Сообщение метан опасный газ

Обновлено: 02.07.2024

Метан — первый член гомологического ряда насыщенных углеводородов (алканов), наиболее устойчив к химическим воздействиям. Подобно другим алканам вступает в реакции радикального замещения (галогенирования, сульфохлорирования, сульфоокисления, нитрования и др.), но обладает меньшей реакционной способностью. Специфична для метана реакция с парами воды, которая протекает на Ni/Al₂O₃ при 800—900 °C или без катализатора при 1400—1600 °C; образующийся синтез-газ может быть использован для синтеза метанола, углеводородов, уксусной кислоты, ацетальдегида и других продуктов.

Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 4,4 % до 17 % [5] . Наиболее взрывоопасная концентрация 9,5 %. Является наркотиком; действие ослабляется ничтожной растворимостью в воде и крови. Класс опасности — четвёртый [6] .

Содержание

Источники

Основной компонент природных (77—99 %), попутных нефтяных (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, рубце жвачных животных) образуется биогенно. Получается также при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга.

Классификация по происхождению:

абиогенный — образован как результат химических реакций неорганических соединений;
биогенный — образован как результат химической трансформации органического вещества;
бактериальный (микробный) — образован в результате жизнедеятельности бактерий;
термогенный — образован в ходе термохимических процессов.

Предположительно, что на поверхности Титана (спутник Сатурна) в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано [источник не указан 27 дней] -этановой смеси.

Получение

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и кальция) или безводного гидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой.

$\mathsf<2NaOH + CH_3COOH \xrightarrow[]<^ot> Na_2CO_3 + CH_4\uparrow>$

Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

Возможно получение метана сплавлением ацетата натрия с гидроксидом натрия [7] :

$\mathsf<CH_3COONa + NaOH \rightarrow CH_4\uparrow + Na_2CO_3> $

Также для лабораторного получения метана используют гидролиз карбида алюминия или некоторых металлорганических соединений (например, метилмагнийбромида).

Химические свойства

Горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1 м³. С воздухом образует взрывоопасные смеси при объёмных концентрациях от 5 до 15 процентов. Точка замерзания −184 o С (при нормальном давлении)

Вступает с галогенами в реакции замещения, которые проходят по свободно радикальному механизму:

" width="" height="" />
" width="" height="" />
" width="" height="" />
" width="" height="" />

Выше 1400 °C разлагается по реакции:

$\mathsf<2CH_4 \rightarrow C_2H_2 + 3H_2> $

Окисляется до муравьиной кислоты при 150—200 °C и давлении 30—90 атм. по цепному радикальному механизму:

$\mathsf<CH_4 + 3[O] \rightarrow HCOOH + H_2O> $

Соединения включения

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

Топливо.
Сырьё в органическом синтезе.

Физиологическое действие

Метан является самым физиологически безвредным газом в гомологическом ряду парафиновых углеводородов. Физиологическое действие метан не оказывает и не ядовит (из-за малой растворимости метана в воде и плазме крови и присущей парафинам химической инертности). Погибнуть человеку в воздухе, с высокой концентрацией метана можно только от недостатка кислорода в воздухе для дыхания при очень высоких концентрациях метана. Так, при содержании в воздухе 25—30 % метана появляются первые признаки асфиксии (учащение пульса, увеличение объёма дыхания, нарушение координации тонких мышечных движений и т. д.). Более высокие концентрации метана в воздухе вызывают у человека кислородное голодание — головную боль, одышку, — симптомы, сходные с горной болезнью.

Так как метан легче воздуха, он не скапливается в проветриваемых подземных сооружениях. Поэтому весьма редки случаи гибели людей от вдыхания смеси метана с воздухом, от асфиксии.

Первая помощь при тяжелой асфиксии: удаление пострадавшего из вредной атмосферы. При отсутствии дыхания немедленно (до прихода врача) искусственное дыхание изо рта в рот. При отсутствии пульса — непрямой массаж сердца.

Хроническое действие метана

У людей, работающих в шахтах или на производствах, где в воздухе присутствуют в незначительных количествах метан и другие газообразные парафиновые углеводороды, описаны заметные сдвиги со стороны вегетативной нервной системы (положительный глазо-сердечный рефлекс, резко выраженная атропиновая проба, гипотония) из-за весьма слабого наркотического действия этих веществ, сходного с наркотическим действием диэтилового эфира.

Метан и экология

Является парниковым газом, в этом отношении, более сильным, чем углекислый газ, из-за наличия глубоких вращательных полос поглощения его молекул в инфракрасном спектре. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21 единицу [8] .

Отравление метаном — это патология, возникающая при длительном пребывании пострадавшего в зоне с концентрацией газа более 7 тысяч мг/м 3 . Клинические проявления включают головокружение, чувство нехватки воздуха, резкую головную боль, тахикардию, дискоординацию. Ежедневное вдыхание малого объема углеводорода приводит к возникновению брадикардии, красного дермаграфизма, снижению артериального давления. Тяжелые органические изменения отсутствуют. Заболевание диагностируется на основании анамнеза и клинической картины. Специфическое лечение – эвакуация из области с повышенным содержанием метана, кислород, симптоматические мероприятия.

МКБ-10

Общие сведения

Причины

Число ситуаций, когда становится возможным отравление метаном, ограничено. Поскольку углеводород легче воздуха и быстро улетучивается на открытом пространстве, это происходит только в закрытых помещениях. Внутри зданий и шахт содержание CH4 сильно различается в зависимости от высоты. Под потолком скапливается максимальное количество газа, поблизости от пола его практически нет. Поражения рудничным газом встречаются в следующих ситуациях:

Выброс природного метана. Вещество накапливается во внутренних полостях, которые имеются среди угольных пластов. При их вскрытии во время добычи твердого топлива наблюдается резкое повышение концентрации токсиканта в воздухе. Непосредственно после происшествия количество CH4 может достигать 80-100%, что приводит к потере сознания уже через 5-6 вдохов. Возможна гибель пострадавшего.
Производственные аварии вне шахт. Болотный газ применяется в химической промышленности для получения ацетилена, синильной кислоты, хлористого метила. При авариях целостность хранилищ нарушается. Если помещение слабо вентилируется, отмечается накопление углеводорода с одновременным уменьшением концентрации O2 в окружающем пространстве.
Наркотизация. Отравления выявляются у подростков, которые целенаправленно вдыхают газ, пытаясь достичь наркотического действия. Подобные интоксикации являются легкими и редко представляют опасность для жизни. Обычно симптомы гипоксии, возникающие у пострадавшего, быстро проходят после прекращения ингаляции ксенобиотика.
Бытовая утечка. CH4, смешанный с другими компонентами, используется как топливо для газовых плит. Если человек умышленно (суицид, криминал) или случайно (забывчивость у пожилых людей, угасание конфорки) оставляет газопровод открытым, углеводород накапливается внутри комнаты. Бытовые смеси обладают специфическим запахом, поэтому их присутствие легко обнаруживается.

Патогенез

Сам по себе метан практически безвреден. Негативные явления, возникающие при его вдыхании, обусловлены недостатком кислорода в окружающем воздухе. Патогенез гипоксии основывается на двух основных звеньях. Изначально развивается нарушение процессов окислительного фосфорилирования. Это приводит к недостаточной выработке аденозинтрифосфата, энергодефициту, ослаблению всех энергозависимых реакций. Возникают контрактуры, уменьшается синтез белков, потеря клеточного потенциала покоя.

Вторым звеном считается накопление молочной кислоты с развитием ацидоза. Происходит блокада гликолиза, активация лизосомальных ферментов, аутолиз клеток, увеличение проницаемости цитоплазматических мембран. На макроуровне это проявляется расстройством ферментативного аппарата организма. Отмечаются нарушения дыхания, сердечной деятельности, работы центральной нервной системы. Возможен шок, который сопровождается централизацией кровообращения, нестабильностью гемодинамики, ишемией внутренних органов, головного мозга и миокарда.

Классификация

Отравление метаном подразделяется по причинам (производственные, бытовые, с целью наркотизации), течению (острое и хроническое), тяжести поражения (легкое, средней тяжести, тяжелое), наличию осложнений (осложненное легочным отеком или органическим поражением мозга, неосложненное). Еще один вариант классификации — деление по типу отравляющего действия:

Симптомы отравления метаном

Вдыхание газовой смеси с недостаточным содержанием кислорода приводит к тахикардии, нарушению координации движений, росту объема дыхания. Пострадавшие жалуются на головную боль, тошноту, кардиалгию, слабость. Если сознания сохранено, отмечаются функциональные нарушения работы нервной системы: в 80% случаев – неврастения, в 11% — истерия, в 2,4% — реактивный психоз. При осмотре обнаруживаются характерные признаки гипоксии: генерализованный цианоз, потливость.

При тяжелом отравлении, которое сопровождается длительной утратой сознания, симптомокомплекс расширяется. У больного возникают кровоизлияния в глазные склеры, ослабление брюшных рефлексов, изменение мышечного тонуса в сторону его повышения или понижения. Недостаточная оксигенация тканей миокарда становится причиной нарушения гемодинамики, ослабления коронарной деятельности. Длительное нахождение человека в области с высоким содержанием метана провоцирует органическое поражение головного мозга вплоть декортикации.

В описанных случаях непосредственного токсического влияния углеводорода у больных определялось резкое повышение температуры тела, выраженное ослабление работы сердца. Выслушивались влажные легочные хрипы, выявлялся кашель с пенистой мокротой. Имела место олигурия или полное отсутствие мочи, связанное с развитием почечной недостаточности. Другая симптоматика не отличалась от острой гипоксии. Патологические изменения относительно легко купировались. У пострадавших на протяжении 2-х месяцев сохранялись незначительные психические отклонения.

Осложнения

Отравление метаном и связанная с этим гипоксия приводят к органическому поражению мозга. Подобное происходит при длительном кислородном голодании. Церебральные ткани подвергаются необратимым изменениям, что отражается на последующей работе организма. Остаточные явления могут затрагивать моторную или психологическую сферу. У части пациентов после восстановления сознания присутствуют парезы и параличи конечностей, эпилептоморфный синдром, нарушение зрения, обоняния и тактильной чувствительности.

Психологические трансформации проявляются в форме эмоционально-волевого оскуднения, перепадов настроения, нестабильности психики, снижения умственных способностей. В тяжелых случаях происходит утрата памяти, теряется навык ориентирования в окружающей обстановке. С течением времени симптомы повреждения ЦНС могут ослабевать, однако полного их исчезновения не происходит практически никогда. Наиболее неблагоприятным вариантом течения постгипоксической энцефалопатии является смерть мозга — необратимое прекращение деятельности коры больших полушарий.

Диагностика

Диагностика отравления рудничным газом производится бригадами скорой медицинской помощи, прибывшими на место происшествия. Подтверждение диагноза — задача токсиколога или реаниматолога. Легкие поражения не требуют госпитализации, пациента обследует и наблюдает врач терапевт. При наличии стойкой симптоматики может потребоваться консультация кардиолога, невролога, психиатра. Используются следующие методы обследования:

Физикальное. Определяются характерные клинические признаки гипоксии. Пульс выше 90 ударов/минуту, АД снижено на 10-20 единиц от нормы. При тяжелом кислородном голодании может отмечаться брадикардия, падение артериального давления до критических показателей. Аускультация легких в редких случаях позволяет выявить влажные хрипы, при выслушивании сердца — глухость тонов. Уровень сатурации ≤90-93%.
Аппаратное. На ЭКГ определяется сокращение интервалов RR менее 1 секунды. Возможно развитие блокад с возникновением аритмии. При элекроэнцефалографии у коматозных пациентов отмечается уменьшение внутримозговой проводимости нервного импульса. При декортикации свидетельства церебральной активности отсутствуют.
Лабораторное. Выявляется снижение парциального давления кислорода, рост концентрации углекислого газа крови. pH смещается в кислую сторону. Происходит увеличение содержания калия, снижение ионов натрия, другие электролитные нарушения. Может отмечаться повышенное скопление лактата. Гематокрит >40-48%.

Лечение отравления метаном

Лечение может проводиться амбулаторно или на базе стационара. Выбор метода зависит от тяжести поражения. Люди в бессознательном состоянии или с выраженными нарушениями психики, нуждаются в госпитализации. Экзотоксикация легкой степени позволяет отказаться от помещения пациента в ЛПУ. Требуется оказание только первой помощи.

На месте происшествия

Пострадавшего следует вынести на свежий воздух, уложить, под ногами разместить валик или подставку так, чтобы они были приподняты на 30-40°. Это позволит обеспечить максимальный приток крови к жизненно важным органам. Стесняющую одежду расстегивают. Прибывшая бригада СМП проводит ингаляцию кислорода через назальные канюли. При наличии отека легких как пеногаситель используется этиловый спирт. Наркотические анальгетики противопоказаны. Дальнейшая терапия проводится по показаниям. Может потребоваться введение седативных, сердечных средств, инфузионных растворов.

В стационаре

Больного помещают под наблюдение. Для устранения последствий гипоксии назначают ноотропные средства. При наличии технической возможности проводят 5-7 сеансов гипербарической оксигенации. Невротические состояния являются показанием для применения седативных и снотворных препаратов. С целью коррекции электролитных нарушений осуществляют инфузии солевых растворов. При выраженном ацидозе применяют буферные средства (4% натрия гидрокарбонат). Показан покой, свежий воздух, полноценное питание.

В реанимации

Реанимационное пособие требуется больным с тяжелыми отравлениями. При нарушении дыхания пациента интубируют и переводят на искусственную респираторную поддержку. Отек легких или головного мозга — повод для применения петлевых диуретиков, ограничения вводимой жидкости. При поражении почек показан строгий контроль водного баланса, гемодиализ. Недостаточность кровообращения корректируется с помощью кардиотоников, вазопрессоров. Шоковые состояния требуют проведения специальной противошоковой терапии. Необходим круглосуточный мониторинг с помощью анестезиологического монитора.

Реабилитация

Реабилитация рекомендована после экзотоксикоза тяжелой и среднетяжелой степени, если у пострадавшего сохраняются те или иные остаточные явления. При неврастении больному назначают седативные лекарства на срок до полугода. Требуется прием препаратов, улучшающих мозговое кровообращение, продолжительность курса может достигать 12 месяцев. Неврологические явления — показание для санаторно-курортных восстановительных мероприятий. Пациент должен наблюдаться у невролога.

Прогноз и профилактика

Прогноз обычно благоприятный. После эвакуации в зону с нормальным содержанием кислорода сознание восстанавливается. Риск развития неустранимых последствий повышается при длительном нахождении внутри помещений с высокой концентрацией метана. Резко неблагоприятный прогноз отмечается у больных, долго остававшихся без сознания, при диагностированной смерти мозга. В последнем случае восстановление рассудка невозможно, больной находится на искусственном жизнеобеспечении до истощения внутренних резервов и смерти.

Чтобы предотвратить отравление метаном при труде в угольных шахтах, применяются изолирующие и вспомогательные респираторы, самоспасатели. Концентрация газа в рабочей области проверяется с помощью специальных приборов. В бытовых условиях необходимо следить за состоянием оборудования, наличием специфического аромата. Для предупреждения попыток наркотизации подростков с помощью бытового газа нужно проводить воспитательные мероприятия, следить за их кругом общения и интересами. При склонности к употреблению психоактивных веществ может потребоваться помощь детского психолога, нарколога.

Метан — еще один важный парниковый газ, удерживающий тепло в атмосфере. Однако его влиянию на экологию и климат уделяется гораздо меньше внимания, чем другим углеродным выбросам. При этом потенциал глобального потепления от метана в 30 раз больше, чем у диоксида углерода. Рассказываем, откуда берется метан и почему он опаснее углекислого газа, в каких странах его больше всего, как ученые отслеживают его утечки и почему модели загрязнения атмосферы метаном гораздо сложнее рассчитать.

Откуда берется метан и почему он опасен?

В 2018 году на метан (CH₄) около 9,5% всех выбросов парниковых газов в США приходилось на результаты деятельности человека. Деятельность человека в вопросе выбросов метана включает в себя утечки из систем добычи природного газа и разведение домашнего скота. Метан также выделяется из природных источников, таких как естественные водно-болотные угодья. Кроме того, естественные процессы в почве и химические реакции в атмосфере помогают удалить CH₄ из атмосферы. Время жизни метана в атмосфере намного короче, чем у диоксида углерода (CO₂ ), но CH₄ более эффективно улавливает излучение. Сравнительное воздействие CH₄ в 25 раз больше, чем CO₂ за 100-летний период.

Во всем мире от 50 до 65% общих выбросов CH₄ приходится на деятельность человека.

Сельское хозяйство. Домашний скот — крупный рогатый скот, свиньи, овцы и козы — вырабатывает метан как часть нормального процесса пищеварения. Кроме того, это газ образуется при хранении или обработке навоза. Поскольку люди выращивают этих животных для еды и других продуктов, выбросы считаются связанными с деятельностью человека. При объединении выбросов домашнего скота и навоза сельскохозяйственный сектор является крупнейшим источником выбросов метана.
Энергетика и промышленность. Системы природного газа и нефти являются вторым по величине источником выбросов метана. Этот газ — основной компонент природного газа В США. Метан выбрасывается в атмосферу при производстве, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа, а также при производстве, переработке, транспортировке и хранении сырой нефти. Добыча угля также является источником выбросов CH₄.
Отходы домов и предприятий. Метан образуется на свалках при разложении отходов и при очистке сточных вод. Свалки являются третьим по величине источником выбросов CH₄ в США. Метан также образуется при очистке бытовых и промышленных сточных вод и при компостировании.

Метан, кроме того, выделяется из ряда природных источников. Природные водно-болотные угодья являются крупнейшим источником выбросов CH₄ от бактерий, разлагающих органические материалы в отсутствие кислорода. Меньшие источники включают термиты, океаны, отложения, вулканы и лесные пожары.

Как снизить выбросы метана?

Есть несколько способов уменьшить выбросы метана. EPA — Агентство по охране окружающей среды США — располагает рядом добровольных программ по сокращению выбросов CH₄ в дополнение к нормативным инициативам. Кроме того, компания поддерживает Глобальную инициативу по метану. Это международное партнерство, поощряющее глобальные стратегии сокращения выбросов метана.

Источник выбросов	Как сократить выбросы?
Промышленность	Модернизация оборудования, используемого для добычи, хранения и транспортировки нефти и природного газа, может уменьшить многие утечки, которые способствуют выбросам метана. Метан угольных шахт также можно улавливать и использовать для получения энергии с помощью программ Natural Gas STAR и Coalbed Methane Outreach Program (CMOP).
Сельское хозяйство	Метан от методов обращения с навозом можно уменьшить и улавливать путем изменения стратегии обращения с навозом. Кроме того, изменение практики кормления животных может снизить выбросы от кишечной ферментации. Больше об улучшенных методах животноводства можно узнать, изучив программу EPA AgSTAR.
Отходы домов и предприятий	Поскольку выделение метана на свалках является основным источником выбросов газа в США, меры контроля выбросов, которые улавливают газ из свалок, могут помочь в стратегии сокращения выбросов.

Почему важно бороться с метаном?

Хотя метан не задерживается в атмосфере так долго, как углекислый газ, поначалу он гораздо более разрушителен для климата из-за того, насколько эффективно он поглощает тепло. В первые два десятилетия после выброса метан в 84 раза сильнее углекислого газа.

Поскольку метан очень мощный и в тоже время у человечества есть решения, которые сокращают его выбросы, обращение с метаном —это самый быстрый и эффективный способ замедлить темпы потепления планеты.

Если метан попадает в воздух перед использованием — например, из негерметичной трубы, он поглощает солнечное тепло, нагревая атмосферу. По этой причине он считается парниковым газом, например, двуокисью углерода.

Как решить проблему с метаном?

Резюме 16 исследований по всей цепи поставок США показывает выбросы метана значительно выше, чем предполагалось изначально. В мае 2016 года EPA утвердило первое в истории национальное правило прямого ограничения выбросов метана от нефтегазовых операций, открыв новую возможность для уменьшения загрязнения климата. На данный момент Агентство по охране окружающей среды США стремится установить правила, которые защищают жителей США от загрязнения метаном.

Проект EPA — Google Earth Outreach — помогает визуализировать опасные для климата утечки, обнаруженные в местных сообществах. Почему это важно? Повышение осведомленности о масштабах и влиянии утечек метана имеет важное значение для разработки эффективной политики.

На сегодняшний день создана еще одна технология, которая помогает выявлять следы метана. На небе появился новый мощный спутник для мониторинга выбросов метана, одного из ключевых газов, влияющих на изменение климата, вызванное деятельностью человека.

Какие есть разработки для борьбы с метаном?

Новейший спутник Iris для мониторинга метана

Космический аппарат, известный как Iris, может отображать шлейфы метана в атмосфере с разрешением всего 25 метров. Это позволяет идентифицировать отдельные источники метана, например, конкретные нефтегазовые объекты.

Iris был запущен канадской компанией GHGSat (Global Emissions Monitoring) в Монреале 2 сентября. Это первопроходец в созвездии из 10 космических аппаратов, которое появится к концу 2022 года.

Наблюдения проводились над Туркменистаном, в регионе, где ранее были отмечены большие шлейфы от нефтегазовой инфраструктуры. Обнаружение, наложенное на стандартное изображение с воздуха, показывает концентрацию метана в воздухе, превышающую нормальные фоновые уровни.

GHGSat уже работает с операторами, регулирующими органами и другими заинтересованными сторонами, чтобы охарактеризовать эти выбросы с помощью прототипа спутника под названием Claire, который он запустил в 2016 году. Присутствие на орбите Ирис предоставляет компании дополнительный поток данных, которые он теперь намеревается интерпретировать. в новом британском аналитическом центре, который будет открыт в Эдинбурге и Лондоне в ближайшие недели.

Спутник Sentinel-5P от ЕКА

GHGSat в последнее время укрепляет свои связи с Европейским космическим агентством, которое эксплуатирует спутник ЕС Sentinel-5P.

Он также контролирует метан, делая ежедневные глобальные снимки газа. Но при разрешении 7 км его данные гораздо менее показательны, чем данные Iris и Claire.

Однако если использовать оба спутника вместе, они образуют что-то вроде команды мечты для исследования метана, уверяют ученые.

Следующий спутник GHG, Hugo, проходит испытания и, как ожидается, будет запущен в конце этого года.

Компания недавно получила 30 млн долларов в виде дополнительного финансирования, которое позволяет ей построить три космических корабля, которые будут следовать за Hugo на орбиту.

Глобальная проблема метана. В чем сложность его учета?

Бюджет метана

Метан является мощным парниковым газом и является вторым по величине фактором глобального потепления, вызванным деятельностью человека, после CO₂. На единицу массы метан в 84–86 раз сильнее, чем CO₂ за 20 лет и в 28–34 раза сильнее за 100 лет.

Двойные подходы к бюджету метана

Глобальный баланс метана использует два разных подхода к оценке источников и стоков.

Где больше всего метана?

Исследователи говорят, что в трех регионах — Африке и Ближнем Востоке, Китае, Южной Азии и Океании — наблюдается наибольший рост выбросов метана. В каждом случае выбросы выросли на 10–15 млн тонн между средним показателем 2000–2006 и 2017 годов.

Следующим по величине был рост на 5,0–6,7 млн тонн в Северной Америке, и, как показывает бюджет, в основном за счет увеличения на 4,4–5,1 млн тонн в США.

Напротив, в Европе наблюдалось небольшое сокращение выбросов, примерно на 1,6–4,3 млн тонн, в основном из-за меньшего количества выбросов от сельского хозяйства.

Это противоречит тенденции, наблюдаемой в других регионах, при этом увеличение сельскохозяйственных выбросов является основной причиной увеличения общих выбросов в Африке, Южной Азии и Океании.

В земной атмосфере содержится много метана, но на этот факт никто не обращает внимания, так как наличие этого газа в воздухе никак не сказывается на организме человека. Но некоторые животные очень чувствительны к указанному веществу. К таковым относятся, например, канарейки. Ещё в начале XX века шахтёры брали этих птиц в забои, потому что они прекращали петь при повышенном содержании реагента в воздухе.

Краткая характеристика
Физические качества
Химические свойства
Получение в промышленности и лаборатории
Применение метана
Парниковый эффект
Влияние на организм человека

Краткая характеристика

Почти 95% реагента появляется в результате биологических процессов. Пятая часть годовых выбросов газа в атмосферу приходится на коз и коров, в желудках которых живут бактерии, вырабатывающие метан. В атмосферу он попадает, когда рогатый скот выводит из организма продукты своей жизнедеятельности.

Другими источниками вещества являются:

термиты;
рис-сырец;
болотистые водоёмы;
фильтрация природного газа;
фотосинтез растений;
вулканы;
давно погибшие организмы.

Поскольку вещество обычно связано с живыми организмами, то учёные полагают, что его присутствие на планете указывает на наличие жизни. Так, когда этот газ был обнаружен в атмосферах Марса, специалисты начали тщательное изучение планеты именно на предмет существования живых организмов. Но дальнейшие исследования показали, что на удалённых планетах Солнечной системы метана значительно больше, хотя там он появился в результате химических реакций.

На Земле вещество просачивается через трещины в земной коре, находящиеся на океанском дне, в больших количествах выделяется во время горных разработок и при лесных пожарах. Кроме того, недавно учёными был обнаружен новый источник газа, который никогда ранее в таком ключе не рассматривался.

Физические качества

Метан представляет собой самый простой углеводород. Считается, что он имеет специфический запах, но это распространённое заблуждение. Чистый газ не имеет запаха, характерный аромат он приобретает благодаря специальным добавкам, которые добавляют в вещество для предупреждения о его утечке, ведь цвета химическое соединение также не имеет.

Кроме того, к физическим свойствам метана относятся:

Горение голубым пламенем.
Сгорание без выделения вредных продуктов.
Плохая растворимость в воде.
Он легче воздуха.
Основная составляющая природных, попутных нефтяных, рудничного и болотного газов.
Кипение при температуре -161 °C.
Замерзание при температуре -183 °C.
Молярная масса составляет 16,044 г/моль.
Плотность — 0,656 кг/м³.
При соединении с воздухом образуются взрывоопасные смеси.
В жидком виде представляет собой бесцветную жидкость без запаха.

Наиболее опасен метан, который выделяется во время подземных разработок полезных ископаемых, а также на фабриках, занимающихся переработкой и обогащением угля. Когда количество газа в воздухе достигает 5−6%, то он начинает гореть рядом с источниками тепла.

Если уровень вещества поднимается до 14−16%, то может произойти взрыв. При увеличении концентрации вещество горит при постоянном поступлении кислорода. Если же в этот момент количество метана начнёт снижаться, то результатом также может стать взрыв. При взрыве огонь, подпитываемый газом, движется со скоростью от 500 до 700 м/сек. Давление же вещества в этот момент в замкнутом пространстве составляет 1 Мн/м2.

Химические свойства

В химии формула метана — CH4. Соединение плохо вступает в химические связи.

В обычных условиях оно не реагирует со следующими веществами:

концентрированные кислоты;
расплавленные и концентрированные щелочи;
щелочные металлические реагенты;
галогены;
перманганат калия; в кислой среде.

При температуре около 200 °C и давлении от 30 до 90 атмосфер болотный газ окисляется, преобразуясь в муравьиную кислоту. Вещество образует соединения, называемые газовыми гидратами, которые часто встречаются в природе.

По своим химическим свойствам метан схож с другими реагентами, относящимися к алканам. А потому он вступает в такие химические реакции, как:

Конверсия в синтез-газ. Синтез-газ, который образуется в результате указанной реакции, используется для получения метанола, углеводородов и так далее.
Галогенирование. Такая реакция является цепной. При ней молекула брома или йода подвергается воздействию света и распадается на радикалы, которое затем атакуют молекулы метана. В результате от соединения отрывается атом водорода, а газ становится свободным метилом CH3. Получившееся вещество сталкивается с молекулами брома или йода, которые разрушаются, образуя новые радикалы этих реагентов.
Нитрование.
Окисление или горение. Эта реакция происходит при избытке кислорода и описывается следующим уравнением: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. В этом случае пламя имеет голубой цвет. Если кислорода недостаточно, то результатом реакции становится выработка не углекислого газа, а оксида углерода. Если же кислорода ещё меньше, то взаимодействие веществ приведёт к выделению мелкодисперсного углерода.
Сульфохлорирование.
Сульфоокисление.
Разложение.
Дегидрирование.
Каталитическое окисление. В подобных реакциях из болотного газа образуются карбоновые кислоты, спирты, альдегиды.

Получение в промышленности и лаборатории

В промышленных условиях вещество получают посредством нагревания углерода и водорода или синтеза водяного газа. Для того чтобы реакция протекала успешно, используют катализатор, обычно в этом качестве применяется никель. В США для добычи простейшего углеводорода используется специальная система, способная извлекать соединение из природного угля. Но также метан выделяется в виде подобного продукта при термической переработке нефти и нефтепродуктов, коксовании и гидрировании каменного угля.

В лаборатории для получения вещества применяются следующие методы:

Реакция гидроксида натрия с ацетатом натрия.
Взаимодействие карбида алюминия.
Нагревание натристой извести с уксусной кислотой. Для этой реакции необходима безводная среда, а потому в ней применяется гидроксид натрия, который является наименее гигроскопичным.

Применение метана

Болотный газ самый термически устойчивый углеводород, а потому он широко применяется и в быту, и в промышленности. Хлорирование вещества даёт возможность получения метилхлорида, метиленхлорида, хлороформа, четырёххлористого углерода. Результатом его неполного сгорания является сажа, Если метан каталитически окисляется, то получается формальдегид. А его реакция с серой приводит к образованию сероуглерода.

К важным методам получения ацетилена из простейшего углеводорода относятся:

термоокислительный крекинг,
электрокрекинг.

Газ также применяется для производства синильной кислоты. Кроме того, он даёт водород, необходимый для выработки водяного газа, который, в свою очередь, применяется для создания углеводородов, альдегидов и тому подобного. Кроме того, метан необходим при производстве нитрометана.

Учёные решили эту проблему, увеличив плотность газа до 200−250 атмосфер. Сжатое вещество закачивается в специальные баллоны, установленные на автомобилях особой конструкции.

Парниковый эффект

Метан является одним из газов, создающих на планете парниковый эффект. Чтобы измерить уровень его парниковой активности, необходимо принять за единицу меру воздействия на климат нашей планеты диоксида углерода. При таком соотношении влияние метана будет равно 23. Специалисты в области изучения парникового эффекта отмечают, что количество указанного газа в земной атмосфере значительно выросло за последние два столетия.

Объём метана в современной атмосфере в среднем составляет 1,8 части на миллион. Это количество в 200 раз меньше того же показателя углекислого газа. Необходимо отметить, что молекулы соединения рассеивают и удерживают теплоту, которую излучает нагретая солнцем планета, гораздо лучше, чем молекулы углекислого газа. И также необходимо отметить, что углеводород поглощает земное излучение в тех спектральных областях, которые свободно проходят через другие газовые соединения, создающие эффект парника.

Но тем не менее такие газы планете необходимы. Без двуокиси углерода, водяных паров, метана и других составляющих атмосферы температура на поверхности Земли была бы значительно ниже средних 15 градусов тепла.

Влияние на организм человека

Человек может отравиться, надышавшись метаном при аварии на производстве или из-за неправильного обращения с приборами, работающими на этом газе. Возможна такая ситуация и при длительном нахождении на болоте, в шахте. Если концентрация вещества в воздухе составляет 20 и более процентов, то отравление может быть очень тяжёлым, вплоть до летального исхода.

Работники химических производств, рудников и шахт подвержены другому способу отравления углеводородом. Зачастую эти люди на протяжении длительного времени регулярно вдыхают небольшие дозы вещества.

Кроме того, хроническая интоксикация может наступить из-за заболеваний кишечника, например, дисбактериоза. В таких случаях в организме больного метан образуется в повышенном количестве. Этот газ не станет причиной серьёзной интоксикации, но всё же он может вызвать в организме разные нарушения, привести к желудочно-кишечному дискомфорту и общему ухудшению самочувствия.

Отличить острое отравление метаном можно по следующим признакам:

головокружение;
шум в ушах;
сонливость;
общая слабость;
потеря координации;
нарушение речи;
резь в глазах;
слезотечение;
удушье;
усиленное сердцебиение;
понижение артериального давления;
тошнота;
приступы рвоты;
синюшность кожных покровов и слизистых оболочек.

Если отравление тяжёлое, то человек теряет сознание, у него начинаются судороги, за которыми следует кома. А также возможна остановка дыхания и сердцебиения.

Если отравление метаном является хроническим, то пострадавший страдает от частых головных болей, общего недомогания, низкого артериального давления и снижения работоспособности. Человек становится бледным и вялым, испытывает упадок сил. Гипотония может вызывать обмороки. И также возможно истощение нервной системы, которое выражается в повышенной раздражительности, нервозности и тому подобном.

Метан известен, как один из самых опасных газов. Он токсичен, горюч и взрывоопасен. Вещество не имеет ни цвета, ни запаха, а потому обнаружить его в воздухе крайне сложно. Чтобы не подвергать своё здоровье и жизнь опасности, следует внимательно относится к технике безопасности и соблюдать осторожность при работе или бытовом использовании метана.

Читайте также: