الميثان
أبسط الهيدروكربونات, الميثان وهو غاز, له الصيغة الكيميائية CH4. الميثان النقي ليس له رائحة, ولكن عند إستخدامه تجاريا يتم خلطه بكميات ضئيلة من الكبريت القوي الرائحة. المركبات مثل إثيل مركبتان تمكن من تتبع أثار الميثان في حالة حدوث تسريب.
وكمكون رئيسي للغاز الطبيعي, فإن الميثان أحد أنواع الوقود المهمة. وحرق جزيء واحد من الميثان في وجود الأكسجين ينتج جزيء من ثاني أكسيد الكربون CO2, و 2 جزيء من الماء H2O.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
الميثان أيضا أحد غازات الصوبة الزجاجية وله عزم تدفئة عام يبلغ 21. ويبلغ المتر المكعب من الميثان 717 جرام.
مصادر الميثان
المصادر الرئيسية للميثان:
- تحلل المخلفات العضوية. - المصادر الطبيعية: المستنقعات 23% - وقود حفريات 20%
يتم استخراج الميثان من الرواسب الجيولوجية حيث يكون مصاحب لأنواع الوقود الهيدروكربوني الأخرى.
- عملية الهضم في الحيوانات ((ماشية) 17%
- البكتريا التى تتواجد أثناء زراعة الأرز.
- تسخين أو حرق الكتلة الحيوية لاهوائيا
60% من الإنبعاثات التى تنتج الميثان ناتجة من الأنشطة البشرية, وخاصة الأنشطة الزراعية. وخلال 200 سنة السابقة, تضاعف تركيز الغاز في الغلاف الجوي من 0.8 إلى 1.6 جزء في المليون.
كما أن الميثان يصنف على أنه كتلة حيوية لأنه يمكن أن ينتج من الحرق الاهوائي لبعض المواد العضوية.
المصادر الصناعية
يمكن تصنيع الميثان وإستخدامه صناعيا, بالتفاعلات الكيميائية مثل تفاعل ساباتير (Sabatier reaction), عملية فيشر-تروف (Fischer-Tropsch process), وأيضا من إعادة تكون البخار. كما أن الغاز يتواجد أيضا في العمليات التى تحدث عند البراكين.
في الضغوط العالية, مثل التى توجد في أعماق المحيطات, يكون الميثان كلاثرات صلب مع الماء. وتوجد منه كميات غير معروفة ومن الممكن أن تكون ضخمة من الميثان في هذا الشكل الرسوبي في المحيط. ويعتقد أنه تنطلق كميات ضخمة من الميثان بطريقة فجائية من هذه الأشكال الرسوبية مما يزيد من ظاهرة السخونة العالمية, كما حدث في الماضى البعيد منذ مايقرب من 55 مليون سنة.
وطبقا لتقديرات أحد المصادر فإن الميثان الموجود في شكل رسوبي في المحيط يقدر بـعشرة ألآف مليار طن.
(BBC) وتقترح النظريات أن هذه الكميات الضخمة من الميثان يمكن أن تنطلق فجأة مرة أخرى, وستسبب إزدياد خطير في درجات الحرارة حيث أن الميثان أقوى بتسع مرات من CO2 في تأثيره على البيت الزجاجي.
تفاعلات الميثان
- الإحتراق
يوجد عديد من الخطوات عند إشتعال الميثان:
يتحول الميثان إلى الجذر ميثيل CH3, والذى يتحول إلى فورمالهيد (HCHO أو H2CO). ويتحول الفورمالدهيد إلى الجذر فورمال HCO, والذى بدوره يكون أول أكسيد الكربون CO. وهذه العملية يطلق عليها إنحلال حراري:
CH4 + O2 → CO + H2 + H2O
ثم يتبع ذلك عملية إنحلال حراري تاكسدية, حيث يتأكسد H2, وينتج عن ذلك H2O, مما يكرر وجود المتفاعلات النشطة مرة أخرى, ويطلق حرارة. ويحدث هذا بسرعة جدا ، في وقت أقل من المللى ثانية.
H2 + ½ O2 → H2O
واخيرا, يتأكسد CO, ليكون CO2, وينطلق مزيد من الحرارة. وهذه العملية أبطيء من العمليات الأخرى, وتحتاج لعدد من مللى مترات الثانية لتكتمل:
CO + ½ O2 → CO2
- تنشيط الهيدروجين
الرابطة التساهمية القوية بين الكربون-الهيدروجين في الميثان هى واحدة من أقوى الروابط الهيديروجينية, وعلى ذلك فإن إستخدامها كمادة اولية في صناعة البتروكيمياويات محدود. ولايزال البحث جاريا عن عامل حفز مناسب لتكسير الرابطة بين C-H في الميثان والألكانات المنخفضة الأخرى.
- الهلجنة
الميثان خارج الكرة الأرضية
يعتقد ان الميثان تم تحديد وجوده في أماكن عديدة في النظام الشمسي. ويعتقد أنه تكون خلال العمليات الغير عضوية التى كانت تصاحب تطور النظام الشمسي, كما أن هناك إعتقاد أنه تكون في وجود حياة على المريخ.
- كوكب المشترى
- كوكب المريخ
- كوكب زحل
- قمر أيابيتوس
- قمر تيتان
- كوكب نيبتون
- قمر تريون
- كوكب أورانوس
- قمر أريل
- قمر ميرندا
- قمر أوبيرون
- قمر تيتانيا
- قمر أمبريل
- المذنب هالي
- المذنب هياكوتاكي
كما توجد أثار لغاز الميثان في طبقة رقيقة على القمر التابع للأرض. كما أن هناك بعض الإكتشافات حول وجود الميثان في السحابات الموجودة بين النجوم.
استخدامات الميثان
تحضر منه الكثير من المركبات العضوية مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون الذي يستخدم في اطفاء الحرائق وكمذيب ايضا,كما يدخل في صناعات كثيرة مثل صناعة البلاستيك والنايلون والكحولات والفورمالدهيد.
- يكون حوالي 80%من الغاز الطبيعي المستخدم كوقود.
- يستخدم في الاحتراق للحصول على الطاقة ، فالكيلو جرام منه يعطي 13300سعر.
- يحضر منه اسود الكربون الذي يستخدم في حبر الطباعة.
- يحضر منه النيتروميثان الذي يستخدم في عمل العقاقير الطبية والمبيدات الحشرية والمفرقعات.
- يستخدم في تحضير غاز الاصطناع.