Газ болотний: формула і застосування
Вирізняється з дна водойм газ - болотний газ з неприємним запахом (інша узагальнена назва - метан). З точки зору науки це форма, або водородістий метил. Здебільшого він складається з метану (CH4). У ньому також може бути присутнім азот, аргон, водень, фосфін і вуглекислий газ.
Ключові особливості
Стандартний склад, хімічна формула газу болотного - все це наочно демонструє його приналежність до найпростіших сполук вуглецю. Навколо даного елемента групуються інші компоненти. Газ болотний зустрічається в природі у вільному стані в якості суміші з вуглекислотою або азотом. Він виникає в результаті розкладання органічних речовин. Як правило, це опинилися під водою і позбавлені доступу до повітря рослини.
Кам`яновугільні копальні - ще одне місце, де формується горючий болотний газ. Він накопичується серед порід після розкладання органічних залишків. Цьому сприяють численні порожнечі. Такі гази вириваються при появі випадково виниклого отвори.
Відео: Фізика. МКТ: Рівняння Менделєєва-Клапейрона для ідеального газу. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»
місця освіти
Незважаючи на своє досить однозначну назву, газ болотний (а точніше, метан) виділяється ще й з земляних тріщин біля родовищ нафти. Перші подібні випадки були зафіксовані в Сполучених Штатах Америки на берегах річки Аллегейні, а також в Росії в Каспійському краї. У Баку з цієї причини з давніх часів існував переказ про загадкові бакинських вогнях. Природний феномен виявився змішаним з вуглекислотою, азотом і нафтовими парами болотним газом.
З розвитком промисловості і технології видобутку корисних копалин люди навчилися утилізувати виділявся метан. Перший такий завод з`явився в Пенсільванії. Газ болотний відрізняється тим, що утворюється безперервно, його можна виявити в будь-якому болоті чи ставку. Зачастую для этого достаточно просто прикоснуться палкой к илу. Після цього бульбашки газу спливають на водну поверхню.
Основа болотного газу
Утворенню основного компонента природного газу (метану) допомагають бактерії. Через них починається бродіння клітковини рослин, що сприяє появі метану. Найчистіше метан, як вважається, характерний для грязьових вулканів Апшеронского і Керченської півостровів.
Крім того, він виникає в соляних покладах, джерелах і фумаролах - отворах і тріщинах, розташованих біля підніжжя вулканів. Метан присутній в кишечнику людини. Його містять продукти видихання деяких тварин. Одним з перших письмових свідчень про цю речовину можна вважати твори античного письменника Плінія, згадуваного про газоподібних горючих з`єднаннях.
вибухонебезпечність
Найбільше болотний газ відомий завдяки власним руйнівним властивостям. При запаленні в суміші з повітрям він викликає вибух. Причиною цього є властивості метану. Вибух болотного газу і подібних з`єднань довгий час наводив жах на людей, що пояснювали, що відбувалося забобонами. Причини аномалії стали відомі тільки після наукового дослідження даного феномена.
Болотний газ, метан та інші вибухонебезпечні сполуки спонукали людей винайти лампу Деві. Її стали використовувати як на болотах, так і в вугільних шахтах. У цій лампі продукти горіння відводилися за допомогою спеціальної сітки, завдяки якій виключалася можливість загоряння горючої газової суміші.
Історія відкриття
Великий внесок у вивчення болотного газу (метану) вніс італійський учений Алессандро Вольта. У 1776 році він довів, що дана речовина відрізняється від водню, так як йому необхідно вдвічі більше кисню для спалювання. Крім того, саме Вольта визначив, що болотний газ - це джерело вугільної кислоти.
Італієць виявив метан на кордоні Швейцарії та Італії поруч з озером Маджоре. Натхненням для вченого послужила стаття американського вченого та політика Бенджамина Франкліна про феномен «пального повітря». Вольта першим отримав метан, збираючи газ, що виділяється болотом.
продовження досліджень
Іншими важливими дослідниками природного феномена були французький хімік Клод Бертолле і британський хімік Вільям Генрі. Останній з них в 1805 році визначив склад болотного газу і відрізнив його від етилену (так званого маслородного газу).
Відео: У Республіці Білорусь подешевшає газ
Загадка вибухонебезпечної речовини ховалася в його основному компоненті - метані. Він був визначений як легкий вуглеводневий газ (на відміну від важкого вуглеводневого газу етилену). Згодом устоявся інший термін - водородістий метил. Дослідження Генрі продовжили Джон Дальтон і Йенс Якоб Берцеліус.
У 1813 році англійський хімік і геолог Гемфрі Деві провів аналіз рудничного газу і прийшов до висновку, що ця речовина - суміш метану, вугільного ангідриду і азоту. Так було доведено, що горюча суміш, що виділяється в рудниках, тотожна схожою суміші на болотах.
Вплив на екологію
Характерний для болотного газу метан виникає внаслідок певних хімічних реакцій. В першу чергу це суха перегонка органіки (наприклад, торфу або дерева). Хімічно чистий метан отримують за допомогою розкладання цінкметіла водою (при цьому виробляється окис цинку). Сьогодні дана речовина привертає увагу багатьох екологів через своєї участі у формуванні парникового ефекту. Відбувається це внаслідок накопичення метану в атмосфері Землі. Болотний газ поглинає теплове випромінювання в інфрачервоній області спектра. За цим параметром він поступається тільки чистому вуглекислому газу. Екологи оцінюють внесок метану в посилення парникового ефекту приблизно в 30%.
Властивості, склад, хімічна формула газу болотного сьогодні вивчаються в рамках дослідження його впливу на атмосферу нашої планети. У природних кількостях, що виробляються самою природою, він не був небезпечний як причину парникового ефекту. Однак проблема полягає в тому, що величезна кількість метану потрапляє в атмосферу з вини самих людей. Аналог болотного газу виробляється на всіляких підприємствах. Це так званий абіогенний метан. Той, який виникає на болотах, вважається біогенних - тобто виникли внаслідок трансформацій органічної речовини.
метаногенеза
Біосинтез метану (а значить, і виникнення болотного газу) також називається метаногенеза. У цьому процесі беруть участь бактерії археї. Вони аеробних, тобто можуть отримувати енергію для життєдіяльності, обходячись без кисню. Археї не мають мембранних органел і ядра.
Бактерії генерують метан, відновлюючи одинвуглецевого з`єднання за допомогою вуглецевих спиртів і одноуглеродних з`єднань. Інший спосіб - диспропорционирование ацетату. Виробляється бактеріями енергія трансформується ферментами АТФ-синтази. У метаногенеза беруть участь найрізноманітніші молекули: коферменти, метанофуран, тетрагідрометаноптерін і т. Д.
метаногени
Науці відомо 17 пологів і 50 видів архей, здатних генерувати основу болотного газу. Вони утворюють примітивні багатоклітинні колонії. Самий вивчений геном подібних архей - Methanosarcina acetivorans. Вони перетворять в ацетати і метан монооксид вуглецю, використовуючи для цього ферменти ацетаткінази і фосфотрансацетілази. Також існує теорія про те, що ці археї в давнину могли трансформуватися в тіоефір за умови, що в тодішньому мулі була висока концентрація сульфіду заліза.
Причина лісових пожеж
При достатній емісії і концентрації болотний газ, возгоревшейся, може викликати великий природний торф`яної і лісова пожежа. Сьогодні існує цілий комплекс боротьби з подібними явищами. Спеціальні служби проводять газовий моніторинг самих заболочених областей. Вони відповідають за профілактику і кількісний контроль співвідношення компонентів потенційно небезпечного газу.
Наприклад, одним з найбільш заболочених в Московській області є східний Шатурський район. У його водоймах водиться багато риби (карасів, окунів, бичків, коропів, щук, сазанів), тритонів, жаб, змій, ондатр, птахів (чапель, випий, куликів, качок). У кістках всіх цих тварин міститься фосфор. Він переробляється бактеріями, після чого з`являються дещо інші речовини. Це дифосфин і фосфін. Саме вони є головними ініціаторами ланцюгової реакції по самозаймання. Розпочаті подібним чином пожежі - серйозна екологічна проблема. Від загорянь на болотах горять не тільки ліси, а й торфовища. Пожежа може поширитися вглиб них. Такі торфовища можуть горіти цілими роками.
У Росії зосереджено близько двох третин усіх боліт світу. Вони зустрічаються в центрі європейської частини країни, Західного Сибіру і на Камчатці. Загальна площа боліт в Росії - близько 340 мільйонів гектарів, 210 з яких вкриті лісовим покривом. Найбільше газу виробляється влітку. У такий період за добу на площі в один гектар може виділитися близько двох з половиною кілограмів метану.
Взаємодія з киснем і хлором
Природний болотний газ, формула хімічна якого - CH4, горить ледь світиться блідим полум`ям. Найсильніша вибух з ним відбувається при запалюванні в суміші, що містить 7-8 обсягів повітря і 2 обсягу кисню. Газ малорастворим в воді (на відміну від алкоголю). Він вступає в реакції виключно з галогенами.
При взаємодії з хлором болотний газ утворює хлористий метил CH3Cl. Дана речовина отримують лабораторним шляхом. Для цього хлористоводневий газ пропускають в киплячий розчин з метілного алкоголю і розплавленого хлористого цинку. В результаті виходить безбарвний газ, характерною рисою якого є приємний ефірний запах з солодкуватим смаком. При сильному тиску або охолодженні він згущується в рідину.
Застосування і реакції з галогенами
Метан (болотний газ), формула і застосування якого в якості палива вивчаються в шкільній програмі, активно взаємодіє з галогенами. В результаті реакцій заміщення з цими речовинами утворюються такі сполуки: бромистий, хлористий, фтористий і фтористий метилен. Останній з них вперше був отриманий російським хіміком Олександром Бутлеровим. Йодистий метилен - сильно заломлює світло жовтувата рідина. Температура її кипіння - 180 ° C.
Як називається болотний газ, повністю заміщений галогенами? це чотирихлористий вуглець. Він був відкритий французьким хіміком Анрі Реньо в 1839 році. Це рідина з характерним пряним запахом. Вона має анестезуючу ефектом. Інша подібна речовина - четирехбромістий вуглець. Він видобувається з золи від морських рослин.
Небезпека для здоров`я
Сам по собі болотний метан фізіологічно нешкідливий. Він відноситься до неотруйним парафіновим вуглеводнів. Ця група речовин відрізняється хімічною інертністю і поганий розчинність в плазмі крові. Повітря з високою концентрацією болотного газу може вбити людину тільки в тому випадку, якщо він буде відчувати брак кисню.
Початкові ознаки задушення (асфіксії) проявляються при вмісті метану від 30%. У цьому випадку збільшується обсяг дихання, частішає пульс, порушується координація м`язових рухів. Але ймовірність подібних випадків вкрай мала. Справа в тому, що метан легший за повітря, що не дає йому накопичуватися в надмірних пропорціях.
У той же час дослідники прирівнюють дію болотного газу на психіку людини до дії діетилового ефіру. Подібний ефект можна прирівняти до наркотичної. У людей, які довгий час працювали в шахтах з високою концентрацією метану, простежуються змін у вегетативній нервовій системі (гіпотонія, позитивний рефлекторна регуляція серця і т. Д.).
