Gaz natural: formula. Formula chimică a gazului. Toate tipurile de gaze naturale

Multe gaze diferite sunt cunoscute astăzi.O persoană primește unele dintre ele prin metode de laborator, din substanțe chimice, unele sunt formate de la sine ca urmare a reacțiilor ca subproduse. Și ce gaze se nasc în natură? Principalele astfel de gaze de origine naturală și naturală sunt patru:

• gaz natural, a cărui formulă este CH₄;
• azot, N₂;
• hidrogen, H₂;
• dioxid de carbon, CO₂.

Desigur, mai sunt și alții -oxigen, hidrogen sulfurat, amoniac, gaze inerte, monoxid de carbon. Cu toate acestea, cele enumerate mai sus sunt practic semnificative pentru oameni și sunt utilizate de aceștia în diverse scopuri, inclusiv ca combustibil.

Ce este gazul natural?

Gazul natural este un gaz care ne dănatură. Adică cel al cărui conținut în intestinele Pământului este mult mai mare și mai mare decât cantitatea care se obține în industrie ca urmare a reacțiilor chimice.

În general, este acceptat să se numească metan al gazelor naturale, dar acest lucru nu este în totalitate adevărat. Dacă luăm în considerare compoziția unui astfel de gaz pe fracțiuni, atunci puteți vedea următoarea compoziție a acestuia:

• metan (până la 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• hidrogen;
• dioxid de carbon;
• azot;
• hidrogen sulfurat (cantități mici, urme).

Astfel, se dovedește că gazul natural este un amestec de mai multe gaze de origine naturală.

Gaz natural: formula

Din punct de vedere chimic, gazul naturaleste un amestec de hidrocarburi liniare simple - metan, etan, propan și butan. Dar, deoarece un volum mai mare este încă metan, este obișnuit să se exprime formula generală a gazului natural prin formula metanului direct. Deci, se dovedește că formula chimică a gazului natural metan -СН₄.

Restul componentelor au următoarele formule empirice în chimie:

• etan - C₂H₆;
• propan - C₃H₈;
• butan - C₄H₁₀;
• dioxid de carbon - CO₂;
• azot - N₂;
• hidrogen - H₂;
• hidrogen sulfurat - H₂S.

Un amestec al acestor substanțe este gazul natural.Formula principalului său compus, metanul, arată că conținutul său de carbon este foarte scăzut. Acest lucru afectează proprietățile sale fizice, cum ar fi capacitatea de a arde cu o flacără incoloră, complet nefumătoare. În timp ce alți reprezentanți ai seriei sale omoloage (un număr de hidrocarburi saturate sau alcani), atunci când ard, formează o flacără fumurie neagră.

Fiind în natură

În natură, acest gaz se găsește adânc sub pământ, sub straturi groase și dense de roci sedimentare. Există două teorii principale despre originea gazelor naturale în natură.

1. Teoria mișcărilor rocii tectonice.Susținătorii acestei teorii cred că hidrocarburile sunt întotdeauna conținute în interiorul pământului și cresc ca urmare a mișcărilor tectonice și a contracțiilor ascendente. La etaj, presiunea ridicată și temperaturile variabile le transformă prin reacții chimice în două minerale naturale - petrol și gaze.
2. Teoria biogenă vorbește despre o altă metodă, înîn urma căreia s-a format gaz natural. Formula sa reflectă compoziția calitativă - carbon și hidrogen, ceea ce sugerează că ființele organice vii au participat la formarea sa, ale căror corpuri au fost construite în mare parte din aceste elemente, la fel ca toate ființele vii de pe planeta noastră care încă există. În timp, rămășițele moarte ale animalelor și plantelor s-au scufundat din ce în ce mai jos pe fundul oceanului, unde nu existau nici oxigen, nici bacterii capabile să descompună și să proceseze această masă organică. Ca urmare a oxidării anaerobe, biomasa s-a dezintegrat și, de-a lungul a milioane de ani, s-au format două surse de minerale - petrol și gaze. În acest caz, baza ambelor este aceeași - acestea sunt hidrocarburi și substanțe parțial moleculare joase. Formula chimică a gazului și a petrolului demonstrează acest lucru. Cu toate acestea, sub influența diferitelor condiții, se formează diferite produse: presiune și temperatură ridicată - gaz, indicatori scăzuti - petrol.

Astăzi, principalele depozite și rezerve de gaze sunt deținute de țări precum Rusia, SUA, Canada, Iran, Norvegia și Olanda.

Conform stării sale de agregare, gazele naturale nu pot fi întotdeauna conținute numai în stare gazoasă. Există mai multe opțiuni pentru condensarea acestuia:

1. Gazul este dizolvat în molecule de ulei.
2. Gazul este dizolvat în molecule de apă.
3. Gazul formează hidrați de gaz solizi.
4. În condiții normale, un compus gazos.

Fiecare dintre aceste condiții are propriul depozit și este foarte valoroasă pentru oameni.

Intrarea în laborator și industrie

Pe lângă siturile de producere a gazelor naturale,există o serie de modalități de a-l obține în laborator. Cu toate acestea, aceste metode, desigur, sunt utilizate numai pentru porțiuni mici ale produsului, deoarece nu este rentabil din punct de vedere economic să se realizeze sinteza gazelor naturale într-un laborator.

Metode de laborator:

1. Hidroliza unui compus low-molecular - carbură de aluminiu: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Din acetat de sodiu în prezență de alcali: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Din gaz de sinteză: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Din substanțe simple - hidrogen și carbon - la temperatură și presiune ridicate.

Formula chimică a gazului natural este reflectată de formula metanului, prin urmare toate reacțiile caracteristice alcanilor sunt caracteristice acestui gaz.

În industrie, metanul se obține prin extracție dindepozite naturale și prelucrarea ulterioară prin fracțiuni. De asemenea, gazul rezultat trebuie curățat. La urma urmei, formula gazului metan arată doar o parte din acele componente pe care le conține. Și pentru uz casnic, aveți nevoie de un gaz curat care să nu conțină alte substanțe decât metanul. Etanul separat, propanul, butanul și alte gaze sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă.

Proprietăți fizice

Formula unui gaz oferă o idee despre ce proprietăți fizice ar trebui să aibă. Luați în considerare care sunt aceste caracteristici.

1. O substanță incoloră, inodoră.
2. Densitatea aproximativă variază între 0,7-1 kg / m^3.
3. Temperatura de ardere 650⁰S.
4. Aproape de două ori mai ușor decât aerul.
5. Căldura eliberată în timpul arderii unui metru cub de gaz este de 46 de milioane de jouli.
6. În concentrații mari (peste 15%) în aer, gazul este extrem de exploziv.
7. Când este utilizat ca combustibil, acesta prezintă un număr octanic de 130.

Gazul pur se obține numai după trecerea acestuia prin instalații speciale de tratare (instalații), care sunt ridicate la locul exploatării.

cerere

Există mai multe domenii principale de aplicare a gazelor naturale. Într-adevăr, pe lângă componenta sa principală, a cărei formulă de gaz este CH₄, sunt utilizate toate celelalte componente ale amestecului.

1. Viața de zi cu zi a oamenilor.Aceasta include gazul pentru gătit, încălzirea clădirilor rezidențiale, combustibilul pentru camerele de cazane etc. Substanțele speciale aparținând grupului de mercaptani sunt adăugate la gazul utilizat pentru gătit. Acest lucru se face astfel încât, în cazul scurgerii unei țevi sau a altor omisiuni de gaze, oamenii să o poată mirosi și să ia măsuri. Un amestec de gaz casnic (care este un amestec de propan și butan) este extrem de exploziv în concentrații mari. Mercaptanii, pe de altă parte, fac ca gazele naturale să fie specifice și neplăcute la miros. Formula lor include elemente precum sulful și fosforul, ceea ce le conferă o asemenea specificitate.

2. Producția chimică.În acest domeniu, una dintre principalele substanțe inițiale pentru multe reacții la prepararea compușilor importanți este gazul natural, a cărui formulă arată în ce sinteze poate lua parte:

• baza pentru producția de materiale plastice, care sunt cel mai comun material modern pentru aproape toate industriile;
• materii prime pentru sinteza etinei, cianurii de hidrogen și a amoniacului. Produsele listate sunt folosite ulterior în producția multor fibre și țesături sintetice, îngrășăminte și izolații în construcții;
• cauciuc, metanol, acizi organici - se formează din metan și alte substanțe. Ei își găsesc aplicarea în aproape toate sferele vieții umane;
• polietilena și mulți alți compuși sintetici au fost obținuți datorită metanului.

3. Folosiți ca combustibil.Mai mult, pentru orice fel de activitate umană, de la alimentarea cu tipul corespunzător de lămpi de masă până la funcționarea centralelor termice. Acest tip de combustibil este considerat corect din punct de vedere ecologic și rezonabil pe fondul tuturor metodelor alternative. Cu toate acestea, atunci când arde metanul, formează dioxid de carbon ca orice altă substanță organică. Și se știe că el este cauza efectului de seră al Pământului. Prin urmare, oamenii se confruntă cu sarcina de a găsi o sursă de energie termică chiar mai curată și de calitate superioară.

Până în prezent, acestea sunt toate sursele principale carefolosiți gaze naturale. Formula sa, dacă luăm toate componentele complexe, arată că este practic o resursă regenerabilă, doar că necesită mult timp. Țara noastră este extrem de norocoasă cu rezervele de gaze, deoarece o astfel de cantitate de resurse naturale va dura multe sute de ani nu numai pentru Rusia însăși, ci și pentru multe țări ale lumii prin export.

Azot

Este o parte integrantă a petrolului și gazuluidepozite naturale. În plus, acest gaz ocupă cea mai mare parte a volumului din aer (78%) și apare și sub formă de compuși naturali de azotat în litosferă.

Ca o substanță simplă, azotul nu este practic folosit de organismele vii. Formula sa este N₂, sau, în ceea ce privește legăturile chimice, N≡N.Prezența unei astfel de legături puternice indică o stabilitate ridicată și o inertitate chimică a moleculei în condiții normale. Aceasta explică posibilitatea existenței unei cantități mari din acest gaz sub formă liberă în atmosferă.

Sub forma unei substanțe simple, azotul este capabilfixate de organisme speciale - bacterii nodulare. Apoi procesează acest gaz într-o formă mai potrivită pentru plante și astfel oferă nutriție minerală sistemelor de plante radiculare.

Există mai mulți compuși de bază sub forma cărora există azot în natură. Formula lor este următoarea:

• oxizi - NR_2, N₂PE₂oh_5;
• acid - azotat HNO₂ și azot HNO₃ (format în timpul descărcărilor fulgere de oxizi din aer);
• salpetru - KNO₃, NaNO₃ etc.

Omul folosește azotul nu numai sub formă de gaz, ci și în stare lichidă. Are capacitatea de a intra în stare lichidă la temperaturi sub -170⁰C, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia pentru înghețarea țesuturilor vegetale și animale, multe materiale. De aceea azotul lichid este utilizat pe scară largă în medicină.

De asemenea, azotul este baza pentru obținerea unuiadin compușii săi principali - amoniac. Producția acestei substanțe este la scară largă, deoarece este foarte utilizată în viața de zi cu zi și în industrie (producția de cauciucuri, coloranți, materiale plastice, fibre sintetice, acizi organici, producția de vopsea și lac, explozivi etc.).

Dioxid de carbon

Care este formula substanței? Dioxidul de carbon este scris ca CO₂... Legătura din moleculă este covalentă slab polară,forțe chimice duble puternice între carbon și oxigen. Acest lucru indică stabilitatea și inertitatea moleculei în condiții normale. Acest fapt este confirmat de existența liberă a dioxidului de carbon în atmosfera Pământului.

Această substanță este o parte integrantă a gazelor naturale și a petrolului și, de asemenea, se acumulează în atmosfera superioară a planetei, provocând așa-numitul efect de seră.

Se formează o cantitate imensă de dioxid de carbonla arderea oricărui tip de combustibil organic. Fie că este vorba de cărbune, lemn, gaz sau alt combustibil, arderea completă duce la formarea apei și a acestei substanțe.

Prin urmare, se dovedește că acumularea sa în atmosferă este inevitabilă. Prin urmare, o sarcină importantă a societății moderne este de a găsi un combustibil alternativ care să ofere un minim de efect de seră.

Hidrogen

Un alt compus asociat găsit în mineralele naturale este hidrogenul. Gaz, a cărui formulă este H₂... Cea mai ușoară substanță cunoscută până în prezent.

Datorită proprietăților sale speciale, ocupătabelul periodic are două poziții - printre metalele alcaline și halogeni. Având un singur electron, este capabil să-l dea atât (proprietăți metalice, reducere), cât și să-l accepte (proprietăți nemetalice, oxidare).

Domeniul principal de utilizare este combustibilul ecologic, pentru care oamenii de știință văd viitorul. Cauze:

• rezerve nelimitate de acest gaz;
• formarea numai a apei ca urmare a arderii.

Cu toate acestea, tehnologia completă pentru dezvoltarea hidrogenului ca sursă de energie necesită finalizarea multor alte nuanțe.

Formule pentru calcularea masei, densității și volumului gazelor

În fizică și chimie, există mai multe elemente de bazămetode de calcul al gazelor. De exemplu, dacă vorbim despre unul dintre cei mai de bază parametri, cum ar fi masa gazului, formula pentru calcul va fi următoarea:

m = V * þ, unde þ este densitatea substanței și V este volumul acesteia.

De exemplu, dacă trebuie să calculăm masagaz natural cu un volum de 1 metru cub în condiții normale, atunci luăm valoarea medie standard a densității sale în materialele de referință. Va fi egal cu 0,68 kg / m³... Acum că știm volumul și densitatea gazului, formula de calcul este bună. Atunci:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1m³ = 0,68 kg, deoarece metri cubi sunt reduși.

Formula pentru volumul de gaz, pe de altă parte, constă din indicatorii de masă și densitate. Adică, putem exprima această valoare din configurația de mai sus:

V = m / þ, apoi în condiții standard volumul de 2 kg de metan va fi: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

De asemenea, în cazuri mai complexe (când condițiile sunt non-standard), ecuația Mendeleev-Clapeyron este utilizată pentru a calcula masa și volumul gazelor, care are forma:

p * V = m / M * R * T, unde p este presiunea gazului, V este volumul său, m și M sunt masa și, respectiv, masa molară, R este constanta gazului universal egală cu 8,314, T este temperatura în Kelvin.

Această formulă pentru volumul de gaz vă permitecalculele sunt foarte apropiate de valoarea unui gaz ideal, care există pur ipotetic și este utilizat pentru un concept abstract în rezolvarea problemelor din fizică și chimie. De asemenea, puteți calcula volumul folosind ecuația Boyle-Mariotte, care arată ca:

V = p_n* V_n* T / p * T_n unde valorile cu indicele n sunt valorile în condiții standard normale.

Pentru a face calculul cât mai exact posibil șicorespunzând realității, este necesar să se ia în considerare un astfel de parametru ca densitatea gazului. Formula pentru calcularea acestui parametru este încă un punct discutabil. Este obișnuit să folosiți cel mai comun simplu, care arată ca:

þ = m₀ * n, unde m₀ este masa moleculei (kg), iar n este concentrația, unitatea de măsură este 1 / m³.

Cu toate acestea, în unele cazuri este necesar să se utilizeze alte calcule, mai complexe și complete cu mai multe variabile, pentru a obține un rezultat precis și apropiat de cel ideal.