Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель

§ 22. Властивості метану

Матеріал параграфа допоможе вам:

• довідатися про фізичні властивості метану;
• з’ясувати особливості горіння метану;
• дізнатися про взаємодію метану з хлором.
• отримати інформацію про дію метану на організм.

Фізичні властивості. Метан — газ, який не має запаху. Він легший від повітря. За охолодження до температури -162 °С (за тиску 101,3 кПа) цей газ перетворюється на рідину.

Оскільки молекули метану неполярні, сполука нерозчинна у воді, але добре розчиняється (у деяких випадках — необмежено) в органічних розчинниках.

Хімічні властивості. Метан СН₄ — сполука, яка за хімічною активністю істотно поступається, наприклад, хлороводню НСl. Причиною цього є дуже мала полярність зв’язків С-Н.

За звичайних умов метан не взаємодіє з водою, металами, оксидами, основами, кислотами, солями. Сполука реагує з киснем і галогенами — фтором, хлором, бромом.

Реакція горіння. Метан, як і більшість органічних сполук, є горючою речовиною. На повітрі він горить блідо-синім полум’ям (мал. 49):

СН₄ + 2О₂ →^t СО₂ + 2Н₂О.

Зверніть увагу: у рівняннях реакцій за участю органічних сполук традиційно записують стрілки, а не знаки рівності.

Мал. 49. Горіння метану: а — в газовому пальнику; б — в побутовій плиті

Виявити продукти реакції горіння метану можна за допомогою досліду, зображеного на малюнку 50. Зміна білого кольору безводного купрум(ІІ) сульфату на блакитний свідчить про утворення під час горіння вуглеводню водяної пари, яка взаємодіє із цією сіллю (продукт реакції — мідний купорос). Помутніння вапняної води спричиняє кальцій карбонат, що осаджується в результаті взаємодії вуглекислого газу з розчином кальцій гідроксиду.

Мал. 50. Виявлення продуктів горіння метану

Якщо повітря (кисню) недостатньо, то під час горіння метану, крім вуглекислого газу, може утворюватися чадний газ або вуглець:

СН₄ + О₂ →^t СО + Н₂О;

CH₄ + O₂ →^t C + H₂O.

• Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння.

Про нестачу кисню під час горіння метану може свідчити зміна яскравості полум’я (воно стає жовтим завдяки розжареним дрібним часточкам вуглецю) або поява кіптяви¹ на поверхні предмета (каструлі, чайника), який перебуває в полум’ї.

¹ Кіптява, або сажа, — речовина, яка майже повністю складається з атомів Карбону.

Суміші метану з повітрям або киснем є вибухонебезпечними. Достатньо іскри, щоб стався вибух (мал. 51). Тому потрібно бути дуже обережним із природним газом у побуті, використовувати лише справні газові плити і нагрівачі, періодично провітрювати приміщення, де вони розташовані. Не можна залишати без нагляду плиту чи опалювальний пристрій, у яких горить газ. Забороняється ставити поблизу газової плити легкозаймисті предмети.

Мал. 51. Наслідки вибуху метану

Якщо ви відчули запах газу, негайно перекрийте кран на газопроводі й добре провітріть приміщення. У цей час не можна запалювати сірники, вмикати світло та електроприлади, бо іскра може спричинити вибух газоповітряної суміші.

Вибухи сумішей метану з повітрям, незважаючи на запобіжні заходи, іноді трапляються у вугільних шахтах і становлять загрозу життю шахтарів.

Реакції з галогенами. За освітлення (під дією ультрафіолетових променів)¹ або за нагрівання метан взаємодіє із хлором. Це — реакція заміщення. Вона полягає в послідовному заміщенні атомів Гідрогену в молекулі метану на атоми Хлору:

¹ Таку умову перебігу хімічного перетворення позначають літерами hv.

Перший атом Гідрогену заміщується на атом Хлору важко (через високу симетричність молекули СН₄), а другий, третій і четвертий — легше. Інший запис цих реакцій:

Взаємодію між органічною сполукою і хлором називають реакцією хлорування, а її продукти — хлоропохідними цієї сполуки.

Хлорування метану можна описати такою схемою:

У ній над кожною стрілкою вказано формулу реагенту (зі знаком «плюс»), а під стрілкою — формулу «другорядного» продукту реакції — хлороводню (зі знаком «мінус»). Такий запис послідовних стадій реакції використовують в органічній хімії досить часто.

Здійснити якусь одну стадію взаємодії метану із хлором не вдається; у реакційній суміші завжди наявні кілька хлоропохідних цього вуглеводню.

Метан реагує з бромом так само, як і з хлором, у суміші з фтором вибухає, а з йодом за звичайних умов не взаємодіє. Загальна назва реакцій між метаном і галогенами — реакції галогенування.

Фізіологічна дія метану. Метан за тривалого вдихання спричиняє отруєння, яке іноді призводить до смерті. Для виявлення його витоку з плити, негерметичного або пошкодженого трубопроводу в газову магістраль додають невелику кількість речовин із дуже неприємним запахом (їхня назва — меркаптани). Користуючись газом у побуті, потрібно частіше провітрювати приміщення.

Цікаво знати

Формула найпростішого меркаптану

ВИСНОВКИ

Метан — газ, який не має запаху й не розчиняється у воді.

Метан — горюча речовина. Продуктами його горіння за достатньої кількості кисню (повітря) є вуглекислий газ і водяна пара. Метан взаємодіє з галогенами. Під час реакції метану з хлором відбувається заміщення атомів Гідрогену в молекулі вуглеводню на атоми галогену.

Метан негативно діє на організм людини.

165. Чи можна за допомогою індикатора відрізнити метан: а) від водню; б) від хлороводню? У разі позитивної відповіді вкажіть, як ви здійсните цей експеримент.

166. Розгляньте горіння метану як окисно-відновну реакцію: назвіть елемент-окисник і елемент-відновник, охарактеризуйте процеси окиснення і відновлення.

167. Чим відрізняється реакція заміщення за участю вуглеводню від реакції з такою самою назвою між неорганічними речовинами?

168. Допишіть схему послідовного бромування метану:

169. За сильного нагрівання без доступу повітря метан розкладається на прості речовини. Напишіть рівняння цієї реакції.

170. Під час взаємодії алюміній карбіду (сполука Алюмінію і Карбону) з водою утворюються метан і алюміній гідроксид. Складіть відповідне хімічне рівняння.

171. Чи вистачить 100 л повітря для повного спалювання метану об’ємом 5,6 л? Вважайте, що об’єми відповідають нормальним умовам, а об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.

172. Обчисліть об’єм хлору (в перерахунку на нормальні умови), який витрачається на повне хлорування 1,5 моль метану.