Qu’est-ce que le méthane ?
Le méthane est un hydrocarbure composé d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène.
C’est le principal composant du gaz naturel et il est utilisé dans le gaz de ville. C’est un gaz à effet de serre qui a un impact sur le réchauffement climatique. Dans la nature, le méthane peut être obtenu par fermentation de la matière organique des plantes mortes dans les zones humides et les marais. C’est pourquoi on l’appelle aussi gaz des marais. Industriellement, le méthane est obtenu par séparation du gaz naturel.
Le méthane lui-même n’est pas toxique pour l’homme. Il faut cependant être vigilant car l’inhalation de méthane hautement purifié peut entraîner un manque d’oxygène.
Utilisations du méthane
Le méthane est le principal composant du gaz naturel liquéfié utilisé dans le gaz de ville et comme gaz combustible.
Le méthane est contenu dans le biogaz, obtenu par fermentation microbienne de déchets alimentaires et d’effluents d’élevage. Ce biogaz est raffiné jusqu’à une concentration de méthane supérieure à 90 %. Le biométhane peut être fourni sous forme d’électricité ou de chaleur.
Il peut également être utilisé comme matière première pour la production industrielle de composés contenant du carbone. À titre d’exemple, le méthanol, le formaldéhyde et l’acide formique sont dérivés du méthane.
Propriétés du méthane
La formule moléculaire du méthane est CH4 avec une masse molaire de 16,042 g/mol. Les points de fusion et d’ébullition du méthane sont respectivement de -182,5°C et de -161,6°C. Il existe donc sous forme de gaz à température ambiante. Son point d’éclair est de -188°C et son point d’ignition de 537°C. La densité du méthane est de 0,555 à température et pression normales. C’est également le seul alcane dont la densité est inférieure à la densité moyenne de l’air.
Les molécules de méthane ont une structure tétraédrique avec un atome de carbone au centre. Les liaisons carbone-hydrogène (C-H) sont maintenues par des liaisons sigma dans des orbitales hybrides sp3 avec un angle de liaison de 109°.
Autres informations sur le méthane
1. Comment est synthétisé le méthane
Industriellement, le méthane peut être produit en grandes quantités par la réaction de l’hydrogène et du monoxyde de carbone. En laboratoire, il est produit par chauffage et décarbonatation d’acétates en présence d’une base forte. Par exemple, le méthane peut être obtenu en chauffant de l’acétate de sodium et de l’hydroxyde de sodium. L’hydrolyse du carbure d’aluminium avec de l’eau à température ambiante produit également du méthane, mais avec une forte odeur due aux impuretés.
Le méthane peut également être produit par fermentation anaérobie par des bactéries méthanogènes. D’ailleurs, la plupart du méthane produit dans la nature est synthétisé par des méthanogènes, et cette réaction nécessite de fortes conditions anaérobies.
2. Réaction du méthane
Le méthane réagit facilement avec les éléments halogènes excités par des stimuli tels que la lumière. Il s’agit d’une réaction intensément exothermique qui entraîne la substitution d’atomes d’hydrogène par des atomes d’halogène. Plus précisément, le méthane s’enflamme lorsqu’un mélange de gaz contenant du chlore est exposé à la lumière directe du soleil à température ambiante.
D’autre part, 1 mole de méthane peut être transformée en 1 mole de dioxyde de carbone et 2 moles d’eau par combustion complète, ce qui produit 890 kJ de chaleur. La combustion incomplète du méthane produit du monoxyde de carbone et de l’eau.
3. Substituants associés au méthane
Lorsque le méthane est considéré comme un substituant, il existe des groupes méthyle, méthylène et méthine. Un groupe alkyle auquel on a enlevé un atome d’hydrogène du méthane est appelé groupe méthyle (CH3-). Un groupe alcène auquel on a enlevé deux atomes d’hydrogène du méthane est un groupe méthylène (-CH2-) et un groupe alcyne auquel on a enlevé deux atomes d’hydrogène du méthane est un groupe méthine (-CH<).
Lorsque les partenaires de liaison sont le même atome et ont la structure H2C=X, ils sont également appelés groupes méthylidène. Lorsque le partenaire de liaison est le même atome et que sa structure est représentée par HC≡X, on parle également de groupe méthylidine.
4. Composés liés au méthane
De nombreux composés ayant un nombre de carbone sont dérivés du méthane, qui a également un nombre de carbone. Certains composés sont importants en tant que matières premières dans l’industrie chimique. C’est le cas du méthanol, du formaldéhyde, de l’acide formique et du cyanure d’hydrogène.