Metano: proprietà, sintesi, reazioni

Il metano è il più semplice e il più noto degli alcani ovvero di quegli idrocarburi saturi che hanno formula generale CnH2n+2.

È costituito da un solo atomo di carbonio che è ibridato sp3 e ha formula CH4 e struttura tetraedrica con angoli di legame di 109.4°.

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Storia

Grandi studiosi come il chimico francese Antoine Lavoisier, il chimico inglese Joseph Priestley e lo scienziato statunitense Benjamin Franklin avevano osservato che in anse stagnanti di fiumi avvicinando una fiamma alla superficie si accendevano delle fiammelle azzurrine e avevano ritenuto che fosse imputabile a esalazioni di “aria infiammabile” di origine minerale.

Nel 1776 il chimico e fisico italiano Alessandro Volta nei pressi di un canneto presso l’isolino Partegora smuovendo il fondo con l‘aiuto di un bastone vide salire a galla delle bolle di gas che raccolse in una bottiglia. Scoprì che questo gas poteva essere incendiato e dedusse che il gas a cui diede il nome di gas delle paludi si formava nella decomposizione di sostanze animali e vegetali.

Proprietà del metano

A temperatura ambiente è un gas inodore e incolore, scarsamente solubile in acqua essendo apolare.

È un gas naturale formatosi nel corso di ere geologiche da resti di organismi rimasti sepolti sul fondo di mari e laghi.

Poiché il metano viene largamente usato come combustibile costituisce una importante valutazione il valore del suo potere calorifico ovvero la quantità di calore che viene rilasciata dalla combustione completa di 1 m3 di gas a 0°C e a pressione atmosferica.

Il potere calorifico inferiore del metano, ovvero il potere calorifico superiore diminuito del calore di condensazione del vapore acqueo durante la combustione è di 8570 kcal/m3

Sintesi

Stante l’abbondanza del gas naturale di cui il metano costituisce circa il 90% si preferisce attingere alle risorse naturali piuttosto che ottenerlo per via sintetica.

Può essere ottenuto attraverso:

Reazioni

Il metano dà le seguenti reazioni:

  • combustione incompleta:
    2 CH4 + 3 O2 → 3 CO + 4 H2O

La reazione di sostituzione radicalica procede tramite una fase di iniziazione in cui tramite scissione omolitica dell’alogeno X2 che è catalizzata dalla luce si ottengono due atomi di alogeno particolarmente reattivi.

Nella fase di propagazione avviene la formazione di CH3·:
CH4 + X· → HX + CH3·
Il radicale CH3· reagisce con X2 per dare un alogenuro alchilico:
CH3· + X2 → X· + CH3X

La terminazione avviene con l’accoppiamento di due radicali:

X· + X· → X2
CH3· + CH3· → CH3CH3
CH3· + X· → CH3X

Razioni analoghe possono avvenire sul prodotto alogenato per dare alogenuri alchilici un cui sono presenti due, tre o quattro atomi di alogeno

  • con biossido di carbonio per dare monossido di carbonio e idrogeno:
     CH4 + CO2 → 2 CO + 2 H2
  • con ossigeno per dare monossido di carbonio e idrogeno:
    2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2
  • con acqua per dare monossido di carbonio e idrogeno:
     CH4 + H2O → 2 CO + 3 H2

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