Metano: proprietà, sintesi, reazioni

Il metano è uno dei composti più semplici e conosciuti degli alcani, una classe di idrocarburi saturi con la formula generale CnH2n+2. Si compone di un singolo atomo di carbonio ibridato sp3, con formula chimica CH4 e una struttura tetraedrica con angoli di legame di 109.4°.

Storia

Importanti scienziati come Antoine Lavoisier, Joseph Priestley e Benjamin Franklin osservarono che avvicinando una fiamma alla superficie dell’acqua stagnante si accendevano delle fiammelle azzurrine, credendo che fosse dovuto a esalazioni di “aria infiammabile” di origine minerale. Nel 1776, Alessandro Volta, nelle vicinanze di un canneto, raccogliendo le bolle di gas che emergevano dal fondo di un isolotto, scoprì il gas infiammabile proveniente dalla decomposizione di sostanze animali e vegetali, al quale diede il nome di gas delle paludi.

Proprietà del metano
Il metano è un gas inodore e incolore a temperatura ambiente, scarsamente solubile in acqua a causa della sua natura apolare. Si forma naturalmente nel corso di ere geologiche dai resti di organismi sepolti sul fondo di mari e laghi. Grazie al suo ampio utilizzo come combustibile, viene valutato per il suo potere calorifico, ossia la quantità di calore rilasciata dalla combustione di 1 m^3 di gas a 0°C e pressione atmosferica. Il potere calorifico inferiore del metano è di 8570 kcal/m^3.

Sintesi
Essendo parte del gas naturale, preferibilmente estratto dalle risorse naturali, il metano è presente nel 90% di esso evitando la sintesi. Tuttavia, può essere ottenuto tramite due principali processi:
– La reazione di Sabatier, in cui l’idrogeno reagisce con il biossido di carbonio a temperatura elevata e pressione sotto la catalisi del nichel, seguendo la reazione esotermica: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O.
– La metanazione del monossido di carbonio, catalizzata da metalli come il rutenio e il cobalto.

In conclusione, il metano, essendo un composto fondamentale nel settore energetico, viene prodotto sia naturalmente che sinteticamente per soddisfare le esigenze quotidiane di energia e combustibile.Il metano è un idrocarburo composto da carbonio e idrogeno che viene utilizzato in varie reazioni chimiche per produrre diversi composti. Una delle reazioni più comuni è la sua combustione esotermica con l’ossigeno per produrre anidride carbonica e acqua: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

Reazioni del Metano

Il metano può partecipare a diverse reazioni, tra cui:

# Combustione Completa

Nella combustione completa, il metano reagisce con l’ossigeno per produrre anidride carbonica e acqua: CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

# Combustione Incompleta

In presenza limitata di ossigeno, il metano può subire una combustione incompleta producendo monossido di carbonio e idrogeno: 2 CH₄ + 3 O₂ → 3 CO + 4 H₂O.

# Alogenazione Radicalica

Il metano può subire alogenazione per via radicalica, dove il radicale metile reagisce con un alogeno per formare un alogenuro alchilico.

Reazioni di Alogenazione

Durante la reazione di sostituzione radicalica, l’alogeno X₂ si divide omoliticamente sotto l’azione della luce producendo radicali altamente reattivi. Questi radicali interagiscono con il metano per formare alogenuri alchilici.

La reazione procede attraverso diverse fasi:

–

Iniziazione

: scissione omolitica dell’alogeno X₂ catalizzata dalla luce.
–

Propagazione

: formazione del radicale metile CH₃·.
–

Terminazione

: accoppiamento dei radicali per formare prodotti stabili.

Altre Reazioni del Metano

Il metano può reagire anche con biossido di carbonio, ossigeno e acqua per formare monossido di carbonio e idrogeno in diverse proporzioni:

– Con biossido di carbonio: CH₄ + CO₂ → 2 CO + 2 H₂.
– Con ossigeno: 2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂.
– Con acqua: CH₄ + H₂O → 2 CO + 3 H₂.

Queste reazioni illustrano la versatilità del metano nel formare diversi composti attraverso reazioni chimiche con vari reagenti.