Zemeljski plin: formula. Kemijska formula plina. Vse vrste zemeljskega plina

Danes je znanih veliko različnih plinov. Nekateri od njih prejme oseba na laboratorijske načine, od kemikalij, nekateri pa so nastali kot posledica reakcij kot stranskih produktov. In kateri plini so rojeni v naravi? Glavni takšni plini naravnega, naravnega izvora so štiri:

• Naravni plin s formulo CH₄;
• dušik, N₂;
• vodik, H₂;
• Ogljikov dioksid, CO₂.

Seveda obstaja nekaj drugih - kisik, vodikov sulfid, amoniak, inertni plini, ogljikov monoksid. Vendar pa so zgoraj navedene snovi praktično pomembne za ljudi in jih uporabljajo za različne namene, tudi kot gorivo.

Kaj je zemeljski plin?

Naravni je vrsta plina, ki nam jo daje narava. To je tista, katere vsebnost v črevesju Zemlje je veliko večja in večja od količine, ki jo prejme v industriji zaradi kemičnih reakcij.

Običajno je poklicati metan zemeljskega plina, vendar to ni čisto tako. Če upoštevamo sestavo takega plina po frakcijah, lahko vidimo naslednjo sestavo sestavin:

• metan (do 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• vodik;
• Ogljikov dioksid;
• dušik;
• vodikov sulfid (majhne količine sledi).

Tako se zdi, da je zemeljski plin mešanica več plini naravnega izvora.

Zemeljski plin: formula

S kemičnega vidika je zemeljski plin mešanica preprostih linearnih ogljikovodikov - metana, etana, propana in butana. Toda ker je večji obseg še vedno metan, je običajna uporaba splošne formule zemeljskega plina s formulo neposredno metana. Izkazalo se je torej, da je kemijska formula metana-CH₄.

Preostale komponente imajo v kemiji naslednje empirične formule:

• etan-C₂H₆;
• propan - C₃H_{8. mesto};
• Butane-C₄H₁₀;
• Ogljikov dioksid - CO₂;
• dušik-N₂;
• vodik-H₂;
• vodikov sulfid - H₂S.

Mešanica takšnih snovi je zemeljski plin. Formula njegove glavne spojine metana kaže, da je vsebnost ogljika v njej zelo majhna. To vpliva na njegove fizikalne lastnosti, na primer na primer sposobnost opeklin z brezbarvenim plamenom, ki popolnoma ne kadijo. Medtem ko drugi predstavniki njegovega homologne serije (serija omejujejo ogljikovodike ali alkane) med izgorevanjem obliki črnega dimljenega plamena.

Biti v naravi

V naravi se plin nahaja pod zemljo, pod debelimi in gostimi sloji sedimentnih kamnin. Obstajajo dve glavni teoriji o poreklu zemeljskega plina v naravi.

1. Teorija tektonskih premikov kamnin. Podporniki te teorije verjamejo, da so ogljikovodiki vedno prisotni v notranjosti Zemlje in se povečujejo zaradi tektonskih gibanj in krčenja. Na vrhu se visoki tlak in spreminjajoča temperatura zaradi kemičnih reakcij spremenita v dve naravni minerali - nafta in plin.
2. Biogenska teorija govori o drugi metodi, ki je povzročila nastanek zemeljskega plina. Njegova formula odraža kvalitativno sestavo - ogljik in vodik, kar kaže na to, da se je njegovo oblikovanje udeleževalo živa organska bitja, katerih telesa so bila večinoma zgrajena iz teh elementov, kot so vse živo bitje na našem planetu, ki obstajajo do sedaj. S časom so se mrtvi ostanki živali in rastlin spustili v tla oceana, kjer ni bilo kisika ali bakterij, ki bi lahko razgradile in predelale to organsko maso. Zaradi anaerobne oksidacije se je biomasa razgradila in dva milijona let sta bila oblikovana dva vira mineralov - nafte in plina. Istočasno je osnova obeh enaka - to so ogljikovodiki in delno nizko molekularnih snovi. To dokazuje kemijska formula plina in nafte. Vendar se pod vplivom različnih pogojev oblikujejo različni izdelki: visok tlak in temperatura - plin, nizki kazalniki - olje.

Do zdaj so glavne vloge in zaloge plina države, kot so Rusija, Združene države, Kanada, Iran, Norveška in Nizozemska.

Glede na agregatno stanje zemeljskega plina ni mogoče vedno vsebovati samo v stanju plina. Obstaja več možnosti za njegovo kondenzacijo:

1. Plin se raztopi v molekulah olja.
2. Plin se raztopi v molekulah vode.
3. Plin tvori trdne plinske hidrate.
4. V normalnih pogojih je plinasta spojina.

Vsaka od teh držav ima svoj depozit in je zelo koristna za človeka.

Pridobivanje v laboratoriju in industriji

Poleg naravnih mest za tvorbo plina obstajajo tudi številni načini, kako ga dobiti v laboratorij. Vendar pa se te metode zagotovo uporabljajo samo za majhne dele proizvoda, saj ni donosno, da bi ekonomsko izvedli sintezo zemeljskega plina v laboratoriju.

Laboratorijske metode:

1. Hidroliza nizko molekularne spojine - aluminijev karbid: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Iz natrijevega acetata v prisotnosti alkalije: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO_3.
3. Iz sinteznega plina: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Od preprostih snovi - vodika in ogljika - pri povišani temperaturi in tlaku.

Kemijska formula zemeljskega plina se odraža v metanovi formuli, torej vse značilne so reakcije, značilne za alkane in za dani plin.

V industriji se metan pridobiva iz naravnih nahajališč in naprej obdeluje po frakcijah. Tudi proizvedeni plin je nujno treba očistiti. Konec koncev, formula zemeljskega plina metana prikazuje samo del tistih sestavin, ki jih vsebuje. Za uporabo v vsakdanjem življenju potrebujete čist plin, ki ne vsebuje drugih snovi, razen metana. Ločen etan, propan, butan in drugi plini najdejo široko uporabo.

Fizične lastnosti

Formula za plin daje idejo o tem, katere fizikalne lastnosti naj bi imela. Poglejmo, kaj so te značilnosti.

1. Brezbarvna snov, ki nima vonja.
2. Približna gostota se giblje v območju 0,7-1 kg / m^3.
3. Temperatura zgorevanja 650⁰C.
4. Skoraj dvakrat lažji od zraka.
5. Vročina, ki jo sprosti s kurjenjem enega kubičnega metra plina, je 46 milijonov Joulov.
6. V visokih koncentracijah (nad 15%) v zraku je plin zelo eksploziven.
7. Pri uporabi kot gorivo ima oktansko število 130.

Čist plin se dobi šele po tem, ko ga poteka skozi posebne čistilne naprave (instalacije), ki so postavljene na mestu ekstrakcije mineralov.

Uporaba

Obstaja več glavnih področij uporabe zemeljskega plina. Poleg njene glavne komponente je plinska formula, katere CH₄, Uporabljajo se tudi vsi drugi sestavni deli zmesi.

1. Gospodinjska sfera življenja ljudi. To vključuje plin za kuhanje, ogrevanje stanovanjskih zgradb, gorivo za kotlovnice in tako naprej. Za plin, ki se uporablja za kuhanje, dodajte posebne snovi, ki sodijo v skupino merkaptanov. To se naredi tako, da lahko v primeru cevi ali druge opustitve plina ljudje vonjijo in ukrepajo. Mešanica plina iz gospodinjstev (mešanica propan in butan) je zelo eksplozivna pri visokih koncentracijah. Mercaptans tudi neprijeten zemeljski plin. Njihova formula vključuje elemente, kot so žveplo in fosfor, kar jim daje to specifičnost.

2. Kemična proizvodnja. Na tem področju je ena od glavnih začetnih snovi za mnoge reakcije za pridobivanje pomembnih spojin naravni plin, formula, ki prikazuje, v katerih sintezah lahko sodeluje:

• osnove za proizvodnjo plastike, ki so najpogostejši sodobni materiali za skoraj vse panoge;
• surovine za sintezo etana, vodikovega cianida in amoniaka. Izdelki sami nadaljujejo proizvodnjo v prihodnosti veliko sintetičnih vlaken in tkanin, gnojil in grelcev v gradbeništvu;
• guma, metanol, organske kisline - se tvorijo iz metana in drugih snovi. Najdejo praktično uporabo na vseh področjih človeškega življenja;
• polietilen in mnoge druge spojine sintetične narave so dobili zaradi metana.

3. Uporabite kot gorivo. In za vse vrste človeških dejavnosti, od polnjenja ustrezne vrste namiznih svetilk in pred delovanjem termoelektrarn. Ta tip goriva velja za okolju prijazen in primeren za vse alternativne metode. Vendar pa med zgorevanjem metan tvori ogljikov dioksid, tako kot katera koli druga organska snov. In znano je, da povzroči toplogredni učinek Zemlje. Zato se ljudje srečujejo z nalogo poiskati še bolj čist in kakovosten vir toplotne energije.

Do sedaj so to glavni viri, ki uporabljajo zemeljski plin. Njegova formula, če vzamemo vse zapletene komponente, kaže, da je to vir, ki je praktično obnovljiv, je za to potreben le zelo dolg čas. Naša država s zalogami plina je izredno srečna, saj je takšna količina naravnega fosila dovolj že več sto let ne samo za Rusijo, temveč tudi za mnoge države po svetu z izvozom.

Dušik

Je sestavni del naftnih in plinskih polj. Poleg tega ta plin zaseda večino prostornine v zraku (78%) in se tudi pojavlja kot naravna spojina nitratov v litosferi.

Dušik se kot preprosto snov praktično ne uporablja v živih organizmih. Njegova formula ima obliko N₂, ali, z vidika kemičnih vezi, Nequiv-N. Prisotnost take močne vezi kaže na visoko stabilnost in kemično inertnost molekule v normalnih pogojih. To pojasnjuje možnost obstoja velike količine tega plina v prosti obliki v ozračju.

V obliki preproste snovi lahko dušik določijo posebni organizmi - nodulne bakterije. Nato predelajo v primernejšo obliko za rastline ta plin in s tem izvajajo mineralno prehrano koreninskih rastlinskih sistemov.

Obstaja več osnovnih spojin v obliki dušika v naravi. Njihova formula je naslednja:

• oksidi - NE_2, N₂O, N₂O_5-
• kisline - dušik HNO₂ in Nitric HNO₃ (nastala pri strelovodnih izpustih iz oksidov v zraku);
• Nitrat - KNO₃, NaNO₃ in tako naprej.

Človek uporablja dušik ne le v obliki plina, temveč tudi v tekočem stanju. Ima sposobnost prehoda v tekoče stanje pri temperaturi pod -170⁰C, ki omogoča, da se uporablja za zamrznitev rastlinskih in živalskih tkiv, veliko materialov. Zato se tekoči dušik v medicini pogosto uporablja.

Tudi dušik je osnova za pridobitev ene od glavnih sestavin - amonijaka. Proizvodnja te snovi je večtutna, saj se zelo pogosto uporablja v vsakdanjem življenju in industriji (proizvodnja kavčuka, barv, plastičnih mas, sintetičnih vlaken, organskih kislin, barv in lakov, eksplozivov itd.).

Ogljikov dioksid

Kakšna je formula snovi? Ogljikov dioksid se zabeleži kot CO₂. Vez v molekuli so kovalentne šibko polarne, dvojno močne kemične sile med ogljikom in kisikom. To kaže na stabilnost in inertnost molekule v običajnih pogojih. To dejstvo potrjuje prosti obstoj ogljikovega dioksida v Zemljinem ozračju.

Ta snov je sestavni del naravnega plina in olja ter se kopiči v zgornjih plasteh planetnega ozračja, kar povzroča ti toplogredni učinek.

Ogljikov dioksid nastane zaradi izgorevanja kakršnega koli organskega goriva. Ali premog, les, plin ali druga goriva, dokončanje zgorevanja, vodi v nastanek vode in te snovi.

Zato se izkaže, da je njeno kopičenje v ozračju neizogibno. Zato je pomembna naloga sodobne družbe iskati alternativno gorivo, ki daje minimalni učinek tople grede.

Vodik

Druga naključna spojina, ki se pojavi v sestavi naravnih mineralov - to je vodik. Plin, katerega formula je H₂. Najlažja vsebina vseh znanih do danes.

Zaradi svojih posebnih lastnosti zaseda dve poziciji v periodični tabeli - med alkalnimi kovinami in halogeni. Z enim elektronom je sposoben dati (lastnosti kovin, zmanjšanje) in jemanje (nekovinske lastnosti, oksidacija).

Glavno področje uporabe je okolju prijazno gorivo, za katerega znanstveniki vidijo prihodnost. Vzroki:

• neomejeno količino zalog tega plina;
• nastajanje vode samo zaradi zgorevanja.

Vendar pa popolna tehnologija razvijanja vodika kot vira energije zahteva izpolnitev številnih drugih odtenkov.

Formule za izračun mas, gostote in prostornine plinov

V fiziki in kemiji se uporabljajo več osnovnih metod za izračunavanje plinov. Tako, na primer, če govorimo o enem od najbolj osnovnih parametrov, kot je masa plina, bo formula za izračun:

m = V * þ, kjer je þ gostota snovi in ​​V je njen volumen.

Na primer, če moramo izračunati maso zemeljskega plina 1 kubični meter pri normalnih pogojih, potem vzamemo standardno povprečno vrednost njegove gostote v referenčnih materialih. To bo enako 0,68 kg / m³. Zdaj, ko poznamo količino in gostoto plina, formula za izračun v celoti izpolnjuje zahteve. Potem:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 m³ = 0,68 kg, ker so kubični metri zmanjšani.

Formula prostornine plina, na drugi strani, je sestavljena iz indeksov mase in gostote. To pomeni, da lahko to vrednost izrazimo iz zgornje konfiguracije:

V = m / þ, potem je v standardnih pogojih prostornina 2 kg metana: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Tudi v bolj zapletenih primerih (kadar so pogoji nestandardni), se za izračun mas in količine plinov uporabi enačba Mendeleev-Clapeyron, ki ima obliko:

p * V = m / M * R * T, kjer je p tlak plina, V je njen volumen, m in M ​​sta masa in molska masa, R je konstanta univerzalne pline enaka 8,314, T pa je temperatura v Kelvinu.

Takšna formula prostornine plina omogoča izračun zelo približne vrednosti idealnega plina, ki obstaja izključno hipotetično in se uporablja za abstraktni koncept pri reševanju problemov fizike in kemije. Izmerite lahko tudi z uporabo enačbe Boyle-Mariotte, ki je videti tako:

V = str_G.* V_G.* T / p * T_G. , kjer so vrednosti z indeksom n vrednosti pod normalnimi standardnimi pogoji.

Da bi bil izračun čimbolj natančen in skladen z realnostjo, je treba upoštevati tak parameter, kot je gostota plina. Formula za izračun tega parametra je še vedno sporna težava. Običajno je uporabiti najpogostejši preprost, ki je videti kot:

þ = m₀ * n, kjer je m₀ - masa molekule (kg) in n - koncentracija, merska enota - 1 / m³.

Vendar je v več primerih treba uporabiti druge, bolj zapletene in popolne izračune z več spremenljivkami, da dobimo natančen in skoraj idealen rezultat.