Gaz ziemny: formuła. Wzór chemiczny gazu. Wszystkie rodzaje gazu ziemnego

Obecnie znanych jest wiele różnych gazów.Część z nich otrzymuje się metodami laboratoryjnymi, z chemikaliów, niektóre powstają same w wyniku reakcji jako produkty uboczne. A jakie gazy rodzą się w przyrodzie? Główne takie gazy naturalnego, naturalnego pochodzenia to cztery:

• gaz ziemny, którego formuła to CH₄;
• azot, N₂;
• wodór, H.₂;
• dwutlenek węgla, CO₂.

Oczywiście jest kilka innych -tlen, siarkowodór, amoniak, gazy obojętne, tlenek węgla. Jednak te wymienione powyżej mają praktycznie znaczenie dla ludzi i są przez nich wykorzystywane do różnych celów, w tym jako paliwo.

Co to jest gaz ziemny?

Gaz ziemny to gaz, który nas dajeNatura. Czyli tego, którego zawartość w jelitach Ziemi jest znacznie wyższa i większa niż ilość uzyskiwana w przemyśle w wyniku reakcji chemicznych.

Powszechnie przyjmuje się nazywanie gazu ziemnego metanem, ale nie jest to do końca prawdą. Jeśli weźmiemy pod uwagę skład takiego gazu według frakcji, można zobaczyć jego następujący skład składników:

• metan (do 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• wodór;
• dwutlenek węgla;
• azot;
• siarkowodór (małe, śladowe ilości).

Okazuje się więc, że gaz ziemny jest mieszaniną kilku gazów pochodzenia naturalnego.

Gaz ziemny: wzór

Z chemicznego punktu widzenia gaz ziemnyto mieszanina prostych liniowych węglowodorów - metanu, etanu, propanu i butanu. Ponieważ jednak większa objętość to nadal metan, zwyczajowo ogólny wzór gazu ziemnego wyraża się bezpośrednio wzorem metanu. Okazuje się więc, że wzór chemiczny metanu gazu ziemnego -СН₄.

Pozostałe składniki mają następujące wzory empiryczne w chemii:

• etan - C.₂H₆;
• propan - C.₃H₈;
• butan - C.₄H₁₀;
• dwutlenek węgla - CO₂;
• azot - N₂;
• wodór - H.₂;
• siarkowodór - H.₂C.

Mieszaniną tych substancji jest gaz ziemny.Wzór głównego związku, metanu, wskazuje na bardzo niską zawartość węgla. Wpływa to na jego właściwości fizyczne, takie jak zdolność do palenia bezbarwnym płomieniem całkowicie niepalącym. Podczas gdy inni przedstawiciele jej homologicznej serii (szereg nasyconych węglowodorów lub alkanów) po spaleniu tworzą czarny dymny płomień.

Będąc w naturze

W naturze gaz ten znajduje się głęboko pod ziemią, pod grubymi i gęstymi warstwami skał osadowych. Istnieją dwie główne teorie dotyczące pochodzenia gazu ziemnego w przyrodzie.

1. Teoria ruchów tektonicznych skał.Zwolennicy tej teorii uważają, że węglowodory są zawsze zawarte we wnętrzu Ziemi i podnoszą się w wyniku ruchów tektonicznych i skurczów w górę. Na piętrze wysokie ciśnienie i zmieniające się temperatury przekształcają je w wyniku reakcji chemicznych w dwa naturalne minerały - ropę i gaz.
2. Teoria biogeniczna mówi o innej metodzie, ww wyniku czego powstał gaz ziemny. Jego formuła odzwierciedla skład jakościowy - węgiel i wodór, co sugeruje, że w jego powstawaniu brały udział żywe istoty organiczne, których ciała zostały w większości zbudowane z tych pierwiastków, podobnie jak wszystkie żyjące istoty na naszej planecie, które nadal istnieją. Z biegiem czasu martwe szczątki zwierząt i roślin opadały coraz niżej na dno oceanu, gdzie nie było ani tlenu, ani bakterii zdolnych do rozkładu i przetwarzania tej organicznej masy. W wyniku utleniania beztlenowego biomasa uległa dezintegracji, a przez miliony lat powstały dwa źródła minerałów - ropa i gaz. W tym przypadku podstawa obu jest taka sama - są to węglowodory i częściowo substancje niskocząsteczkowe. Dowodzi tego wzór chemiczny gazu i ropy. Jednak pod wpływem różnych warunków powstają różne produkty: wysokie ciśnienie i temperatura - gaz, niskie wskaźniki - olej.

Obecnie główne złoża i złoża gazu posiadają takie kraje jak Rosja, USA, Kanada, Iran, Norwegia i Holandia.

Zgodnie ze stanem skupienia gaz ziemny nie zawsze może znajdować się tylko w stanie gazowym. Istnieje kilka opcji jego kondensacji:

1. Gaz jest rozpuszczany w cząsteczkach oleju.
2. Gaz jest rozpuszczany w cząsteczkach wody.
3. Gaz tworzy stałe hydraty gazu.
4. W normalnych warunkach związek gazowy.

Każdy z tych stanów ma swój własny depozyt i jest bardzo cenny dla ludzi.

Wejście do laboratorium i przemysłu

Oprócz miejsc wydobycia gazu ziemnegoistnieje wiele sposobów na uzyskanie go w laboratorium. Jednak metody te są oczywiście stosowane tylko dla małych porcji produktu, ponieważ nie jest opłacalne ekonomicznie przeprowadzanie syntezy gazu ziemnego w laboratorium.

Metody laboratoryjne:

1. Hydroliza związku niskocząsteczkowego - węglika glinu: AL₄Z₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Z octanu sodu w obecności zasady: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂WSPÓŁ_3.
3. Z gazu syntezowego: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Z prostych substancji - wodoru i węgla - w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu.

Wzór chemiczny gazu ziemnego odzwierciedla wzór metanu, dlatego wszystkie reakcje charakterystyczne dla alkanów są charakterystyczne dla tego gazu.

W przemyśle metan jest pozyskiwany znaturalne złoża i dalsze przetwarzanie na frakcje. Powstały gaz należy również oczyścić. W końcu formuła metanu gazu ziemnego pokazuje tylko część zawartych w nim składników. A do codziennego użytku potrzebny jest czysty gaz, który nie zawiera żadnych innych substancji poza metanem. Szeroko stosuje się również oddzielony etan, propan, butan i inne gazy.

Właściwości fizyczne

Wzór gazu daje wyobrażenie o tym, jakie powinny mieć właściwości fizyczne. Zastanów się, jakie są te cechy.

1. Bezbarwna, bezwonna substancja.
2. Przybliżona gęstość waha się między 0,7-1 kg / m^3.
3. Temperatura spalania 650⁰C.
4. Prawie dwukrotnie lżejszy od powietrza.
5. Ciepło uwolnione podczas spalania jednego metra sześciennego gazu wynosi 46 milionów dżuli.
6. W wysokich stężeniach (powyżej 15%) w powietrzu gaz jest silnie wybuchowy.
7. Stosowany jako paliwo wykazuje liczbę oktanową 130.

Czysty gaz uzyskuje się dopiero po przepuszczeniu go przez specjalne oczyszczalnie (instalacje), które powstają na miejscu wydobycia.

Aplikacja

Istnieje kilka głównych obszarów zastosowań gazu ziemnego. Rzeczywiście, oprócz głównego składnika, którego formuła gazowa to CH₄wszystkie inne składniki mieszaniny są używane.

1. Życie codzienne ludzi.Obejmuje to gaz do gotowania, ogrzewania budynków mieszkalnych, paliwo do kotłowni i tak dalej. Do gazu używanego do gotowania dodawane są specjalne substancje należące do grupy merkaptanów. Dzieje się tak, aby w przypadku nieszczelności rury lub innego braku gazu, ludzie mogli go wyczuć i podjąć działania. Mieszanina gazu domowego (będąca mieszaniną propanu i butanu) jest wyjątkowo wybuchowa w wysokich stężeniach. Z drugiej strony merkaptany powodują, że gaz ziemny jest specyficzny i nieprzyjemny w zapachu. Ich formuła zawiera takie pierwiastki jak siarka i fosfor, co nadaje im taką specyficzność.

2. Produkcja chemiczna.W tej dziedzinie jedną z głównych substancji wyjściowych do wielu reakcji otrzymywania ważnych związków jest gaz ziemny, którego wzór wskazuje, w jakich syntezach może brać udział:

• podstawa do produkcji tworzyw sztucznych, które są najczęściej stosowanym nowoczesnym materiałem dla prawie wszystkich gałęzi przemysłu;
• surowce do syntezy etyny, cyjanowodoru i amoniaku. Same wymienione produkty są później wykorzystywane do produkcji wielu włókien i tkanin syntetycznych, nawozów i izolacji w budownictwie;
• guma, metanol, kwasy organiczne - powstają z metanu i innych substancji. Znajdują zastosowanie w prawie wszystkich sferach życia ludzkiego;
• Dzięki metanowi otrzymano polietylen i wiele innych związków syntetycznych.

3. Użyj jako paliwa.Ponadto przy każdym rodzaju działalności człowieka, od tankowania odpowiedniego typu lamp stołowych po eksploatację elektrociepłowni. Ten rodzaj paliwa jest uważany za przyjazny dla środowiska i rozsądny na tle wszystkich alternatywnych metod. Jednak podczas spalania metan tworzy dwutlenek węgla, jak każda inna substancja organiczna. Wiadomo, że jest przyczyną efektu cieplarnianego Ziemi. Dlatego ludzie stają przed zadaniem znalezienia jeszcze czystszego i wyższej jakości źródła energii cieplnej.

Jak dotąd są to wszystkie główne źródłaużywać gazu ziemnego. Jego formuła, jeśli weźmiemy wszystkie złożone składniki, pokazuje, że jest to praktycznie surowiec odnawialny, tylko zajmuje dużo czasu. Nasz kraj ma ogromne szczęście do rezerw gazu, bo taka ilość surowców wystarczy na wiele setek lat nie tylko dla samej Rosji, ale także dla wielu krajów świata poprzez eksport.

Azot

Jest integralną częścią ropy i gazunaturalne złoża. Ponadto gaz ten zajmuje większość objętości w powietrzu (78%), a także występuje w litosferze w postaci naturalnych związków azotanu.

Jako prosta substancja, żywe organizmy praktycznie nie wykorzystują azotu. Jego formuła to N₂lub, jeśli chodzi o wiązania chemiczne, N≡N.Obecność tak silnego wiązania wskazuje na wysoką stabilność i obojętność chemiczną cząsteczki w normalnych warunkach. To wyjaśnia możliwość istnienia dużej ilości tego gazu w postaci wolnej w atmosferze.

W postaci prostej substancji azot jest w stanieutrwalone przez specjalne organizmy - bakterie guzkowe. Następnie przetwarzają ten gaz na postać bardziej odpowiednią dla roślin, zapewniając w ten sposób mineralne odżywianie systemom roślin korzeniowych.

Istnieje kilka podstawowych związków, w postaci których azot występuje w przyrodzie. Ich formuła jest następująca:

• tlenki - NIE_2, N₂O, N₂Oh_pięć;
• kwas - azotawy HNO₂ i azot HNO₃ (powstały podczas wyładowań atmosferycznych z tlenków w powietrzu);
• saletra - KNO₃, NaNO₃ itp.

Człowiek używa azotu nie tylko w postaci gazu, ale także w stanie ciekłym. Posiada zdolność przechodzenia w stan ciekły w temperaturach poniżej -170⁰C, co pozwala na użycie go do zamrażania tkanek roślinnych i zwierzęcych, wielu materiałów. Dlatego ciekły azot jest szeroko stosowany w medycynie.

Podstawą jego uzyskania jest również azotjego głównych związków - amoniaku. Produkcja tej substancji odbywa się na dużą skalę, ponieważ jest ona bardzo szeroko stosowana w życiu codziennym i przemyśle (produkcja kauczuków, barwników, tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, kwasów organicznych, produkcja farb i lakierów, materiały wybuchowe itp.).

Dwutlenek węgla

Jaka jest formuła substancji? Dwutlenek węgla jest zapisywany jako CO₂... Wiązanie w cząsteczce jest kowalencyjne słabo polarne,podwójne silne siły chemiczne między węglem a tlenem. Wskazuje to na stabilność i obojętność cząsteczki w normalnych warunkach. Potwierdzeniem tego faktu jest swobodne występowanie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej.

Substancja ta jest składnikiem gazu ziemnego i ropy naftowej, a także gromadzi się w górnych warstwach atmosfery planety powodując tzw. Efekt cieplarniany.

Powstaje ogromna ilość dwutlenku węglapodczas spalania wszelkiego rodzaju paliw organicznych. Niezależnie od tego, czy jest to węgiel, drewno, gaz czy inne paliwo, całkowite spalanie prowadzi do powstania wody i tej substancji.

Stąd okazuje się, że jego nagromadzenie w atmosferze jest nieuniknione. Dlatego ważnym zadaniem współczesnego społeczeństwa jest znalezienie alternatywnego paliwa, które daje minimum efektu cieplarnianego.

Wodór

Innym związkiem związanym z naturalnymi minerałami jest wodór. Gaz, którego wzór to H.₂... Najlżejsza znana dotychczas substancja.

Ze względu na swoje szczególne właściwości zajmujeukład okresowy ma dwie pozycje - wśród metali alkalicznych i halogenów. Mając jeden elektron, jest w stanie zarówno dawać (właściwości metaliczne, redukujące), jak i przyjmować (właściwości niemetaliczne, utlenianie).

Głównym obszarem zastosowań są paliwa przyjazne dla środowiska, dla których naukowcy widzą przyszłość. Przyczyny:

• nieograniczone rezerwy tego gazu;
• w wyniku spalania powstaje tylko woda.

Jednak pełna technologia rozwoju wodoru jako źródła energii wymaga uzupełnienia o wiele więcej niuansów.

Wzory do obliczania masy, gęstości i objętości gazów

W fizyce i chemii jest kilka podstawowychmetody obliczania gazów. Na przykład, jeśli mówimy o jednym z najbardziej podstawowych parametrów, takim jak masa gazu, wzór na obliczenia będzie wyglądał następująco:

m = V * þ, gdzie þ to gęstość substancji, a V to jej objętość.

Na przykład, jeśli musimy obliczyć masęgaz ziemny o objętości 1 metra sześciennego w normalnych warunkach, wówczas przyjmujemy standardową średnią wartość jego gęstości w materiałach odniesienia. Będzie równy 0,68 kg / m³... Teraz, gdy znamy objętość i gęstość gazu, wzór do obliczeń jest w porządku. Następnie:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 m³ = 0,68 kg, ponieważ zmniejsza się metry sześcienne.

Z drugiej strony wzór na objętość gazu jest połączeniem masy i gęstości. Oznacza to, że możemy wyrazić tę wartość z powyższej konfiguracji:

V = m / þ, to w warunkach normalnych objętość 2 kg metanu wyniesie: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Również w bardziej złożonych przypadkach (gdy warunki są niestandardowe) do obliczenia masy i objętości gazów stosuje się równanie Mendelejewa-Clapeyrona, które ma postać:

p * V = m / M * R * T, gdzie p to ciśnienie gazu, V to jego objętość, m i M to odpowiednio masa i masa molowa, R to uniwersalna stała gazowa równa 8,314, T to temperatura w kelwinach.

Ten wzór na objętość gazu umożliwia uzyskanieobliczenia są bardzo zbliżone do wartości gazu doskonałego, który istnieje czysto hipotetycznie i jest używany jako abstrakcyjne pojęcie w rozwiązywaniu problemów z fizyki i chemii. Możesz również obliczyć objętość za pomocą równania Boyle-Mariotte, które wygląda następująco:

V = p_n* V_n* T / p * T_n gdzie wartości o indeksie n są wartościami w normalnych warunkach standardowych.

Aby obliczenia były jak najbardziej dokładne iodpowiadał rzeczywistości, należy wziąć pod uwagę taki parametr, jak gęstość gazu. Wzór na obliczenie tego parametru jest nadal dyskusyjny. Zwykle używa się najczęstszego prostego, który wygląda następująco:

þ = m₀ * n, gdzie m₀ to masa cząsteczki (kg), an to stężenie, jednostka miary to 1 / m³.

Jednak w niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie innych, bardziej złożonych i kompletnych obliczeń z kilkoma zmiennymi w celu uzyskania dokładnego i bliskiego ideału wyniku.