Naturgas: formel. Gasens kemiska formel. Alla typer av naturgas

Många olika gaser är kända idag.En person tar emot några av dem med laboratoriemetoder, från kemikalier, vissa bildas av sig själva som ett resultat av reaktioner som biprodukter. Och vilka gaser föds i naturen? De viktigaste sådana gaserna av naturligt, naturligt ursprung är fyra:

• naturgas, vars formel är CH₄;
• kväve, N₂;
• väte, H₂;
• koldioxid, CO₂.

Naturligtvis finns det några andra -syre, vätesulfid, ammoniak, inerta gaser, kolmonoxid. Ovanstående är dock praktiskt taget betydelsefulla för människor och används av dem för olika ändamål, inklusive som bränsle.

Vad är naturgas?

Naturgas är en gas som ger ossnatur. Det vill säga den vars innehåll i jordens tarmar är mycket högre och mer än den mängd som erhålls i industrin till följd av kemiska reaktioner.

Det är allmänt accepterat att kalla naturgas metan, men detta är inte helt sant. Om vi ​​betraktar sammansättningen av en sådan gas med fraktioner kan du se dess följande komponentsammansättning:

• metan (upp till 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• väte;
• koldioxid;
• kväve;
• vätesulfid (små, spårmängder).

Således visar det sig att naturgas är en blandning av flera gaser av naturligt ursprung.

Naturgas: formel

Ur kemisk synvinkel, naturgasär en blandning av linjära enkla kolväten - metan, etan, propan och butan. Men eftersom den större volymen fortfarande är metan är det vanligt att uttrycka den allmänna formeln för naturgas med formeln metan direkt. Så det visar sig att den kemiska formeln för naturgas metan -СН₄.

Resten av komponenterna har följande empiriska formler inom kemi:

• etan - C₂H₆;
• propan - C₃H₈;
• butan - C₄H₁₀;
• koldioxid - CO₂;
• kväve - N₂;
• väte - H₂;
• vätesulfid - H₂S.

En blandning av dessa ämnen är naturgas.Formeln för dess huvudförening, metan, visar att dess kolhalt är mycket låg. Detta påverkar dess fysiska egenskaper, såsom förmågan att bränna med en färglös, helt rökfri eld. Medan andra representanter för sin homologa serie (ett antal mättade kolväten eller alkaner), när de bränns, bildar de en svart rökig flamma.

Att vara i naturen

I naturen finns denna gas djupt under jord, under tjocka och täta lager av sedimentära bergarter. Det finns två huvudteorier om naturgasens ursprung i naturen.

1. Teorin om tektoniska bergrörelser.Förespråkare för denna teori tror att kolväten alltid finns i jordens inre och stiger som ett resultat av tektoniska rörelser och uppåtgående sammandragningar. På övervåningen omvandlar högtryck och förändrade temperaturer dem genom kemiska reaktioner till två naturliga mineraler - olja och gas.
2. Den biogena teorin talar om en annan metod, isom ett resultat av vilket naturgas bildades. Dess formel återspeglar den kvalitativa sammansättningen - kol och väte, vilket antyder att levande organiska varelser deltog i dess bildning, vars kroppar mestadels byggdes av dessa element, som alla levande saker på vår planet som fortfarande finns. Med tiden sjönk de döda resterna av djur och växter lägre och lägre till havets botten, där det varken var syre eller bakterier som kunde sönderdela och bearbeta denna organiska massa. Som ett resultat av anaerob oxidation upplöstes biomassa och under miljontals år bildades två mineralkällor - olja och gas. I detta fall är grunden för båda densamma - dessa är kolväten och delvis lågmolekylära ämnen. Den kemiska formeln för gas och olja bevisar detta. Men under påverkan av olika förhållanden bildas olika produkter: högt tryck och temperatur - gas, låga indikatorer - olja.

Idag ägs de huvudsakliga insättningarna och gasreserverna av länder som Ryssland, USA, Kanada, Iran, Norge och Nederländerna.

Enligt dess aggregeringstillstånd kan naturgas inte alltid endast innehålla gasens tillstånd. Det finns flera alternativ för kondens:

1. Gasen upplöses i oljemolekyler.
2. Gasen upplöses i vattenmolekyler.
3. Gasen bildar fasta gashydrater.
4. Under normala förhållanden en gasformig förening.

Var och en av dessa stater har sin egen insättning och är mycket värdefull för människor.

Komma in i laboratoriet och industrin

Förutom produktionsanläggningar för naturgasdet finns ett antal sätt att få det i laboratoriet. Emellertid används dessa metoder naturligtvis endast för små delar av produkten, eftersom det inte är ekonomiskt lönsamt att genomföra naturgassyntes i ett laboratorium.

Laborationsmetoder:

1. Hydrolys av en lågmolekylär förening - aluminiumkarbid: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Från natriumacetat i närvaro av alkali: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Från syntesgas: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Från enkla ämnen - väte och kol - vid förhöjd temperatur och tryck.

Den kemiska formeln för naturgas återspeglas av metanformeln, därför är alla reaktioner som är karakteristiska för alkaner karaktäristiska för denna gas.

Inom industrin erhålls metan genom extraktion frånnaturliga avlagringar och vidare bearbetning med fraktioner. Den resulterande gasen måste också rengöras. När allt kommer omkring visar formeln för naturgas metan bara en del av de komponenter som den innehåller. Och för användning i vardagen behöver du en ren gas som inte innehåller andra ämnen än metan. Separerad etan, propan, butan och andra gaser används också i stor utsträckning.

Fysiska egenskaper

Formeln för en gas ger en uppfattning om vilka fysiska egenskaper den ska ha. Tänk på vad dessa egenskaper är.

1. Ett färglöst, luktfritt ämne.
2. Ungefärlig densitet varierar mellan 0,7-1 kg / m^3.
3. Förbränningstemperatur 650⁰S.
4. Nästan två gånger lättare än luft.
5. Värmen som släpps ut under förbränningen av en kubikmeter gas är 46 miljoner joule.
6. I höga koncentrationer (över 15%) i luft är gasen mycket explosiv.
7. När det används som bränsle uppvisar det ett oktantal på 130.

Ren gas erhålls först efter att den har passerat genom speciella reningsverk (installationer) som uppförs på gruvplatsen.

ansökan

Det finns flera användningsområden för naturgas. Förutom dess huvudkomponent, vars gasformel är CH₄används alla andra komponenter i blandningen.

1. Hushållens sfär i människors liv.Detta inkluderar gas för matlagning, uppvärmning av bostadshus, bränsle för pannrum och så vidare. Särskilda ämnen som tillhör gruppen merkaptaner tillsätts till gasen som används för matlagning. Detta görs så att i händelse av ett rörläckage eller annan utelämnande av gas kan människor känna lukten av det och vidta åtgärder. En blandning av hushållsgas (som är en blandning av propan och butan) är extremt explosiv i höga koncentrationer. Mercaptans, å andra sidan, gör naturgas specifik och obehaglig att lukta. Deras formel innehåller element som svavel och fosfor, vilket ger dem en sådan specificitet.

2. Kemisk produktion.I detta område är en av de viktigaste initiala substanserna för många reaktioner för framställning av viktiga föreningar naturgas, vars formel visar i vilka synteser den kan delta:

• grunden för produktion av plast, som är det vanligaste moderna materialet för nästan alla industrier;
• råvaror för syntes av etyn, vätecyanid och ammoniak. De listade produkterna själva används senare vid tillverkning av många syntetiska fibrer och tyger, gödselmedel och isolering i konstruktionen;
• gummi, metanol, organiska syror - bildade av metan och andra ämnen. De hittar tillämpning på nästan alla områden av mänskligt liv;
• polyeten och många andra syntetiska föreningar erhölls tack vare metan.

3. Använd som bränsle.Dessutom, för alla typer av mänsklig aktivitet, från tankning av motsvarande typ av bordslampor till drift av termiska kraftverk. Denna typ av bränsle anses vara miljömässigt korrekt och rimlig mot bakgrund av alla alternativa metoder. Men när metan brinner bildar det koldioxid som alla andra organiska ämnen. Och han är känd för att vara orsaken till jordens växthuseffekt. Därför står människor inför uppgiften att hitta en ännu renare och högre kvalitetskälla för termisk energi.

Hittills är dessa alla de viktigaste källorna somanvända naturgas. Dess formel, om vi tar alla komplexa komponenter, visar att det praktiskt taget är en förnybar resurs, bara det tar mycket tid. Vårt land har oerhört tur med gasreserver, eftersom en sådan mängd naturresurser kommer att hålla i många hundra år inte bara för Ryssland utan också för många länder i världen genom export.

Kväve

Det är en integrerad del av olja och gasnaturliga avlagringar. Dessutom upptar denna gas större delen av volymen i luften (78%) och förekommer också i form av naturliga nitratföreningar i litosfären.

Som ett enkelt ämne används kväve praktiskt taget inte av levande organismer. Dess formel är N₂eller, i termer av kemiska bindningar, N2NNärvaron av en sådan stark bindning indikerar en hög stabilitet och kemisk tröghet hos molekylen under normala förhållanden. Detta är vad som förklarar möjligheten att det finns en stor mängd av denna gas i fri form i atmosfären.

I form av en enkel substans kan kväve göra detfixeras av speciella organismer - nodulbakterier. De bearbetar sedan denna gas till en mer lämplig form för växter och ger därmed mineralnäring till rotväxtsystemen.

Det finns flera basiska föreningar i form av kväve som finns i naturen. Deras formel är som följer:

• oxider - NEJ_2, H₂O, N₂HANDLA OM_fem;
• syra - salpetersyra HNO₂ och kväve-HNO₃ (bildas vid blixtnedsläpp från oxider i luften);
• saltpeter - KNO₃, NaNO₃ etc.

Människan använder kväve inte bara i form av en gas utan också i flytande tillstånd. Den har förmågan att gå i flytande tillstånd vid temperaturer under -170⁰C, vilket gör det möjligt att använda den för frysning av växt- och djurvävnader, många material. Det är därför flytande kväve används i stor utsträckning inom medicin.

Kväve är också grunden för att erhålla enav dess huvudföreningar - ammoniak. Produktionen av detta ämne är storskaligt, eftersom det används mycket i vardagen och industrin (produktion av gummi, färgämnen, plast, syntetiska fibrer, organiska syror, färg- och lackproduktion, sprängämnen och så vidare).

Koldioxid

Vad är ämnets formel? Koldioxid skrivs som CO₂... Bindningen i molekylen är kovalent svagt polär,dubbla starka kemiska krafter mellan kol och syre. Detta indikerar molekylens stabilitet och tröghet under normala förhållanden. Detta bekräftas av den fria existensen av koldioxid i jordens atmosfär.

Detta ämne är en beståndsdel av naturgas och olja och ackumuleras också i den övre atmosfären på planeten, vilket orsakar den så kallade växthuseffekten.

En enorm mängd koldioxid bildasnär du bränner någon form av organiskt bränsle. Oavsett om det är kol, trä, gas eller annat bränsle leder fullständig förbränning till bildandet av vatten och detta ämne.

Därför visar det sig att dess ansamling i atmosfären är oundviklig. Därför är en viktig uppgift för det moderna samhället att hitta ett alternativt bränsle som ger ett minimum av växthuseffekten.

Väte

En annan associerad förening som finns i naturliga mineraler är väte. Gas, vars formel är H₂... Det lättaste ämnet hittills känt.

På grund av dess speciella egenskaper upptar dendet periodiska systemet har två positioner - bland alkalimetaller och halogener. Med en elektron kan den både ge (metallegenskaper, reducerande) och acceptera (icke-metalliska egenskaper, oxiderande).

Det huvudsakliga användningsområdet är miljövänliga bränslen, för vilka forskare ser framtiden. Orsaker:

• obegränsade reserver av denna gas;
• bildandet av endast vatten till följd av förbränning.

Den kompletta tekniken för utveckling av väte som energikälla kräver emellertid att många fler nyanser fullbordas.

Formler för beräkning av gasernas massa, densitet och volym

Inom fysik och kemi finns det flera grundläggandemetoder för beräkning av gaser. Så om vi till exempel talar om en av de mest grundläggande parametrarna, såsom gasmassan, kommer beräkningsformeln att vara följande:

m = V * þ, där þ är ämnets densitet och V är dess volym.

Till exempel om vi behöver beräkna massannaturgas med en volym på 1 kubikmeter under normala förhållanden, då tar vi standardvärdet för dess densitet i referensmaterialen. Det kommer att vara lika med 0,68 kg / m³... Nu när vi känner till gasens volym och densitet är beräkningsformeln bra. Sedan:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1m³ = 0,68 kg, eftersom kubikmeter reduceras.

Formeln för gasvolymen är tvärtom summan av indikatorerna för massa och densitet. Vi kan uttrycka detta värde från ovanstående konfiguration:

V = m / þ, då under standardförhållanden blir volymen 2 kg metan: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

I mer komplexa fall (när förhållandena är icke-standardiserade) används också Mendeleev-Clapeyron-ekvationen för att beräkna gasernas massa och volym, som har formen:

p * V = m / M * R * T, där p är gastrycket, V är dess volym, m och M är massa respektive molmassa, R är den universella gaskonstanten lika med 8,314, T är temperaturen i Kelvin.

Denna formel för gasvolymen gör att man kan erhållaberäkningarna ligger mycket nära värdet av en idealgas, som existerar rent hypotetiskt och används för ett abstrakt begrepp för att lösa problem inom fysik och kemi. Du kan också beräkna volymen med Boyle-Mariotte-ekvationen, som ser ut som:

V = s_n* V_n* T / p * T_n där värdena med index n är värdena under normala standardförhållanden.

För att göra beräkningen så exakt som möjligt ochmotsvarar verkligheten är det nödvändigt att ta hänsyn till en sådan parameter som gastäthet. Formeln för beräkning av denna parameter är fortfarande en svag punkt. Det är vanligt att använda den vanligaste enkla, som ser ut som:

þ = m₀ * n, där m₀ är molekylens massa (kg), och n är koncentrationen, måttenheten är 1 / m³.

I vissa fall är det dock nödvändigt att använda andra, mer komplexa och fullständiga beräkningar med flera variabler för att få ett exakt och nära perfekt resultat.