Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)

§ 24. Метан СН₄ як паливо, біогаз та парниковий газ

• Газувату речовину — метан збирають у пробірку, розміщену догори дном, а також витісненням води. Про які властивості метану це свідчить?

• Між учнями виникла дискусія щодо наявності в метану запаху. Одні стверджували, що він має специфічний запах, який людина відразу відчуває, якщо трапляється його витікання через незакритий кран газової плити. Інші відстоювали думку, що речовина не має запаху. А що з цього приводу можеш сказати ти?

• Що називають корисними копалинами? Наведи приклади поширених в Україні корисних копалин.

• Що тобі відомо про види палива, які використовує людина та з якою метою?

Опрацюй. Зрозумій. Використай

Надра Землі містять різні корисні копалини, зокрема й природний газ. Він є сумішшю речовин. Масова частка основного її складника — метану СН₄ (мал. 35) — в деяких родовищах становить 90-98 %.

Мал. 35. Модель молекули метану

У 1948 році було завершено будівництво газогону Дашава-Київ, яким природний газ Дашавського родовища, що на Львівщині, почав транспортуватись у столицю України та інші міста, а з 1951 року забезпечував природним газом не лише нашу країну, а й інші європейські держави. Газогін залишався найбільшим у Європі протягом тридцяти років!

Медіапошук

Наша країна багата покладами природного газу. З доступних тобі джерел інформації з’ясуй, в яких областях знаходяться його найбільші родовища. Підготуй розповідь про одне з родовищ природного газу, що знаходиться найближче до твого регіону.

Завдання 1. До відновлювальних чи до невідновлювальних природних ресурсів належить природний газ?

ПЛІЧ-О-ПЛІЧ

Завдання. Складіть опис метану, застосовуючи попередньо набуті знання та вміння. Доповніть його іншими, відомими вам характеристиками.

1. Молекулярна формула.
2. Валентність Карбону в метані.
3. Відносна молекулярна маса.
4. Молярна маса.
5. Відносна густина за повітрям.
6. Відносна густина за воднем.
7. Молярний об’єм за нормальних умов.
8. Кількість молекул та атомів в 1 моль.
9. Масові частки Карбону й Гідрогену.

ДЕЯКІ ФІЗИЧНІ І ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАНУ. Метан — газувата, без кольору й запаху, малорозчинна у воді речовина. Для переведення метану в рідкий або твердий агрегатний стан його потрібно охолоджувати.

Важливою хімічною властивістю метану, що широко використовується, є горіння в кисні / повітрі:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

Завдання 2. За законом об’ємних відношень газів визнач об’єм кисню, що прореагував, та об’єм вуглекислого газу, що утворився внаслідок спалювання 50 л метану (н. у.).

Горіння метану в кисні супроводжується тепловими й світловими явищами (мал. 36).

Мал. 36. Горіння метану

Для одержання теплової енергії природний газ спалюють у газових котлах, кухонних газових плитах, двигунах різних транспортних засобів (на автомобільних заправках можна побачити резервуари з цим пальним).

Повернемось до продуктів горіння метану. Вода і вуглекислий газ, як тобі стало відомо з попереднього параграфа, належать до парникових газів. Тож спалювання метану посилює парниковий ефект. До того ж метан також є парниковим газом.

У болотистих місцевостях зі стоячих водойм виділяється газова суміш, що зветься болотним газом. Він утворюється від гниття решток рослинного і тваринного походження, його основний складник — метан.

ХІМІЯ І ЖИТТЯ

Люди цінують природний газ як джерело тепла. Проте витікання природного газу вкрай небезпечне. З повітрям він утворює вибухонебезпечну суміш. Підступність суміші повітря з природним газом полягає в тому, що за допомогою нюху її не можна виявити, оскільки вона не має запаху. Суміш вибухає від запаленого сірника і навіть від іскри в освітлювальних пристроях під час їх вмикання. Щоб убезпечити людей від такого неконтрольованого хімічного явища, перед розподілом природного газу, призначеного для споживачів, до нього додають речовини з різким неприємним запахом. Тож насправді запах поширюється не від метану (він без запаху), а від газуватих домішок речовин із сильним неприємним запахом. Відчувши цей запах, кожен має розуміти, що в приміщенні є природний газ і в жодному разі до повного провітрювання не можна запалювати сірника і навіть не можна вмикати світло, щоб не стався вибух.

БІОГАЗ ТА ЙОГО ВИРОБНИЦТВО. Погіршення стану довкілля через спалювання величезних обсягів пального, зокрема метану, накопичення різних відходів, зокрема й органічного походження, поставили людство перед необхідністю пошуку альтернативних джерел енергії, ефективних способів утилізації відходів органічного походження.

Науковці працюють над поліпшенням екологічного благополуччя на планеті, задоволенням сировинних потреб сучасного суспільства, не ставлячи під загрозу життя та діяльність майбутніх поколінь. Один із шляхів розв’язання цієї проблеми — виробництво біогазу.

Біогаз — загальна назва суміші горючих газів, що утворюються в результаті розкладання різних органічних речовин. Основний складник біогазу — метан

Використовують біогаз здебільшого для виробництва теплової та електричної енергії. Отримують біогаз із:

рослинної сировини (трава, сіно, кукурудзяний силос, бурякова гичка);
відходів м’ясопереробної і рибної промисловості;
гною великої рогатої худоби, пташиного посліду тощо;
відходів фруктів під час виробництва соків, цукрових буряків під час виробництва цукру;
твердих органічних відходів сміттєвих полігонів тощо.

Як бачиш, сировинна база досить різноманітна.

Завдання 3. Поміркуй, як змінюється санітарна обстановка у громадах, де перелічені відходи накопичились.

Під впливом діяльності метанових бактерій із переліченої біомаси утворюється біогаз. У природі метанові бактерії живуть у ґрунті, стоячих водоймах, оселяються в організмах людини, птахів, тварин. На біогазових станціях створюють та підтримують умови для життєдіяльності цих мікроорганізмів. Унаслідок їхньої діяльності метанове бродіння триває від кількох днів до кількох місяців, тоді як у природі — в рази повільніше.

Утворений біогаз є сумішшю метану (приблизно 55-75 %), вуглекислого газу (приблизно 25-45 %), незначних домішок водню, гідроген сульфіду, азоту та деяких інших речовин.

В основу виробництва біогазу покладено ідею перетворення біомаси на біопаливо внаслідок життєдіяльності метанових бактерій.

Біогазові станції (мал. 37) будують поблизу, а то й на території, де продукується сировина для виробництва біогазу.

Мал. 37. Біогазова станція

Виробленим біогазом опалюються птахофабрики, на ньому працюють двигуни деяких автобусів, помешкання людей забезпечуються світлом, теплом, гарячою водою.

ПЕРСПЕКТИВИ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ В УКРАЇНІ. Багато країн Європейського Союзу та світу виробляють біогаз у великих кількостях. Він є суттєвою складовою їхнього енергобалансу. Наша держава має значні сировинні ресурси для вироблення біогазу, оскільки агропромисловий сектор продукує чимало органічних відходів. Порівняно недавно (із 2013 року) біогазові установки почали зводити в Україні. Налагоджується співпраця України та ЄС у біометановому секторі енергетики, тому що наша держава зацікавлена як у виробництві біогазу, так і в поліпшенні стану довкілля. Темпи введення нових біогазових установок поступово нарощуються.

ТОБІ ДО СНАГИ

1. Схарактеризуй роль метану та продуктів його згорання у виникненні парникового ефекту.

2. Обчисли викиди (м³) вуглекислого газу в атмосферу від спалювання 200 м³ метану. Якщо у твоїй квартирі є лічильник природного газу, візьми показники за будь-який місяць та обчисли те саме на основі них. Для проведення обчислень вважай, що у складі природного газу 100 % метану та всі виміри зроблено за однакових умов.

3. Назви сировину для виробництва біогазу. Поясни, як виробництво з неї біогазу позначається на довкіллі.

4. За хмаринкою слів склади обґрунтування екологічної доцільності виробництва біогазу. Підготуйся до її оприлюднення у класі.

5. З 1 т свіжоскошеної зеленої трави отримують до 250 м³ газу з умістом метану 70 %. На скільки місяців вистачить цього газу домогосподарству, котре в літню пору в середньому споживає 50 м³природного газу?

6. Спрогнозуй соціально-екологічний ефект для громади від будівництва на її території станцій із виробництва біогазу.