.

Å være i naturen

I naturen finnes denne gassen dypt under jorden, under tykke og tette lag av sedimentære bergarter. Det er to hovedteorier om opprinnelsen til naturgass i naturen.

1. Teorien om tektoniske bergbevegelser.Tilhengere av denne teorien mener at hydrokarboner alltid finnes i jordens indre og stiger som følge av tektoniske bevegelser og sammentrekninger oppover. Ovenpå omdanner høyt trykk og skiftende temperaturer dem gjennom kjemiske reaksjoner til to naturlige mineraler - olje og gass.
2. Den biogene teorien snakker om en annen metode, isom et resultat av at naturgass ble dannet. Formelen reflekterer den kvalitative sammensetningen - karbon og hydrogen, noe som antyder at levende organiske vesener deltok i dannelsen, hvis kropper for det meste ble bygget av disse elementene, som alle levende ting på planeten vår som fortsatt eksisterer. Over tid sank de døde restene av dyr og planter lavere og lavere til bunnen av havet, hvor det ikke fantes oksygen eller bakterier som kunne bryte ned og behandle denne organiske massen. Som et resultat av anaerob oksidasjon gikk biomasse i oppløsning, og over millioner av år ble det dannet to kilder til mineraler - olje og gass. I dette tilfellet er grunnlaget for begge det samme - dette er hydrokarboner og delvis lavmolekylære stoffer. Den kjemiske formelen for gass og olje beviser dette. Men under påvirkning av forskjellige forhold dannes forskjellige produkter: høyt trykk og temperatur - gass, lave indikatorer - olje.

I dag eies hovedfeltene og reservene av gass av land som Russland, USA, Canada, Iran, Norge og Nederland.

I henhold til dens aggregeringstilstand kan ikke naturgass alltid være inneholdt bare i gasstilstanden. Det er flere alternativer for kondensering:

1. Gassen er oppløst i oljemolekyler.
2. Gassen er oppløst i vannmolekyler.
3. Gassen danner faste gasshydrater.
4. Under normale forhold er det en gassformig forbindelse.

Hver av disse statene har sin egen forekomst og er svært verdifull for mennesker.

Komme inn i laboratoriet og industrien

I tillegg til naturlige steder for dannelse av gass,det er en rekke måter å få det i laboratoriet. Imidlertid brukes disse metodene selvfølgelig bare for små deler av produktet, siden det ikke er økonomisk lønnsomt å utføre naturgasssyntese i et laboratorium.

Laboratoriemetoder:

1. Hydrolyse av en lavmolekylær forbindelse - aluminiumkarbid: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Fra natriumacetat i nærvær av alkali: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Fra syntesegass: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Fra enkle stoffer - hydrogen og karbon - ved forhøyet temperatur og trykk.

Den kjemiske formelen for naturgass reflekteres av formelen for metan, derfor er alle reaksjoner som er karakteristiske for alkaner også karakteristiske for denne gassen.

I industrien fås metan ved utvinning franaturlige forekomster og videreforedling av fraksjoner. Dessuten må den produserte gassen definitivt renses. Tross alt viser formelen for naturgass metan bare en del av de komponentene den inneholder. Og til bruk i hverdagen trenger du en ren gass som ikke inneholder andre stoffer enn metan. Separert etan, propan, butan og andre gasser er også mye brukt.

Fysiske egenskaper

Gassformelen gir en ide om hvilke fysiske egenskaper den skal ha. Tenk på hva disse egenskapene er.

1. Fargeløst, luktfritt stoff.
2. Omtrentlig tetthet varierer mellom 0,7-1 kg/m^3.
3. Forbrenningstemperatur 650⁰S.
4. Nesten to ganger lettere enn luft.
5. Varmen som frigjøres ved forbrenning av én kubikkmeter gass er 46 millioner joule.
6. I høye konsentrasjoner (over 15 %) i luft er gassen svært eksplosiv.
7. Når den brukes som drivstoff, viser den et oktantal på 130.

Ren gass oppnås først etter å ha passert den gjennom spesielle behandlingsanlegg (installasjoner), som er reist på stedet for gruvedrift.

søknad

Det er flere hovedanvendelsesområder for naturgass. Faktisk, i tillegg til hovedkomponenten, hvis gassformel er CH₄, brukes alle andre komponenter i blandingen.

1. Hverdagen til mennesker.Dette inkluderer gass til matlaging, oppvarming av boligbygg, brensel til fyrrom og så videre. Spesielle stoffer som tilhører gruppen merkaptaner tilsettes gassen som brukes til matlaging. Dette gjøres for at ved lekkasje av rør eller annen utelatelse av gass, kan folk lukte på det og ta grep. En blanding av husholdningsgass (som er en blanding av propan og butan) er ekstremt eksplosiv i høye konsentrasjoner. Mercaptaner, derimot, gjør naturgass spesifikk og ubehagelig å lukte. Formelen deres inkluderer elementer som svovel og fosfor, noe som gir dem en slik spesifisitet.

2. Kjemisk produksjon.I dette området er naturgass en av de viktigste innledende stoffene for mange reaksjoner for fremstilling av viktige forbindelser, hvis formel viser i hvilke synteser den kan delta:

• grunnlaget for produksjon av plast, som er det vanligste moderne materialet for nesten alle bransjer;
• råvarer for syntese av etyn, hydrogencyanid og ammoniakk. De listede produktene i seg selv blir senere brukt i produksjon av mange syntetiske fibre og stoffer, gjødsel og isolasjon i konstruksjon;
• gummi, metanol, organiske syrer - dannes av metan og andre stoffer. De finner anvendelse i nesten alle sfærer av menneskelivet;
• polyetylen og mange andre syntetiske forbindelser ble oppnådd takket være metan.

3. Bruk som drivstoff.Dessuten, for enhver form for menneskelig aktivitet, fra tanking av tilsvarende type bordlamper til drift av termiske kraftverk. Denne typen drivstoff anses som miljøriktig og tilrådelig på bakgrunn av alle alternative metoder. Men når metan brenner, danner det karbondioksid som alle andre organiske stoffer. Og han er kjent for å være årsaken til jordens drivhuseffekt. Derfor står folk overfor oppgaven med å finne en enda renere og høyere kvalitetskilde for termisk energi.

Så langt er dette alle hovedkildene sombruke naturgass. Formelen, hvis vi tar alle de komplekse komponentene, viser at det praktisk talt er en fornybar ressurs, bare det tar mye tid for dette. Landet vårt er ekstremt heldig med gassreserver, fordi en slik mengde naturressurser vil vare i mange hundre år, ikke bare for Russland selv, men også for mange land i verden gjennom eksport.

Nitrogen

Det er en integrert del av olje og gassnaturlige forekomster. I tillegg opptar denne gassen det meste av volumet i luften (78%), og forekommer også i form av naturlige forbindelser av nitrat i litosfæren.

Som et enkelt stoff brukes nitrogen praktisk talt ikke av levende organismer. Formelen har formen N₂, eller, når det gjelder kjemiske bindinger, N≡N.Tilstedeværelsen av en så sterk binding indikerer en høy stabilitet og kjemisk inerthet av molekylet under normale forhold. Dette er det som forklarer muligheten for eksistensen av en stor mengde av denne gassen i fri form i atmosfæren.

I form av et enkelt stoff er nitrogen i stand tilfiksert av spesielle organismer - knutebakterier. De behandler deretter denne gassen til en mer egnet form for planter og gir dermed mineralnæring til rotplantesystemene.

Det er flere basisforbindelser i den form som nitrogen finnes i naturen. Formelen deres er som følger:

• oksider - NEI_2, N₂Å, N₂Oh_fem;
• syre - salpeterholdig HNO₂ og nitrogen HNO₃ (dannet under lynutslipp fra oksider i luftatmosfæren);
• salpeter - KNO₃, NaNO₃ etc.

Mennesket bruker nitrogen ikke bare i form av en gass, men også i flytende tilstand. Den har evnen til å bli flytende ved temperaturer under -170⁰C, som gjør at den kan brukes til frysing av plante- og dyrevev, mange materialer. Det er derfor flytende nitrogen er mye brukt i medisin.

Dessuten er nitrogen grunnlaget for å oppnå enav hovedforbindelsene - ammoniakk. Produksjonen av dette stoffet er storskala, siden det er veldig mye brukt i hverdagen og industrien (produksjon av gummi, fargestoffer, plast, syntetiske fibre, organiske syrer, maling og lakkproduksjon, eksplosiver, og så videre).

Karbondioksid

Hva er formelen til stoffet? Karbondioksid skrives som CO₂... Bindingen i molekylet er kovalent svakt polar,doble sterke kjemiske krefter mellom karbon og oksygen. Dette indikerer stabiliteten og tregheten til molekylet under normale forhold. Dette faktum bekreftes av den frie eksistensen av karbondioksid i jordens atmosfære.

Dette stoffet er en bestanddel av naturgass og olje, og akkumuleres også i den øvre atmosfæren på planeten, noe som forårsaker den såkalte drivhuseffekten.

Det dannes en enorm mengde karbondioksidnår du brenner noen form for organisk drivstoff. Enten det er kull, tre, gass eller annet brensel, fører fullstendig forbrenning til dannelse av vann og dette stoffet.

Derfor viser det seg at akkumulering i atmosfæren er uunngåelig. Derfor er en viktig oppgave for det moderne samfunnet å finne et alternativt drivstoff som gir et minimum av drivhuseffekten.

Hydrogen

En annen assosiert forbindelse som finnes i naturlige mineraler er hydrogen. Gass, hvis formel er H₂... Det letteste stoffet som er kjent til dags dato.

På grunn av sine spesielle egenskaper okkuperer dendet periodiske systemet har to posisjoner - blant alkalimetaller og halogener. Ved å ha ett elektron er det i stand til både å gi (metalliske egenskaper, redusere) og akseptere (ikke-metalliske egenskaper, oksidere).

Hovedbruksområdet er miljøvennlig drivstoff, som forskere ser fremtiden for. Årsaker:

• ubegrensede reserver av denne gassen;
• dannelsen av kun vann som følge av forbrenning.

Den komplette teknologien for utvikling av hydrogen som energikilde krever imidlertid fullføring av mange flere nyanser.

Formler for beregning av masse, tetthet og volum av gasser

I fysikk og kjemi er det flere grunnleggendemetoder for å beregne gasser. Så, for eksempel, hvis vi snakker om en av de mest grunnleggende parametrene, for eksempel massen av gass, vil formelen for beregningen være som følger:

m = V * þ, der þ er tettheten til stoffet, og V er volumet.

For eksempel hvis vi trenger å beregne massennaturgass med et volum på 1 kubikkmeter under normale forhold, så tar vi standard gjennomsnittsverdi av dens tetthet i referansematerialene. Det vil være lik 0,68 kg / m³... Nå som vi vet volumet og tettheten til gassen, er formelen for beregningen fin. Deretter:

m (CH₄) = 0,68 kg/m³ * 1m³ = 0,68 kg, siden kubikkmeter reduseres.

Formelen for volumet av gass er derimot bygd opp av indikatorene for masse og tetthet. Det vil si at vi kan uttrykke denne verdien fra konfigurasjonen ovenfor:

V = m / þ, under standardforhold vil volumet av 2 kg metan være: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Også, i mer komplekse tilfeller (når forholdene er ikke-standard), brukes Mendeleev-Clapeyron-ligningen til å beregne massen og volumet av gasser, som har formen:

p * V = m / M * R * T, hvor p er gasstrykket, V er volumet, m og M er henholdsvis massen og molar masse, R er den universelle gasskonstanten lik 8,314, T er temperaturen i Kelvin.

Denne formelen for volumet av gass gjør det mulig å oppnåberegninger er svært nær verdien av en ideell gass, som eksisterer rent hypotetisk og brukes til et abstrakt konsept for å løse problemer innen fysikk og kjemi. Du kan også beregne volumet ved å bruke Boyle-Mariotte-ligningen, som ser slik ut:

V = p_n*V_n* T / p * T_n hvor verdiene med nedskreven n er verdiene under normale standardforhold.

For å gjøre beregningen så nøyaktig som mulig ogsamsvarte med virkeligheten, er det nødvendig å ta hensyn til en slik parameter som tettheten til gassen. Formelen for å beregne denne parameteren er fortsatt et kontroversielt spørsmål. Det er vanlig å bruke den vanligste enkle, som ser slik ut:

þ = m₀ *n, hvor m₀ er massen til molekylet (kg), og n er konsentrasjonen, måleenheten er 1 / m³.

Men i noen tilfeller er det nødvendig å bruke andre, mer komplekse og komplette beregninger med flere variabler for å få et nøyaktig og nær ideelt resultat.