Was ist Methan?
Methan ist ein Kohlenwasserstoff, der aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen besteht.
Es ist der Hauptbestandteil von Erdgas und wird in Stadtgas verwendet. Es ist ein Treibhausgas und hat einen Einfluss auf die globale Erwärmung. In der Natur kann Methan durch die Vergärung von organischem Material aus abgestorbenen Pflanzen in Feuchtgebieten und Sümpfen gewonnen werden und wird daher auch als Sumpfluft bezeichnet. In der Industrie wird Methan durch Abtrennung aus Erdgas gewonnen.
Methan selbst ist für den Menschen nicht giftig, doch ist Vorsicht geboten, da das Einatmen von hochgereinigtem Methan zu Sauerstoffmangel führen kann.
Anwendungen von Methan
Methan ist der Hauptbestandteil von verflüssigtem Erdgas, das in Stadtgas und als Brenngas verwendet wird.
Methan ist in Biogas enthalten, das durch mikrobielle Methangärung von Lebensmittelabfällen und Viehdung gewonnen wird. Dieses Biogas wird auf eine Methankonzentration von mehr als 90 % aufbereitet und Biomethan kann als Strom oder Wärme geliefert werden.
Es kann auch als Rohstoff für die industrielle Herstellung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen verwendet werden. Aus Methan werden zum Beispiel Methanol, Formaldehyd und Ameisensäure gewonnen.
Eigenschaften von Methan
Die Summenformel von Methan ist CH4 mit einer molaren Masse von 16,042 g/mol. Der Schmelz- und Siedepunkt von Methan liegt bei -182,5 °C bzw. -161,6 °C. Es liegt also bei Raumtemperatur als Gas vor. Sein Flammpunkt liegt bei -188 °C und sein Zündpunkt bei 537 °C. Das spezifische Gewicht von Methan beträgt 0,555 bei normaler Temperatur und normalem Druck. Es ist auch das einzige Alkan mit einer geringeren Dichte als die durchschnittliche Dichte von Luft.
Methanmoleküle haben eine tetraedrische Struktur mit einem Kohlenstoffatom in der Mitte. Die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (C-H) werden durch Sigma-Bindungen in sp3-Hybridorbitalen mit einem Bindungswinkel von 109° zusammengehalten.
Weitere Informationen zu Methan
1. Synthetisierung von Methan
In der Industrie kann Methan in großen Mengen durch die Reaktion von Wasserstoff und Kohlenmonoxid hergestellt werden. Im Labor wird es durch Erhitzen und Dekarbonisierung von Acetaten in Gegenwart einer starken Base hergestellt. So kann Methan beispielsweise durch Erhitzen von Natriumacetat und Natriumhydroxid gewonnen werden. Bei der Hydrolyse von Aluminiumcarbid mit Wasser bei Raumtemperatur entsteht ebenfalls Methan, das jedoch aufgrund von Verunreinigungen einen starken Geruch aufweist.
Methan kann auch durch anaerobe Gärung durch methanogene Bakterien erzeugt werden. Übrigens wird das meiste in der Natur vorkommende Methan von Methanogenen synthetisiert und diese Reaktion erfordert starke anaerobe Bedingungen.
2. Methan-Reaktion
Methan reagiert leicht mit Halogenelementen, die durch Reize wie Licht angeregt werden. Dabei handelt es sich um eine stark exotherme Reaktion, bei der Wasserstoffatome gegen Halogenatome ausgetauscht werden. Konkret entzündet sich Methan, wenn ein chlorhaltiges Gasgemisch bei Raumtemperatur dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt wird.
Andererseits kann 1 mol Methan durch vollständige Verbrennung in 1 mol Kohlendioxid und 2 mol Wasser umgewandelt werden, wobei 890 kJ Wärme entstehen. Bei der unvollständigen Verbrennung von Methan entstehen Kohlenmonoxid und Wasser.
3. Substituenten in Verbindung mit Methan
Wenn Methan als Substituent betrachtet wird, gibt es Methyl-, Methylen- und Methingruppen. Eine Alkylgruppe, bei der ein Wasserstoffatom aus dem Methan entfernt wurde, wird als Methylgruppe (CH3-) bezeichnet. Eine Alkengruppe, der zwei Wasserstoffatome aus dem Methan entfernt wurden, ist eine Methylengruppe (-CH2-) und eine Alkingruppe, der zwei Wasserstoffatome aus dem Methan entfernt wurden, ist eine Methingruppe (-CH<).
Handelt es sich bei den Bindungspartnern um dasselbe Atom und haben sie die Struktur H2C=X, werden sie auch als Methylengruppen bezeichnet. Wenn der Bindungspartner dasselbe Atom ist und die Struktur HC≡X hat, spricht man auch von einer Methylidingruppe.
4. Methan-verwandte Verbindungen
Die meisten Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl sind von Methan abgeleitet, das ebenfalls eine Kohlenstoffzahl hat. Einige Verbindungen sind als Rohstoffe für die chemische Industrie von Bedeutung. Beispiele hierfür sind Methanol, Formaldehyd, Ameisen- und Blausäure.