Μεθάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Μεθάνιο
Methane-CRC-MW-3D-balls.png
Methane-2D-dimensions.svg
Methane-3D-space-filling.svg
Ch4-structure.png
Methaan.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Μεθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος CH4
Μοριακή μάζα 16,0425 amu
Συντομογραφίες MeH
Αριθμός CAS 74-82-8
SMILES C
PubChem CID 297
ChemSpider ID 291
Δομή
Διπολική ροπή 0 D
Μήκος δεσμού 108,7 pm
Είδος δεσμού ελαφρά πολωμένος ομοιοπολικός δεσμός
σ (1s-2sp3)
Πόλωση δεσμού 3%
Γωνία δεσμού 109°28'
Μοριακή γεωμετρία τετραεδρική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -182,5 °C (90,65 K)
Σημείο βρασμού -161,6 °C (111,55 K)
Κρίσιμη θερμοκρασία −82,6 °C (190,55 K)
Κρίσιμη πίεση 45,3984703 atm
Πυκνότητα 0,717 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
35 g/m3 (17 °C)
Τάση ατμών 40 atm (-86,3 °C)
Εμφάνιση Άχρωμο και άοσμο αέριο [1]
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους
καύσης
891 kJ/mole
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-188 °C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Φράσεις κινδύνου R12
Φράσεις ασφαλείας (S2), S9, S16, S33
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
1
0
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα

Το μεθάνιο είναι μια χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με χημικό τύπο CH4, δηλαδή το μόριό του αποτελείται από ένα (1) άτομο άνθρακα και τέσσερα (4) άτομα υδρογόνου. Είναι η απλούστερη οργανική ένωση και ειδικότερα το απλούστερο αλκάνιο, δηλαδή άκυκλος κορεσμένος υδρογονάνθρακας. Είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου (70-90%). Η σχετική αφθονία του, η (σχετικά πάντα) μεγάλη ενεργειακή του απόδοση, η «καθαρή» καύση του και η χαμηλή του τιμή, το κάνουν ένα πολύ ελκυστικό καύσιμο, ιδιαίτερα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και οικιακής θέρμανσης. Ωστόσο, επειδή το καθαρό μεθάνιο είναι, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι ένα αέριο, το μεθάνιο είναι (σχετικά) δύσκολο (και δαπανηρό) να μεταφερθεί από τις πηγές του. Χρησιμοποιούνται συχνά ειδικοί αγωγοί για τη μεταφορά του (συνήθως με τη μορφή του φυσικού αερίου) ή και ειδικά πλοία (μεταφορικά υγροποιημένου φυσικού αερίου, LNG carriers) που το μεταφέρουν σε υγρή μορφή υπό ψύξη κάτω από τη θερμοκρασία ζέσης του (-161,6 °C), οπότε πλέον μπορούν να υγροποιηθούν το μεθάνιο και φυσικά και τα βαρύτερα συστατικά του φυσικού αερίου[2].

Το ατμοσφαιρικό μεθάνιο είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου, με το σχετικά μεγάλο δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης 72 (υπολογισμένο σε μέσο όρο 20 ετών) ή 25 (υπολογισμένο σε μέσο όρο 100 ετών)[3], μεγαλύτερο κατά μονάδα από το αντίστοιχο του διοξειδίου του άνθρακα, που είναι το πιο γνωστό αέριο θερμοκηπίου.[4]. Το μεθάνιο, όμως, οξειδώνεται αργά στην ατμόσφαιρα της Γης, από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο (O2), με τη βοήθεια της υγρασίας (H2O) και της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV), του ηλιακού φωτός. Το αποτέλεσμα αυτής της οξείδωσης είναι να έχει το μεθάνιο ημιζωή επτά (7) ετών στη γήινη ατμόσφαιρα. Η μοριακή αναλογία του μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης το 1750 υπολογίστηκε ότι ήταν 700 ppb. Tο 1998 ανέβηκε στα 1.745 ppb. Το 2008 έφτασε τα 1.800 ppb[5]. Το 2010 μετρήθηκε στην Αρκτική στα 1850 ppb, ένα επίπεδο που αποτελεί το υψηλότερο εδώ και 400.000 χρόνια[6]. Ιστορικά, τα επίπεδα της μοριακής συγκέντρωσης μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης κυμαίνονταν μεταξύ 300 και 400 ppb, κατά τις εποχές των παγετώνων, και μεταξύ 600 και 700 ppb, κατά τις μεσοπαγετώδεις περιόδους.

Η τέλεια καύση του αποδίδεται από την ακόλουθη στοιχειομετρική και θερμοδυναμική εξίσωση:

\mathrm{CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{\triangle} CO_2 + 2H_2O + 891 kJ}

Το μεθάνιο ανακαλύφθηκε και απομονώθηκε (για πρώτη φορά) από τον Αλεσάντρο Βόλτα (Αlessandro Volta), κατά τη χρονική περίοδο 1776-1778, όταν μελετούσε το αέριο που εκλύεται από τη λίμνη Ματζόρε της Ιταλίας.

Το στρατοσφαιρικό μεθάνιο (δηλαδή όσο ανέρχεται στο ομώνυμο ατμοσφαιρικό στρώμα) επηρεάζει επίσης το στρατοσφαρικό στρώμα του όζοντος[7][8].

Επιπλέον, υπάρχουν μεγάλες ποσότητες μεθανυδριτών στους ωκεάνιους πυθμένες. Ο φλοιός της Γης περιέχει τεράστιες ποσότητες μεθανίου που δημιουργήθηκε με αναερόβια μεθανογένεση. Άλλες πηγές μεθανίου περιλαμβάνουν τα ηφαίστεια, οι χωματερές και η κτηνοτροφία, από την εντερική ζύμωση κυτταρινούχων τροφών.

Πίνακας περιεχομένων

Ιστορικά στοιχεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από τους αρχαιότατους χρόνους ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε το μεθάνιο (με τη μορφή του φυσικού αέριου) ως μέσο θέρμανσης. Συστηματική χρήση του γινόταν από τους Κινέζους (10ος αιώνας π.Χ.), που το διαβίβαζαν μέσω καλαμιών μπαμπού και το έκαιγαν με σκοπό την εξάτμιση θαλασσινού νερού για παραγωγή αλατιού. Σε πολλές περιοχές, που φυσικό αέριο εκλυόταν από σχισμές του εδάφους, ενώ ήταν γνωστό ότι όσοι το ανέπνεαν περιέρχονταν σε κατάσταση έκστασης και μιλούσαν ασυνάρτητα. Αυτά τα φαινόμενα αποδίδονταν σε υπερφυσικές δυνάμεις και συχνά στις θέσεις αυτές χτιζόταν ναοί ή και μαντεία. Φωτιστική χρήση του μεθανίου αναφέρεται να γίνεται από το 2ο αιώνα μ.Χ.. Το μεθάνιο ήταν ένα από τα πρώτα αέρια που χαρακτηρίστηκαν ως ξεχωριστές χημικές ενώσεις. Ήταν γνωστό ως «αέριο των ελών» ή «ελειογενές αέριο» (marsh gas) και ο πρώτος που το μελέτησε ήταν ο φυσικός Αλεσάντρο Βόλτα (1745-1827), ο οποίος το απομόνωσε από έλη κοντά στη λίμνης Ματζόρε της Ιταλίας, βασισμένος σε παρατηρήσεις που είχαν γίνει και καταγραφεί παλαιότερα από το Βενιαμίν Φραγκλίνο (Benjamin Franklin, 1706-1790). Ο Βόλτα έγινε αργότερα διάσημος, και στο ευρύτερο κοινό, κυρίως για τις ανακαλύψεις του στο πεδίο του ηλεκτρισμού, ωστόσο τα πειράματά του με διάφορα αέρια και κυρίως με το μεθάνιο, στην αρχή της επιστημονικής του σταδιοδρομίας (1778), τον έκαναν γνωστό στην επιστημονική κοινότητα της εποχής του, πριν ακόμη προχωρήσει στην κύρια εφεύρεσή του, την ηλεκτρική στήλη (1800).

Το μεθάνιο εκλύεται συχνά στα ανθρακωρυχεία και πολλές ζωές ανθρακωρύχων χάθηκαν εξ αιτίας του, αφού σε αναλογίες 5-15% κ.ό. στον αέρα αναφλέγεται εκρηκτικά. Η χρήση «γυμνής» φλόγας για το φωτισμό των στοών ήταν το αίτιο το αναφλέξεων αυτών. Το 1815 ο Βρετανός χημικός Χάμφρεϋ Ντάιβυ (Humphry Davy, 1778-1829) διαπίστωσε ότι το μεθάνιο αναφλέγεται μόνο υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Η παρατήρηση αυτή τον οδήγησε στην κατασκευή φωτιστικής λυχνίας, στην οποία η φλόγα περιβαλλόταν από μεταλλικό πλέγμα. Το πλέγμα επέτρεπε την είσοδο αέρα προς τη φλόγα, παρουσία μεθανίου γινόταν εσωτερική ανάφλεξη, αλλά το πλέγμα διέσπειρε τη θερμότητα και η ανάφλεξη αυτή δεν μεταδίδονταν εκτός της λυχνίας. Η λυχνία αυτή, γνωστή ως λυχνία ασφαλείας ή «λυχνία Davy» (Davy lamp), ήταν και ένα είδος ανιχνευτή επικίνδυνων αερίων. Παρουσία μεθανίου η φλόγα γινόταν εντονότερη και αποκτούσε κυανό χρώμα, ενώ παρουσία του ασφυκτικού διοξειδίου του άνθρακα, η φλόγα έσβηνε. Χάρις στη λυχνία Davy σώθηκαν πολλές ζωές ανθρακωρύχων και επαναλειτούργησαν πολλά ανθρακωρυχεία, τα οποία είχαν εγκαταλειφθεί ως επικίνδυνα[9].

Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία «μεθάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «μεθ-» δηλώνει την παρουσία ενός (1) ατόμου άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες, από αυτές που τίθενται στην κατάληξη της ονομασίας, και επομένως, επειδή δεν αναφέρονται καμμία ούτε ως προθέματα - υποκαταστάτες, δηλώνεται έμμεσα ότι είναι υδρογονάνθρακας.

Πιο αναλυτικά:

Το μεθάνιο πήρε το όνομά του από τη ρίζα μεθύλιο και την κατάληξη «-ανιο» που χαρακτηρίζει τα αλκάνια (τους κορεσμένους αλειφατικούς υδρογονάνθρακες). Οι ονομασίες των ομάδων μεθυλένιο (−CH2−) και μεθύλιο (CH3−) χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τους Γάλλους χημικούς Ζαν-Μπαπτίστ Ντουμάς (Jean-Baptiste Dumas) και Ευτζέν Πελιγκότ (Eugène-Melchior Péligot), όταν κατά τη δεκαετία 1830-1840 μελετούσαν τη μεθανόλη (CH3OH), κύριο προϊόν «ξηράς απόσταξης» ξύλου. Η μεθανόλη αρχικά αναφερόταν με το εμπειρικό όνομα «ξυλόπνευμα» (wood alcohol, pyroxylic spirit). Θέλοντας να δώσουν ένα ελληνικής προέλευσης όνομα, όπως ήταν η συνήθεια της εποχής, χρησιμοποίησαν τις λέξεις «μέθη» (από τη φυσιολογική δράση της μεθανόλης) και «ύλη» (με την έννοια του ξύλου, π.χ. υλοτομία) και τελικά ονόμασαν την αλκοόλη «μεθυλική αλκοόλη» (methyl alcohol). Από τότε η κατάληξη «-υλιο» γενικεύτηκε για τις ονομασίες όλων των οργανικών και μερικών ανόργανων ριζών[9].

Δεσμολογία και ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μόριό του έχει τη δομή κανονικού τετραέδρου, με τέσσερεις (4) ισοδύναμους δεσμούς C-H. Οι δεσμοί που σχηματίζονται είναι ελαφρά πολωμένοι (~3%) ομοιοπολικοί τύπου σ, οι οποίοι παραδοσιακά θεωρούνταν τύπου (2sp3-1s), με μήκος 108,7 pm. Οι γωνίες των τεσσάρων δεσμών C-H είναι 109° 28΄ [για την ακρίβεια ισούται με το arccos(-1/3) = τόξσυν(-1/3), δηλαδή τη λύση της τριγωνομετρικής εξίσωσης συνX = -1/3.].

Δεσμοί[10]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C -0,12
H +0,03

Η ηλεκτρονιακή του δομή, μετά από πιο πρόσφατες εκτιμήσεις, περιγράφεται με τέσσερα (4) μοριακά τροχιακά τύπου σ, ως αποτέλεσμα της επικάλυψης των ατομικών τροχιακών του άνθρακα και του υδρογόνου. Το χαμηλότερης ενέργειας μοριακό τροχιακό είναι το αποτέλεσμα της επικάλυψης κάθε 2s τροχιακού του άνθρακα με τον κατά φάση συνδυασμό των 1s τροχιακών των τεσσάρων (4) ατόμων υδρογόνου. Πάνω από αυτό το ενεργειακό επίπεδο βρίσκεται ένα σύνολο από τριπλά εκφυλισμένα μοριακά τροχιακά που περιλαμβάνουν την επικάλυψη των 2p τροχιακών του άνθρακα με διάφορους γραμμικούς συνδυασμούς των 1s τροχιακών του υδρογόνου. Η συνεπαγώμενη «3 προς 1» δεσμολογία φαίνεται να τεκμηριώνεται με φωτοηλεκτρονικές φασματοσκοπικές μετρήσεις.

Το καθαρό μεθάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες» (25°C, 1 atm) είναι αέριο άχρωμο και άοσμο[11], ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Η χαρακτηριστική οσμή του φυσικού αερίου και του φωτοαερίου δεν προέρχεται από το μεθάνιο, αλλά από πρόσθετους οσμοθέτες, δηλαδή οσμηρές ουσίες, συνήθως μίγματα που περιέχουν 2-μεθυλο-2-προπανοθειόλη, που συχνά προστίθενται τεχνητά στο φυσικό αέριο, στο φωταέριο ή και στο καθαρό μεθάνιο, αν προορίζεται για καύσιμο, για να ανιχνεύεται πιο εύκολα, σε ενδεχόμενες, αλλά ανεπιθύμητες διαρροές. Βέβαια, το φυσικό αέριο συνήθως περιέχει και από τη φύση του θειούχες ουσίες, οπότε έχει και φυσική οσμή. Το μεθάνιο έχει θερμοκρασία βρασμού -161°C, υπό πίεση 1 atm[12]. Είναι εύφλεκτο μόνο σε ένα (σχετικά) στενό εύρος συγκεντρώσεών του (5–15%), στον ατμοσφαιρικό αέρα. Το υγροποιημένο μεθάνιο δεν καίγεται παρά μόνο κάτω από την επίδραση υψηλής πίεσης, συνήθως 4 - 5 atm[13].

Διαλύεται ευκολότερα σε οργανικούς διαλύτες. Η ύπαρξή του δεν ανιχνεύεται εύκολα, ενώ με τον αέρα σχηματίζει εκρηκτικά μίγματα. Αυτός είναι ο λόγος που συχνά αναφέρονται εκρήξεις σε ανθρακωρυχεία.

Φυσική παρουσία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Είναι αρκετά διαδεδομένο στη φύση, καθώς αποτελεί το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου (περίπου 87% κατ' όγκο, κατά μέσο όρο). Η κύρια πηγή του μεθανίου είναι από εξόρρυξη γεωλογικών αποθεμάτων, που είναι γνωστά ως «κοιτάσματα φυσικού αερίου». Τα κοιτάσματα αυτά συχνά συνδέονται με κοιτάσματα και άλλων υδρογονανθράκων, ενώ επίσης συνήθως συνοδεύονται και από κάποια (τουλάχιστον) από τα ακόλουθα αέρια: υδρόθειο, υδρογόνο, ήλιο ή και άζωτο. Τα υλικά αυτά, που είναι αέρια υπό χαμηλή πίεση, προέρχονται από αναεροβική διάσπαση οργανικών υλικών και ανάδυση μεθανίου από βαθύτερα στρώμτα του φλοιού της Γης. Γενικά, τα προερχόμενα υλικά θάφθηκαν αρχικά βαθύτερα και υπό υψηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις, από αυτά που περιέχουν φυσικό αέριο που δημιουργήθηκε μαζί με πετρέλαιο. Απαντάται επίσης σε ανθρακωρυχεία (αέριο ορυχείων) καθώς και σε περιοχές όπως έλη ή πυθμένες λιμνών, όπου γίνεται αποσύνθεση οργανικών υλών και εκλύεται υπό μορφή φυσαλίδων. Η εξόρρυξη και μεθανίου από ανθρακωρυχεία γίνεται όλο και πιο σημαντική πηγή μεθανίου. Η μέθοδος εξόρυξης μεθανίου από ανθρακωρυχεία χρησιμοποιείται συνήθως σε μη εξωρύξημα κοιτάσματα άνθρακα.

Γενικά μεταφέρεται με αγωγούς φυσικού αερίου ή με ειδικά LNG μεταγωγικά πλοία, ενώ λίγες χώρες το μεταφέρουν με φορτηγά οχήματα.

Στην ατμόσφαιρα της Γης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

2011 συγκέντρωση μεθανίου στην ανώτερη τροπόσφαιρα.

Στην αρχή της ιστορίας της Γης (περίπου πριν 3.500.000.000 χρόνια) υπήρχε 1000πλάσια συγκέντρωση CH4 στην ατμόσφαιρα του πλανήτη. Αυτό το αρχικό CH4 θεωρείται ότι απελευθερώθηκε στην ατμόσφαιρα από την ηφαιστειακή δραστηριότητα. Κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής πρωτοεμφανίστηκε η ζωή. Αυτά τα πρώτα αρχαϊκά βακτήρια αύξαναν ακόμη περισσότερο το CH4, μεταβολίζοντας (υδρογόνο) (Η2) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε CH4 και νερό (H2O):

\mathrm{3H_2 + CO_2 \xrightarrow{} CH_4 + H_2O + 548 \; kJ}

Το οξυγόνο (O2) δεν είχε ακόμη μεγάλη συγκέντρωση στην ατμόσφαιρα. Αυτό έγινε αργότερα, όταν άρχισε η φωτοσυνθετική δραστηριότητα. Έτσι το CH4 παρέμενε άθικτο για πολύ μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα και σε πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις από ότι σήμερα.
Αργότερα, όταν άρχισε να αυξάνεται η συγκέντρωση του διοξυγόνου (O2), άρχισε μια αργή οξείδωση του CH4, με αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση της συγκέντρωσής του στην ατμόσφαιρα. Σ' αυτό συνέβαλε και η άπλετη υπεριώδης ακτινοβολία από τον ήλιο, αφού ούτε το στρώμα του όζοντος (O3) υπήρχε ακόμη. Δημιουργούνταν, λοιπόν, αντιδράσεις της μορφής:

\mathrm{CH_4 \xrightarrow{UV} CH_3^\bullet + H^\bullet -413 \; kJ}
\mathrm{CH_3^\bullet + CH_4 \xrightarrow{} CH_3CH_3 + H^\bullet -68 \; kJ}
\mathrm{CH_4 + H^\bullet \xrightarrow{} CH_3^\bullet + H_2 + 17 \; kJ}
 \mathrm{2CH_3^\bullet \xrightarrow{} CH_3CH_3 + 347 \; kJ}
\mathrm{2H^\bullet \xrightarrow{} H_2 + 432 \; kJ}

Στη διάσπαση του CH4 έπαιρνε μέρος και η υγρασία:

\mathrm{CH_3^\bullet. + H_2O \xrightarrow{} CH_4 + OH^\bullet - 54 \; kJ}
\mathrm{H^\bullet +  H_2O \xrightarrow{}  H_2 + OH^\bullet - 35 \; kJ}
\mathrm{CH_4 + OH^\bullet \xrightarrow{} CH_3OH + H^\bullet - 55 \; kJ}
 \mathrm{CH_3^\bullet+ OH^\bullet \xrightarrow{} CH_3OH  + 358 \; kJ}
 \mathrm{H^\bullet + OH^\bullet   \xrightarrow{} H_2O + 467 \; kJ}
 \mathrm{2OH^\bullet \xrightarrow{} H_2O_2 + 146 \; kJ}

Φθάνοντας στη σύγχρονη με τον άνθρωπο εποχή, χάρη στην αύξηση του οξυγόνου, η συγκέντρωση του CH4 μειώθηκε δραστικά, αλλά κατά τον τελευταίο αιώνα τείνει να αυξηθεί και πάλι από έντονες ανθρωπογενείς δραστηριότητες και κυρίως τη μαζική κτηνοτροφία βοοειδών.
Το μεθάνιο γενικά παράγεται κοντά στο έδαφος και σταδιακά ανέρχεται στη στρατόσφαιρα με ανοδικά ρεύματα στις τροπικές ζώνες. Σ' αυτά τα στρώματα παράγεται ατομικό οξυγόνο, (O.) που αντιδρώντας με την υγρασία της ατμόσφαιρας παράγει πρόσθετα OH. που αποικοδομούν το CH4

 \mathrm{O_3 \xrightarrow{UV} O_2 + O^\bullet - 146 \; kJ}
 \mathrm{H_2O + O^\bullet \xrightarrow{} 2OH^\bullet }

Το μεθάνιο έχει σημαντική συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου με σχετικά υψηλό δυναμικό θέρμανσης. Άλλωστε, σταδιακά οξειδώνεται στην οξυγονούχα ατμόσφαιρα, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και υγρασία (H2O), από τα οποία το πρώτο είναι επίσης αέριο του φαινομένου. Η ημιζωή του στην ατμόσφαιρα ανέρχεται σε 7 χρόνια.
Η συγκέντρωση του μεθανίου στη γήινη ατμόσφαιρα το 1998 ήταν 1745 ppb, από 700 ppb το 1750. Την ίδια περίοδο, το CO2 αυξήθηκε αντίστοιχα στα 365 ppm από 278 ppm. Επιπλέον όμως υπάρχει μια μεγάλη, αν και όχι υπολογισμένη, ποσότητα μεθανίου διαλυμένης στους ωκεανούς και τους «αιώνιους πάγους», και η οποία, με την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου αρχίζει να επανεκλύεται στην ατμόσφαιρα, γιατί η διαλυτότητα του μεθσνίου, όπως και του διοξειδίου του άνθρακα (CO2), στο νερό2O) μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η επιπλέον αυτή ποσότητα μεθανίου θα έχει επιπλέον συνεισφορά στο φαινόμενο, επιταχύνοντας τη διαδικασία.
Ο φλοιός της Γης επίσης περιέχει μεγάλες ποσότητες μεθανίου, που συνεχίζουν να παράγονται με τη διαδικασία της αναερόβιας μεθανοσύνθεσης. Άλλες πηγές μεθανίου περιλαμβάνουν τα ηφαίστεια.

Εξωγήινο μεθάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Λίμνες υγρού μεθανίου στον Τιτάνα
Μεθάνιο στον Άρη: Πιθανές πηγές και κοιτάσματα (2/11/2012).

Το μεθάνιο έχει ανιχνευθεί σε αρκετές περιοχές του ηλιακού συστήματος. Πιστεύεται ότι έχει συνθεθεί με αβιοτικές διεργασίες, με πιθανή εξαίρεση στον Άρη και στον Τιτάνα, όπου δεν έχει αποκλειστεί η ύπαρξη ζωής κάποτε.

  • Αφροδίτη: Η ατμόσφαιρά της περιέχει μια μεγάλη ποσότητα μεθανίου από τα 60 χιλιόμετρα από την επιφάνεια, σύμφωνα με δεδομένα που συλλέχθηκαν από το Pioneer Venus Large Probe Neutral Mass Spectrometer[14].
  • Σελήνη: Εντοπίστηκαν ίχνη που εκλύονται από την επιφάνεια[15].
  • Άρης: Στην ατμόσφαιρά του περιέχει 10 ppb μεθάνιο[16]. Η προέλευση του μεθανίου στον Άρη δεν έχει ακόμη αποσαφηνιστεί. Πρόσφατες έρευνες προτείνουν ότι το μεθάνιο μπορεί να εκλύεται από τα ηφαίστεια του πλανήτη, από ρήγματα, μεθανογόνα[17], ότι είναι παραπροϊόν από ηλεκτρικές εκκενώσεις που προκαλούνται από διαβόλους σκόνης ή αμμωθύελλες[18], ή τέλος ότι μπορεί να είναι αποτέλεσμα φωτοχημιικών αντιδράσεων στην ατμόσφαιρα από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία[19]. Τον Ιανουάριο του 2009, επιστήμονες της NASA ανακοίνωσαν ότι ανακάλυψαν ότι στον πλανήτη εκλύεται από αεραγωγούς μεθάνιο στην ατμόσφαιρα σε συγκεκριμένες περιοχές, οδηγώντας σε κάποιες εικασίες ότι μπορεί να συμβαίνει κάποια βιολογική δραστηριότητα κάτω από την επιφάνεια του πλανήτη[20]. Ανάλυση των παρατηρήσεων έγιναν από ένα μετεωρολογικό μοντέλο για τον Άρη (Weather Research and Forecasting model for Mars - MarsWRF) και το συγγενικό μοντέλο γενικής κυκλοφορίας ατμόσφαιρας (Mars general circulation model - MGCM)[21] προτείνουν ότι είναι πιθανό να απομονώσουν περιοχές έκλυσης μεθανίου, με ακρίβεια δεκάδων χιλιομέτρων. Αυτές μπορούν να εξερευνηθούν από ροπμποτικά οχήματα που σχεδιάζεται να αποσταλούν στον πλανήτη[22]. Το Curiosity rover, που προσεδαφίστηκε στον Άρη τον Αύγουστο του 2012, είναι ικανό να εκτελέσει μετρήσεις που μπορούν να διαχωρήσουν τα διαφορετικά ισοτοπολόγια του μεθανίου[23][24], αλλά ακόμη και αν η αποστολή του είναι να καθοριστεί αν η μικροσκοπική ζωή του Άρη (υπάρχει και) είναι η πηγή του μεθανίου, οι ιθανγενείς μορφές ζωής είναι πιθανό κατοικούν μακριά κάτω από την επιφάνειά του, δγλαδή εκτός της εμβέλειας του εξερευνητικού ρομποτικού οχήματος[25]. Το σύστημα ανάλυσης δειγμάτων του Curiosity rover (Sample Analysis at Mars - SAM) είναι ικανό να προσδιορίσει τις μετεβολές της συγκέντρωσης μεθανίου σε συνάρτηση με το χρόνο, ώστε να καθοριστεί αν είναι σταθερή ή μεταβαλλόμενη, περιοδική ή τυχαία, προσφέροντας έται πληροφορίες πέρα από μια απλή μέτρηση[26]. Οι πρώτες μετρήσεις με το φασματόμετρο συντονισμού λέιζερ (Tunable Laser Spectrometer - TLS) έδειξαν ότι υπάρχουν λιγότερα από 5 ppb μεθανίου στο σημείο προσεδάφησης και σημείου αναφοράς των μετρήσεων[27][28][29][30]. Το 2016 σχεδιάζεται να εκτοξευθεί η αποστολή τεχνητού δορυφόρου μελέτης ιχναερίων (Mars Trace Gas Mission orbiter) στον Άρη, που θα βοηθήσει στην επιπλέον μελέτη του μεθανίου στον πλανήτη[31][32], αλλά και πιθανά παράγωγα προϊόντα του, όπως μεθανόλη και μεθανάλη. Ενσλλσκυικά, αυτές οι ενώσεις μπορεί να αναπληρώνονται από δράση ηφαιστείων και άλλων γεωλογικών μέσων, όπως η serpentinization[33].
  • Δίας: Η ατμόσφαιρά του περιέχει περίπου 0,3% μεθάνιο.
  • Κρόνος: Η ατμόσφαιρά του περιέχει περίπου 0,4% μεθάνιο.
    • Ιαπετός.
    • Τιτάνας: Η ατμόσφαιρά του περιέχει περίπου 1,6% μεθάνιο[34]., ενώ έχουν ανιχνευθεί χιλιάδες λίμνες μεθανίου στην επιφάνεια του πλανήτη[34]. Στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα το μεθάνιο συμπυκνώνεται σε πιο πολύπλοκα μόρια, που περιλαμβάνουν το αιθίνιο, μια διεργασία που παράγει επίσης μοριακό υδρογόνο. Υπάρχουν ενδείξεις ότι το αιθίνιο και το υδρογόνο ξαναμετατρέπονται σε μεθάνιο, κοντά στην επιφάνεια του δορυφόρου. Αυτό είναι αρκετά περίεργο, γιατί για να πραγματοποιηθεί μια τέτοια μετατροπή απαιτεί την παρουσία κάποιου «εξωτικού» καταλύτη ή κάποια άγνωστη μορφή ζωής, που την πραγματοποιεί[35]. Μία (τουλάχιστον) εμφανής λίμνη υγρού μεθανίου έχει εντοπιστεί από το διαστημικό βολιστήρα Cassini-Huygens, που προκαλεί στους ερευνητές να κάνουν υποθέσεις σχετικά με την πιθανότητα ύπαρξης μορφών ζωής στον Τιτάνα[36]. Βροχές μεθανίου έχουν επίσης παρατηρηθεί, πιθανώς προκαλούμενες από την αλλαγές εποχών[37] .

κατά πάσα πιθανότητα προκλήθηκε από την αλλαγή των εποχών, έχουν επίσης παρατηρηθεί.

  • Ουρανός: Η ατμόσφαιρά του περιέχει περίπου 2,3% μεθάνιο.
    • Άριελ: Το μεθάνιο πιστεύεται ότι είναι συστατικό του επιφανειακού της πάγου.
    • Μιράντα.
    • Όμπερον: Περίπου το 20% του επιφανειακού του πάγου πιστεύεται ότι αποτελείται από μεθάνιο ή και αζωτούχα παράγωγά του.
    • Τιτανία - Περίπου το 20% του επιφανειακού του πάγου πιστεύεται ότι αποτελείται από μεθάνιο ή και άλλα οργανικά παράγωγά του.
    • Άμπριελ: Το μεθάνιο πιστεύεται ότι είναι συστατικό του επιφανειακού της πάγου.
  • Ποσειδών: Η ατμόσφαιρά του περιέχει περίπου 1,6% μεθάνιο.
    • Τρίτων: Η ατμόσφαιρά του περιέχει άζωτο με μικρές ποσότητες μεθανίου στην ατμόσφαιρα[39][40].
  • Πλούτωνας: φασματοσκοπική ανάλυση της επιφάνειάς του αποκαλύπτει ότι περιέχει ίχνη μεθανίου[41][42].
    • Χάρων: Πιστεύεται ότι υπάρχει μεθάνιο, αλλά δεν είναι 100% επιβεβαιωμένο[43].
  • Έρις: Η υπέρυθρη ακτινοβολία από το αντικείμενο αποκαλύπτει την παρουσία παγωμένου μεθανίου[44].
  • Κομήτης του Χάλεϋ.
  • Κομήτης Χιακουτάκε: Αστεροσκοπία επιφανείας έχουν εντοπίσει αιθάνιο και μεθάνιο στον κομήτη[44].
  • Εξωηλιακός πλανήτης HD 189733b: Περιέχει την πρώτη ανίχνευση οργανικής ουσίας σε πλανήτη εκτός του ηλιακού συστήματος. Είναι άγνωστο από πού προήλθε, δεδομένου ότι η υψηλή θερμοκρασία των 700 °C ευνοεί έντονα τη διάσπαση κάθε οργανικής ένωσης προς σχηματισμό CO[45].
  • Διαστρικά νεφελώματα[46].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βιολογική παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: Μεθανογένεση

Το μεθάνιο που βρίσκεται στη φύση από μη ανθρωπογενείς αιτίες παράγεται κυρίως από μια βιοχημική διεργασία που ονομάζεται «μεθανογένεση». Είναι το συνολικό αποτέλεσμα διεργασιών που χρησιμοποιούνται από μικροοργανισμούς για την παραγωγή ενέργειας απουσία οξυγόνου. Η καθαρή αντίδραση αποδίδεται στοιχειομετρικά ως εξης:

\mathrm{CO_2 + 8H^+ + 8e^- \xrightarrow{} CH_4 + 2H_2O}

Το τελικό βήμα της διεργασίας καταλύεται από το ένζυμο αναγωγάση του μεθυλοσυνενζυμου Μ. Η μεθανογενεση είναι μια μορφή αναερόβιου μεταβολισμού που χρησιμοποιείται τόσο από ελεύθερους όσο και από συμβιωτικούς μικροοργανισμούς που μεταξύ άλλων ζουν σε χωματερές, έντερα θηλαστικών και τερμιτών.

Είναι αβέβαιο αν τη χρησιμοποιούν και κάποια φυτά[47][48][49].

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο στο φυσικό αέριο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: Φυσικό αέριο

Το φυσικό αέριο αποτελεί την κύρια πηγή απομόνωσης μεθανίου. Πρόκειται για μίγμα αερίων που βρίσκεται σε φυσικά κοιτάσματα εγκλεισμένα στο φλοιό της Γης. Συνήθως αποτελείται από μίγμα αερίων υδρογονανθράκων, κυρίως μεθανίου και αιθανίου, και υδρογόνου. Μερικές φορές περιέχει επίσης ήλιο, άζωτο και υδρόθειο. Το αέριο αυτό θεωρείται γενικά ότι παράγεται με αναερόβια αποσύνθεση οργανικών υλικών υπό πίεση βαθιά κάτω από τη γήινη επιφάνεια.

Βιοαέριο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: Βιοαέριο

Πέρα από τα αποθέματα φυσικού αερίου, μια εναλλακτική πηγή μεθανίου είναι το βιοαέριο. Αυτό παράγεται από την επίσης αναερόβια αποσύνθεση οργανικών υλικών που προέρχονται από ανθρώπινα λύματα παραχωμένα σε χωματερές, από υπονόμους, βόθρους, ημιτελείς βιολογικούς καθαρισμούς και από βιοδιασπώμενα υπολείμματα ζωοτροφών.

Μια εναλλακτική πηγή βιοαερίου αποτελούν τα βουστάσια, τα χοιροστάσια και τα εκτροφεία πουλερικών: Τα ζώα αυτά αποβάλλουν αέρια ως παραπροϊόντα της πέψης τους. Ειδικά τα πρώτα θεωρείται ότι παράγουν το 16% της ετήσιας διαφυγής μεθανίου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας[50]. Αν προσθέσουμε τα χοιροστάσια και τα εκτροφεία πουλερικών φτάνουμε στο 37%[51] [52][53][54]. Το υπόλοιπο προέρχεται από το αντίστοιχο αέριο που παράγουν οι άνθρωποι, το υπόλοιπο ζωικό βασίλειο, οι ορυζώνες (που επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν πηγή βιοαερίου και άρα μεθανίου) και διάφορες γεωλογικής προέλευσης πηγές.

Οι μεθανυδρίτες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: Μεθανυδρίτες
Καίγοντας μεθανοϋδρίτες

Ακόμη υπάρχουν αποθέματα μεθανυδριτών (methane hydrates/clathrates), ένα είδος «διαλύματος» (δηλαδή ομογενούς μίγματος) αερίου μεθανίου σε κρυστάλλους πάγου στο οποίο μόρια μεθανίου εγκλωβίζονται στο κενό που δημιουργούν τα μόρια του νερού, κατά την πήξη του σε πάγο, στο εσωτερικό των κρυστάλλων του. Αυτά καταβυθίζονται στον πυθμένα του ωκεανού ψυχρών περιοχών ή σχηματίζονται στο παγωμένο έδαφος τούνδρας. Το μεθάνιο αυτό εγκλωβίστηκε στο μακρυνό παρελθόν, σε εποχές που η Γη είχε πάθει εκτεταμένη παγογένεση και ταυτόχρονα περιείχε ακόμη μεγάλες συγκεντρώσεις μεθανίου στην ατμόσφαιρά της. Τα αποθέματα αυτά αποτελούν μεγάλη πηγή μεθανίου, για το μέλλον, αλλά ταυτόχρονα απειλούν τον πλανήτη με επιπλέον οικολογική καταστροφή στην περίπτωση που λειώσουν και απελευθερώσουν το μεθάνιό τους εξαιτίας της υπερθέρμανσης του πλανήτη από το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Βιομηχανικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βιομηχανικά το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί από ατμοσφαιρικό αέρα (που περιέχει διοξείδιο του άνθρακα) και υδρογόνο μέσω ειδικών χημικών αντιδράσεων όπως οι ακόλουθες:

1. Διεργασία Sabatier:

Η διεργασία Sabatier ή αντίδραση Sabatier περιλάμβανε αρχικά την καταλυτική αναγωγή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από διυδρογόνο (H2), παρουσία νικελίου (Ni) στο ρόλο του καταλύτη και σε αυξημένη θερμοκρασία. Ανακαλύφθηκε από το γάλλο χημικό Πωλ Σαμπατιέρ. Αργότερα βρέθηκε ότι άλλοι καταλύτες όπως το ρουθήνιο (Ru) ή η αλουμίνα (Al2O3) είναι πιο αποτελεσματικοί γι' αυτήν την αντίδραση. Η αντίδραση περιγράφεται από την ακόλουθη στοιχειομετρική εξίσωση:

\mathrm{CO_2 + 4H_2 \xrightarrow[Ni \;\acute{\eta} \; Ru \;\acute{\eta} \; Al_2O_3]{\triangle} CH_4 + 2H_2O}

Έχει προταθεί να χρησιμοποιηθεί η παραπάνω αντίδραση για την αποθήκευση ενέργειας που προέρχεται από πλεόνασμα αυτής από σύστημα ανανεώσιμων πηγών, όπως η αιολική, η φωτοβολολταϊκή, η υδροηλεκτρική, κ.τ.λ., με την παραγωγή μεθανίου, δηλαδή συνθετικού φυσικού αερίου[55],[56].


2. Απομονώνεται από το φωταέριο.
3. Απομονώνεται από αέρια μίγματα που προκύπτουν από πυρόλυση προϊόντων διύλισης πετρελαίου ή πολυμερών υδρογονανθράκων.

Με ειδικές μεθόδους[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με απευθείας ένωση άνθρακα (C) και διυδρογόνου (H2) (απουσία αέρα) σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση και παρουσία καταλυτών[9]:

\mathrm{C + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_4}

2. Mε την επίδραση νερού2O) σε ανθρακαργίλιο (Al4C3)[57]:

\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O  \xrightarrow{} 3CH_4 \uparrow + 4Al(OH)_3 \downarrow}

3. Με καταλυτική αναγωγή μονοξείδιου του άνθρακα (CO) από υδρογόνο (H2)[9]:

\mathrm{CO + 3H_2 \xrightarrow{Ni} CH_4 + H_2O }

Παρασκευή με αντιδράσεις χωρίς αλλαγή μήκους ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αναγωγή αλογονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή μεθυλαλογονιδίου (CH3X) από «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι» (|H|), δηλαδή μέταλλο[58] + οξύ[59][60]:

\mathrm{CH_3X + Zn + HX  \xrightarrow{} CH_4 \uparrow + ZnX_2}

2. Με αναγωγή μεθυλαλογονιδίου από αργιλιολιθιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) [61]:

\mathrm{4CH_3X + LiAlH_4 \xrightarrow{} 4CH_4 \uparrow + AlX_3 + LiX}

3. Με αναγωγή μεθυλοϊωδίδιου (CH3I) από υδροϊώδιο (ΗΙ)[62]:

\mathrm{CH_3I + HI \xrightarrow{} CH_4 + I_2}

4. Με αναγωγή μεθυλαλογονιδίου από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται μεθάνιo[63]:


\mathrm{CH_3X + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} CH_4 + SiH_3X}

5. Αναγωγή από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[64]:

\mathrm{CH_3X + RSnH_3 \xrightarrow{} CH_4 + RSnH_2X}

6. Με αναγωγή από μέταλλα, συνήθως λίθιο ή μαγνήσιο, και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:

1. Με χρήση λιθίου (Li)[65]:

\mathrm{CH_3X + 2Li \xrightarrow[-10^oC]{|Et_2O|} CH_3Li+ LiX} [66]
\mathrm{{CH_3Li + H_2O \xrightarrow{} CH_4 \uparrow + LiOH}}

2. Με χρήση μαγνησίου (Mg)[67]:

 \mathrm{CH_3X + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3MgX}[68]
 \mathrm{CH_3MgX + H_2O \xrightarrow{} CH_4 \uparrow + Mg(OH)X \downarrow}

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με αναγωγή μεθανάλης (HCHO): Αντίδραση Wölf-Kishner, με υδραζίνη (NH2NH2)[69]:

\mathrm{HCHO + NH_2NH_2 \xrightarrow{KOH} CH_4 \uparrow + N_2 \uparrow + H_2O}

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί μεθάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της μεθανοθειόλης (μέθοδος Raney)[70]:

\mathrm{CH_3SH + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_4  + H_2S}

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειαιθέρων μπορεί να παραχθεί μεθάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του διμεθυλοθειαιθέρα (μέθοδος Raney)[71]:

\mathrm{CH_3SCH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Ni} 2CH_4  + H_2S}

Αντιδράσεις αποσύνθεσης: Μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Mε τη θέρμανση αιθανικό οξύ (CH3COOH) σε αλκαλικό περιβάλλον[72]:

\mathrm{CH_3COOH + NaOH \xrightarrow{} CH_3COONa + H_2O \xrightarrow{\triangle} CH_4 \uparrow + NaOH + CO_2 \uparrow}

  • Μια άλλη στοιχειομετρική εξίσωση που αποδίδει την αντίδραση είναι η ακόλουθη[9]:

\mathrm{CH_3COONa + NaOH \xrightarrow{\triangle} CH_4 \uparrow + Na_2CO_3}

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι κύριες αντιδράσεις του μεθανίου είναι:

  1. Η καύση του.
  2. Η μεταμόρφωσή του με ατμό σε υδραέριο.
  3. Η αλογόνωσή του.

Γενικά, οι αντιδράσεις του μεθανίου είναι τέτοιας φύσης, ώστε είναι δύσκολο να ελεγχθούν. Η μερική οξείδωση του μεθανίου σε μεθανόλη, για παράδειγμα, είναι μια πρόκληση, γιατί κανονικά η διεργασία της οξείδωσης του μεθανίου τείνει να δώσει τα τελικά προϊόντα της, δηλαδή διοξείδιο του άνθρακα και νερό, ακόμη και κάτω από σχετική έλλειψη οξυγόνου. Υπάρχει όμως το ένζυμο μονοξυγενάση του μεθανανίου, που μπορεί να παράξει βιοχημικά μεθανόλη από μεθάνιο, αλλά (για την ώρα) δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή βιομηχανικής κλίμακας[73].

Οξεοβασική συμπεριφορά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Όπως και οι άλλοι υδρογονάνθρακες, το μεθάνιο είναι ένα πολύ ασθενές οξύ. Σε διμεθυλοσουλφοξείδιο εκτιμάται ότι έχει pKa = 56[74]. Δεν μπορεί να αποπρωτονιωθεί σε διάλυμα, αλλά είναι γνωστό, για παράδειγμα, το μεθυλολίθιο, που περιέχει ανιόν μεθυλίου (CH3-, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως η συζυγής βάσητου μεθανίου.

Έχει ακόμη παρατηρηθεί μια ποικιλία θετικών ιόντων που μπορεί να παραχθεί από το μεθάνιο, κυρίως ως ασταθή χημικά είδη, σε χαμηλής πυκνότητας αέρα μίγματα. Αυτά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα, κάποια από τα οποία έχουν επίσης ανιχνευθεί και στο διάστημα:

  1. «Κατιόν μεθυλίου» (CH3+).
  2. «Κατιόν μεθανίου» (CH4+).
  3. «Μεθανοϊόν» (CH5+), με πρωτονίωση του μεθανίου με χρήση σουπεροξέων[75].
  4. Κατιόντα με υψηλότερο φορτίο, όπως CH62+ και CH73+ έχουν μελετηθεί θεωρητικά και συζηγοποιήθηκαν για να γίνουν σταθερά[76].

Παρόλη την ισχύ των τεσσάρων (4) δεσμών C-H που διαθέτει, υπάρχει έντονο (ερευνητικό) ενδιαφέρον για ενεργοποίηση των δεσμών αυτών στο μεθάνιο και τα άλλα ελαφρά αλκάνια[77].

Αντιδράσεις με το οξυγόνο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

3-D αναπαράσταση καύσης CH4

Καύση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

To μεθάνιο αντιδρά με οξυγόνο και καίγεται παράγοντας γαλαζωπή φλόγα υψηλής θερμοκρασίας. Η θερμότητα καύσης του μεθανίου είναι 55,5 MJ/kg[78]. H καύση του μεθανίου είναι μια σύνθετη χημική αντίδραση, δηλαδή στην πραγματικότητα είναι το συνολικό αποτέλεσμα πολλών απλούστερων αντιδράσεων. Πιο συγκεκριμένα, οι στοιχειομετρικές εξισώσεις των επιμέρους αντιδράσεων της καύσης μεθανίου είναι οι ακόλουθες:

\mathrm{CH_4 + M^* \xrightarrow{} CH_3 + H + M}
\mathrm{CH_4 + O_2 \xrightarrow{} CH_3 + HO_2}
\mathrm{CH_4 + HO_2 \xrightarrow{} CH_3 + 2OH}
\mathrm{CH_4 + OH \xrightarrow{} CH_3 + H_2O}
\mathrm{O_2 + H \xrightarrow{}  O + OH}
\mathrm{CH_4 + O \xrightarrow{} CH_3 + OH}
\mathrm{CH_3 + O_2 \xrightarrow{} HCHO + OH}
\mathrm{HCHO + O \xrightarrow{} CHO + OH}
\mathrm{HCHO + OH \xrightarrow{} CHO + H_2O}
\mathrm{HCHO + H \xrightarrow{} CHO + H_2}
\mathrm{CHO + O \xrightarrow{} CO + OH}
\mathrm{CHO + OH \xrightarrow{} CO + H_2O}
\mathrm{CHO + H \xrightarrow{} CO + H_2}
\mathrm{H_2 + O \xrightarrow{} H + OH}
\mathrm{H_2 + OH \xrightarrow{} H + H_2O}
\mathrm{CO + OH \xrightarrow{} CO_2 + H}
\mathrm{H + OH + M \xrightarrow{} H_2O + M^*}
\mathrm{H + H + M \xrightarrow{} H_2 + M^*}
\mathrm{H + O_2 + M \xrightarrow{} HO_2 + M^*}

Αν και η αντίδραση είναι έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-H[79] και των δεσμών (Ο=Ο)[80] του O2. Γι' αυτό, το σύμβολο M* αντιπροσωπεύει κάποιο ενεργητικό μέσο που μεταφέρει με κάποιον τρόπο την απαιτούμενη θερμότητα, για παράδειγμα με τη θερμική μοριακή σύγκρουση. Η μεθανάλη (HCHO, αντίδραση #7) είναι μια αρχική ενδιάμεση ένωση. Η οξείδωση της μεθανάλης δίνει ρίζα φορμυλίου (CHO, αντιδράσεις #8-#10), που δίνει με τη σειρά της ως άλλη ενδιάμεση ένωση το μονοξείδιο του άνθρακα (CO, αντιδράσεις #11-#13). Κάθε ενδιάμεσα παραγώμενο υδρογόνο (H2) οξειδώνεται σε νερό (H2O ή άλλα ενδιάμεσα, αντιδράσεις #14 και #15). Τελικά, το μονοξείδιο του άνθρακα οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2, αντίδραση #16). Οι τελευταίες αντιδράσεις, #17-#19, παράγουν ενέργεια που μεταδίδεται σε ενεργητικά μέσα (M*), που συνεχίζουν την αντίδραση μέχρι να εξαντληθεί το καύσιμο ή και το οξειδωτικό. Η συνολική ταχύτητα αντίδρασης είναι μια συνάρτηση της συγκέντρωσης διαφόρων παραγόντων κατά τη διάρκεια της καύσης. Σε υψηλότερη θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη η συγκέντρωση των ελευθέρων ριζών και γι' αυτό αυξάνεται και η ταχύτητα της διεργασίας της καύσης.

Τελικά, η συνολική στοιχειομετρική αντίδραση της τέλειας καύσης του μεθανίου είναι[81]:

\mathrm{CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{\triangle} CO_2 + 2H_2O \;(\Delta H = -891 kJ/mole, \;\Kappa . \Sigma.) }

Σε αέρια κατάσταση είναι εύφλεκτο μόνο σε ένα μικρό εύρος συγκεντρώσεων (5–15%) στον ατμοσφαιρικό αέρα. Το υγροποιημένο μεθάνιο δεν καίγεται παρά μόνο κάτω από υψηλή πίεση (4 - 5 ατμόσφαιρες)[82].

Καταλυτική οξυγόνωση μεθανίου σε μεθανάλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο μπορεί να οξυγονωθεί καταλυτικά με μεθανάλη, εφόσον η τελευταία είναι ένα προϊόν μερικής καύσης του μεθανίου. Το πρόβλημα με αυτήν τη μέθοδο είναι ότι η ίδια η μεθανάλη είναι πιο εύφλεκτη από το μεθάνιο, και έτσι είναι πολύ πιθανό η παραγώμενη μεθανάλη να οξειδωθεί πριν από το υπόλοιπο μεθάνιο[83]:

\mathrm{CH_4 + O_2 \xrightarrow[\triangle]{Cu} HCHO + H_2O}

Παραγωγή υδραερίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_4 + H_2O \xrightarrow[700-1100^oC]{Ni} CO + 3H_2}

Οξειδωτικό ζευγάρωμα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οξειδωτικό ζευγάρωμα προς αιθένιο και αιθίνιο[84][85][86]:

\mathrm{2CH_4 + O_2 \xrightarrow{750-950^oC} CH_2=CH_2 + 2H_2O + 67 \; kcal}

\mathrm{2CH_4 \xrightarrow[0,1 \; s]{1500^oC} HC  \equiv CH + 3H_2}

Αντίδραση με διοξιράνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο οξειδώνεται από το διοξιράνιο, παράγοντας μεθανόλη:

Dioxirane.svg \mathrm{+ CH_4 \xrightarrow{} CH_3OH + HCHO}

Αλογόνωση[87][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_4 + X_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} CH_3X + HX}

  • Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH4:
1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.

\mathrm{Cl_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} 2Cl^\bullet - 239 kJ}

  • Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.

\mathrm{CH_4 + Cl^\bullet \xrightarrow{} CH_3^\bullet + HCl + 14 kJ}  [88]
\mathrm{CH_3^\bullet + Cl_2 \xrightarrow{} CH_3Cl + Cl^\bullet + 100 kJ}

3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.

 \mathrm{2Cl^\bullet \xrightarrow{} Cl_2 + 239 kJ}
 \mathrm{CH_3^\bullet + Cl^\bullet \xrightarrow{} CH_3Cl + 339 kJ}
 \mathrm{2CH_3^\bullet \xrightarrow{} CH_3CH_3 + 347 kJ}

  • Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή CH3X.
  • Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH4 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα CH3X, CH2X2, CHX3, ακόμη και CX4.
  • Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH4, τότε η απόδοση του CH3X αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστικής πιθανότητας συνάντισης CH4 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντησης CH3X και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή CH2X2, κ.τ.λ.

Νίτρωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_4 + HNO_3 \xrightarrow{\triangle} CH_3NO_2 + H_2O}

Παρεμβολή καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_4 + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} CH_3CH_3 + KCl + H_2O}

Σύνοψη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Methane reactions.png

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο χρησιμοποιήθηκε για βιομηχανικές χημικές διεργασίες και μπορεί να μεταφερθεί υγροποιημένο υπό ψύξη (συνήθως ως υγροποιημένο φυσικό αέριο, LNG). Παρόλο που τυχόν διαφυγές από υγροποιημένο μεθάνιο είναι προσωρινά βαρύτερες από τον αέρα, με τη σταδιακή εξισορρόπηση της θερμοκρασίας, το μεθάνιο γίνεται ελαφρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Επίσης, αγωγοί φυσικού αερίου διανέμουν μεγάλες ποσότητες φυσικού αερίου, του οποίου το μεθάνιο είναι το κύριο συστατικό.

Ως καύσιμο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο, με τη μορφή του φυσικού αερίου, είναι σημαντικό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με καύση σε αεριοστρόβιλο όσο και σε λέβητα ατμοστροβίλου. Σε σύγκριση με άλλα καύσιμα υδρογονανθράκων, το μεθάνιο παράγει λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα για κάθε μονάδα ενέργειας που αποδίδει. Περίπου 891 kJ/mol είναι η μοριακή θερμότητα τέλειας καύσης του μεθανίου, χαμηλότερη από κάθε άλλο υδρογονάνθρακα. Όμως, έχει μοριακή μάζα ~16 g/mol, από την οποία τα ~12 g/mol είναι ο άνθρακας. Αυτό δείχνει ότι το μεθάνιο αποδίδει 55,7 kJ/g, δηλαδή πολύ περισσότερη από κάθε άλλο υδρογονάνθρακα. Σε πολλές πόλεις παγκοσμίως χρησιμοποιείται φυσικό αέριο (δηλαδή κυρίως μεθάνιο) στα σπίτια για θέρμανση και μαγείρευμα, με μέση ενεργειακή απόδοση ~39 MJ/m3 ή ~1.000 BTU/ft3.

Ακόμη, το μεθάνιο, με τη μορφή συμπιεσμένου φυσικού αερίου, χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο οχημάτων και θεωρήθηκε ως περιβαντολλογικά φιλικότερο από άλλα ορυκτά καύσιμα, όπως η βενζίνη και το ντήζελ[91]. Η έρευνα σε μεθόδους προσρόφησης για την αποθήκευση μεθανίου για το σκοπό αυτό συνεχίζεται[92].

Το μεθάνιο που εκλύεται από ανθακωρυχεία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια[93].

Υγροποιημένο μεθάνιο ως καύσιμο πυραύλων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε μορφή υψηλής καθαρότητας, το υγροποιημένο μεθάνιο έχει ερευνηθεί ως καύσιμο πυραύλων[94]. Ένας αριθμός από ρωσικούς πυραύλους έχουν προταθεί να χρησιμοποιήσουν υγροποιημένο μεθάνιο από τη δεκαετία του 1990[95]. Ακόμη, αμερικανικές εταιρίες, όπως η Orbitech και η XCOR Aerospace, έχουν αναπτύξει προωθητικούς κινητήρες πυραύλων υγροποιημένου μεθανίου - υγροποιημένου οξυγόνου το 2005[96]. Αργότερα, το [[2007], ανέπτυξαν ένα μεγαλύτερο προωθητικό κινητήρα ώθησης 33 kN, ως εν δυνάμει προωθητήρα CEV, για χρήση σε διαστημόπλοια που θα επιστρέφουν από τη Σελήνη[97]. Ακόμη πιο προόσφατα, το 2012, η αμερικανική ιδιωτική διαστημική εταιρεία SpaceX ανακοίνωσε μια καινοτομία για ανάπτυξη προωθητικών κινητήρων πυραύλων υγροποιημένου μεθανίου[98] , περιλαμβάνοντας τελικά, τον κινητήρα δευτέρου σταδίου Raptor[99].

Ως το 2009 έγινε έρευνα, που αφορούσε το υγροποιημένο μεθάνιο ως εν δυνάμει καύσιμο προώθησης πυραύλων, από τη NASA[100].

Ένα πλεονέκτημα της χρήσης του μεθανίου ως καύσιμου πυραύλων είναι ότι είναι (σχετικά) άφθονο σε πολλά τμήματα του ηλιακού μας συστήματος και έτσι θα μπορούσε (υποθετικά) να συλλεχθεί και από άλλα ουράνια σώματα του συστήματος και να χρησιμοποιηθεί, παρέχοντας έτσι καύσιμο για την (οικονομικότερη) επιστροφή από αυτά[101]. Οι μέχρι τώρα προωθητήρες μεθανίου αποδίδουν ως και 33 kN ώθησης, αν και αυτή απέχει από την ισχύ των 31 ΜΝ ώση, που απαιτεί η εκτόξευση ενός διαστημικού λεωφορείου. Έτσι, προς το παρόν, τέτοιοι προωθητικοί κινητήερες είναι πιο πιθανό να χρησιμεύσουν σε ταξίδια από τη Σελήνη ή να στείλουν ρομποτικές εξερευνήσεις σε άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος[102].

Ως χημική πρώτη ύλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Έχει χρησιμοποιηθεί κατά καιρούς ως πρώτη ύλη των ακολούθων παραγώγων:

  1. Υδραέριο (CO + H2)
  2. Μεθανόλη (CH3OH)
  3. Νιτρομεθάνιο (CH3NO2)
  4. Αλομεθάνια (CH4-xXx, όπου X: αλογόνα και x : 1-4)
  5. Μεθανάλη (HCHO)
  6. Αιθίνιο (ΗC≡CH)
  7. Αιθένιο [CH2=CH2)
  8. Αιθάνιο (CH3CH3)

Υδραέριο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παρόλο που υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον μετατροπής του μεθανίου σε πιο χρήμιες ή τουλάχιστον πιο εύκολα υγροποιήσιμες, η μόνη υπάρχουσα πρακτική διεργασία είναι σχετικά ανεπιθύμητη: Στη χημική βιομηχανία το μεθάνιο με επίδραση υδρατμών μετατρέπεται σε υδραέριο, ένα μίγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Πρόκειται όμως για μια ενεργοβόρα διεργασια που χρησιμοποιεί νικέλιο ως καταλύτη και απαιτεί υψηλές θερμοκραίες, γύρω στους 700–1100 °C:

\mathrm{CH_4 + H_2O \xrightarrow[700-1100^oC]{Ni} CO + 3H_2}

Αμμωνία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανάλογες χημικές διεργασίες ερευνήθηκαν και αξιοποιήθηκαν στην σύνθεση αμμωνίας Haber-Bosch, στην οποία το μεθάνιο (προερχόμενο από το φυσικό αέριο) αντιδρά με το άζωτο και το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα σχηματίζοντας διοξείδιο του άνθρακα, νερό και αμμωνία. Συνολικά, με πρόσθεση κατά μέρη των στοιχειομετρικών εξισώσεων:

\mathrm{4CH_4 + 2N_2 + 5O_2 \xrightarrow{} 4CO_2 + 4NH_3 + 2H_2O }

Αλομεθάνια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο μπορεί ακόμη να υποστεί αλογόνωση (συνήθως χλωρίωση) με το μηχανισμό των ελευθέρων ριζών (δείτε παραπάνω), για την παραγωγή αλομεθανίων (συνήθως χλωρομεθανίου, διχλωρομεθάνιου, τριχλωρομεθανίου και τετραχλωράνθρακα, αν και για την παραγωγή του πρώτου χρησιμοποιείται περισσότερο η μεθανόλη, ως πρώτη ύλη)[83].

Ασφάλεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το ίδιο το μεθάνιο δεν είναι τοξικό. Είναι όμως εξαιρετικά εύφλεκτο και μπορεί να προκαλέσει έκρηξη σε μίγματά του με τον αέρα. Επίσης το μεθάνιο αντιδρά βίαια με οξειδωτικές ουσίες, στις οποίες περιλαμβάνονται τα αλογόνα και μερικές αλογονούχες ενώσεις. Επίσης είναι δυνατό να προκαλέσει ασφυξία, γιατί απλά μπορεί να μειώσει τη συγκέντρωση του οξυγόνου σε κλειστούς χώρους. Η ασφυξία μπορεί να συμβεί αν η συγκέντρωση οξυγόνου μειωθεί κάτω από το επίπεδο του 16% κατ' όγκο. Οι περισσότεροι άνθρωποι μπορούν να ανεχθούν τη μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου από το φυσιολογικό 21% ως το 16%, χωρίς συμπτώματα αδιαθεσίας. Έτσι, η συγκέντρωση μεθανίου στην οποία γίνεται σημαντικός κίνδυνος ασφυξίας για ανθρώπους είναι πολύ υψηλότερη από το 5-15%, συγκέντρωση στην οποία υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης του μεθανίου. Πιθανά προβλήματα υγείας που παρατηρήθηκαν από την εισπνοή μεθανίου σε υψηλές συγκεντρώσεις, είναι ουσιαστικά εξαιτίας της μείωσης της συγκέντρωσης οξυγόνου και όχι εξαιτίας της ίδιας της παρουσίας του μεθανίου. Πάντως, τα συμπτώματα είναι (σε κλιμάκωση) αυξημένος ρυθμός αναπνοής, υψηλότεροι καρδιακοί παλμοί, έλλειψη μυϊκού συντονισμού, συναισθηματική αναστάτωση, ναυτία, εμετός, απώλεια της συνείδησης, αναπνευστική κατάρρευση και θάνατος[103]. Το μεθάνιο που τυχόν βρίσκεται στον εξωτερικό χώρο μπορεί να διεισδύσει στο εσωτερικό ενός κτιρίου, π.χ. κοντά σε χωματερές και να εκθέσει τους ενοίκους του (κτιρίου) σε σημαντικά επίπεδα συγκέντρωσης μεθανίου. Κάποια κτίρια έχουν εφοδιαστεί με ειδικά συστήματα κάτω από τα υπόγειά τους, για να συλλαμβάνουν το μεθάνιο και να το απομακρύνουν από το κτήριο.

Εκρήξεις από μεθάνιο είναι υπεύθυνες για πολλά θανατηφόρα δυστυχήματα σε ορυχεία[104]. Έκρηξη μεθανίου προκάλεσε δυστύχημα στο ανθρακωρυχείο Upper Big Branch της Δυτική Βιρτζίνια στις 5 Απριλίου 2010, με 25 νεκρούς[105].

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Η χαρακτηριστική οσμή του φυσικού αερίου δεν προέρχεται από το μεθάνιο, αλλά από πρόσθετες οσμηρές ουσίες που συχνά προστίθενται τεχνητά στο φυσικό αέριο για να ανιχνεύεται πιο εύκολα σε ανεπιθύμητες διαρροές.
  2. Διαχωρίζεται όμως το υδρογόνο, που είναι επίσης συστατικό του φυσικού αερίου, αλλά έχει κρίσιμη θερμοκρασία -240 °C.
  3. IPCC Fourth Assessment Report.
  4. NON-CO2 GREENHOUSE GASES IN THE ATMOSPHERE, Annual Review of Energy and the Environment, Vol. 24: 645-661 (Volume publication date November 1999, DOI: 10.1146/annurev.energy.24.1.645.
  5. Carbon Dioxide, Methane Rise Sharply in 2007
  6. Methane seen as growing climate risk
  7. Ozon – wpływ na życie człowieka, Ozonowanie/Ewa Sroka, Group: Freony i inne związki, Reakcje rozkładu ozonu.
  8. Twenty Questions And Answers About The Ozone Layer, UNEP/D.W. Fahey 2002, pp. 12, 34, 38
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 ΕΚΠΑ-Τμήμα Χημείας: Η χημική ένωση του μήνα: Μεθάνιο, Βαλαβανίδης-Ευσταθίου, Ιούλιος 2008
  10. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of the Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  11. David A. Hensher, Kenneth J. Button (2003). Handbook of transport and the environment. Emerald Group Publishing. p. 168. ISBN 0-08-044103-3.
  12. NIST Chemistry Webbook. Webbook.nist.gov. Retrieved on 2012-05-24.
  13. Ayhan Demirbas (2010). Methane Gas Hydrate. Springer. p. 102. ISBN 1-84882-871-3.
  14. Donahue, T.M.; Hodges, R.R. (1993). "Venus methane and water". Geophysical Research Letters 20 (7): 591–594. doi:10.1029/93GL00513. Bibcode1993GeoRL..20..591D. 
  15. Stern, S.A. (1999). "The Lunar atmosphere: History, status, current problems, and context". Rev. Geophys. 37 (4): 453–491. doi:10.1029/1999RG900005. Bibcode1999RvGeo..37..453S. 
  16. ESA Press release. «Mars Express confirms methane in the Martian atmosphere». ESA. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 February 2006. http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/SEMZ0B57ESD_0.html. Ανακτήθηκε στις March 17, 2006. 
  17. Michael Schirber (January 15, 2009). «Methane-spewing Martians?». NASA’s Astrobiology Magazine. http://www.astrobio.net/exclusive/3004/methane-spewing-martians. 
  18. Nancy Atkinson (September 11, 2012). «Methane on Mars may be result of electrification of dust devils». Universe Today. http://phys.org/news/2012-09-methane-mars-result-electrification-dust-devils.html. 
  19. «Methane on Mars is not an indication of life: UV radiation releases methane from organic materials from meteorites». Max-Planck-Gesellschaft. May 31, 2012. http://www.sciencedaily.com/releases/2012/05/120531112349.htm. 
  20. Mars Vents Methane in What Could Be Sign of Life, Washington Post, January 16, 2009
  21. «Atmospheric Modeling of Martian Methane Plumes: The Debate Continues». NASA Solar System Exploration. April 3, 2012. http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=2436. 
  22. «Atmospheric Modeling of Martian Methane Plumes: The Debate Continues». NASA Solar System Exploration. April 3, 2012. http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=2436. 
  23. Δηλαδή όλους τους δυνατούς συνδυασμούς ισοτόπων του άνθρακα και του υδρογόνου, που περιέχει.
  24. Tenenbaum, David (June 9, 2008). «Making Sense of Mars Methane». Astrobiology Magazine. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 23 September 2008. http://www.astrobio.net/news/modules.php?op=modload&name=News&file=article&sid=2765&mode=thread&order=0&thold=0. Ανακτήθηκε στις October 8, 2008. 
  25. Steigerwald, Bill (January 15, 2009). "Martian Methane Reveals the Red Planet is not a Dead Planet". NASA's Goddard Space Flight Center (NASA). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 17 January 2009. http://web.archive.org/web/20090117141425/http://www.nasa.gov/mission_pages/mars/news/marsmethane.html. Ανακτήθηκε στις January 24, 2009. 
  26. Leonard David (October 23, 2012). «Mars methane mystery: Curiosity rover may find new clues». Space.com. http://www.space.com/18188-mars-methane-curiosity-rover-clues.html. 
  27. «Mars Curiosity Rover News Telecon -November 2, 2012». http://www.ustream.tv/nasajpl. 
  28. Kerr, Richard A. (November 2, 2012). «Curiosity Finds Methane on Mars, or Not». Science (journal). http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012/11/curiosity-finds-methane-on-mars-.html. Ανακτήθηκε στις November 3, 2012. 
  29. Wall, Mike (November 2, 2012). «Curiosity Rover Finds No Methane on Mars —Yet». Space.com. http://www.space.com/18333-mars-rover-curiosity-methane-measurements.html. Ανακτήθηκε στις November 3, 2012. 
  30. Chang, Kenneth (November 2, 2012). «Hope of Methane on Mars Fades». New York Times. http://www.nytimes.com/2012/11/03/science/space/hopes-for-methane-on-mars-deflated.html. Ανακτήθηκε στις November 3, 2012. 
  31. Rincon, Paul (July 9, 2009). "Agencies outline Mars initiative". BBC News. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8130393.stm. Ανακτήθηκε στις July 26, 2009. 
  32. "NASA orbiter to hunt for source of Martian methane in 2016". Thaindian News. March 6, 2009. http://www.thaindian.com/newsportal/health/nasa-orbiter-to-hunt-for-source-of-martian-methane-in-2016_100163335.html. Ανακτήθηκε στις July 26, 2009. 
  33. Oze, C.; Sharma, M. (2005). "Have olivine, will gas: Serpentinization and the abiogenic production of methane on Mars". Geophysical Research Letters 32 (10): L10203. Bibcode 2005GeoRL..3210203O. doi:10.1029/2005GL022691.
  34. 34,0 34,1 H. B. Niemann, et al. (2005). "The abundances of constituents of Titan’s atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe". Nature 438: 779–784. doi:10.1038/nature04122. 
  35. Chris Mckay (2010). «Have We Discovered Evidence For Life On Titan». SpaceDaily. http://www.spacedaily.com/reports/Have_We_Discovered_Evidence_For_Life_On_Titan_999.html. Ανακτήθηκε στις 2010-06-10.  Space.com. March 23, 2010.
  36. Duncan Geere (June 14, 2012). «Methane lakes raise hopes of life on Titan». Wired UK. http://www.wired.com/wiredscience/2012/06/titan-moon-lakes-life. 
  37. Lisa Grossman (March 17, 2011). «Seasonal methane rain discovered on Titan». Wired Science. http://www.wired.com/wiredscience/2011/03/titan-april-showers/?utm_source/?utm_source=Contextly&utm_medium=RelatedLinks&utm_campaign=Previous. 
  38. Waite, J. H.; et al.; (2006); Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer: Enceladus Plume Composition and Structure, Science, Vol. 311, No. 5766, pp. 1419–1422
  39. A L Broadfoot, S K Bertaux, J E Dessler et al. (December 15 1989). "Ultraviolet Spectrometer Observations of Neptune and Triton". Science 246: 1459–1466. ISSN 0036-8075. http://adsabs.harvard.edu/abs/1989Sci...246.1459B. Ανακτήθηκε στις 2008-01-15. 
  40. Ron Miller; William K. Hartmann (May 2005). The Grand Tour: A Traveler's Guide to the Solar System (3rd έκδοση). Thailand: Workman Publishing. σελ. 172–73. ISBN 0-7611-3547-2. 
  41. Tobias C. Owen, Ted L. Roush et al. (6 August 1993). "Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto". Science 261 (5122): 745–748. doi:10.1126/science.261.5122.745. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/261/5122/745. Ανακτήθηκε στις 2007-03-29. 
  42. «Pluto». SolStation. 2006. http://www.solstation.com/stars/pluto.htm. Ανακτήθηκε στις 2007-03-28. 
  43. B. Sicardy et al (2006). "Charon’s size and an upper limit on its atmosphere from a stellar occultation". Nature 439: 52. doi:10.1038/nature04351. http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7072/abs/nature04351.html. 
  44. 44,0 44,1 Mumma, M.J. (1996). "Detection of Abundant Ethane and Methane, Along with Carbon Monoxide and Water, in Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin". Science 272 (5266): 1310. doi:10.1126/science.272.5266.1310. PMID 8650540. Bibcode1996Sci...272.1310M. 
  45. Stephen Battersby (2008-02-11). «Organic molecules found on alien world for first time». http://space.newscientist.com/article/dn13303-organic-molecules-found-on-alien-world-for-first-time.html. Ανακτήθηκε στις 2008-02-12. 
  46. J. H. Lacy, J. S. Carr, N. J. Evans, II, F. Baas, J. M. Achtermann, J. F. Arens (1991). "Discovery of interstellar methane — Observations of gaseous and solid CH4 absorption toward young stars in molecular clouds". Astrophysical Journal 376: 556–560. doi:10.1086/170304. http://adsabs.harvard.edu/abs/1991ApJ...376..556L. 
  47. Hamilton JT, McRoberts WC, Keppler F, Kalin RM, Harper DB (July 2003). "Chloride methylation by plant pectin: an efficient environmentally significant process". Science 301 (5630): 206–9. doi:10.1126/science.1085036. PMID 12855805. Bibcode2003Sci...301..206H. 
  48. "Methane Emissions? Don't Blame Plants", ScienceNOW, 14 January 2009
  49. «Plants do emit methane after all». New Scientist. 2 December 2007. http://environment.newscientist.com/article/mg19626322.900-plants-do-emit-methane-after-all.html. 
  50. Miller, G. Tyler. Sustaining the Earth: An Integrated Approach. U.S.A.: Thomson Advantage Books, 2007. 160.
  51. «Livestock’s Long Shadow–Environmental Issues and Options». http://www.fao.org/docrep/010/a0701e/a0701e00.HTM. Ανακτήθηκε στις 2009-10-27. 
  52. California Cows Fail Latest Emissions Test
  53. New Zealand Tries to Cap Gaseous Sheep Burps
  54. Research on use of bacteria from the stomach lining of kangaroos (who don't emit methane) to reduce methane in cattle
  55. Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy system, [1],
  56. scénario négaWatt 2011 (France), [2],
  57. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.4β.
  58. Το μέτσλλο πρέπει να είναι ηλεκτροθετικόττρα του υδρογόνου.
  59. Ο συνδυασμός θεωρούνταν παλαιότερα ότι παρήγαγε ατομικό υδρογόνο και σ' αυτό απέδειδαν ρην αυξημένη δραστηκτητά του. Ωστόσο αποδείχθηκε ότι απλά σχηματίζει πολλές και πολύ μικρές φυσαλίδες του αερίου, που διευκολύνουν την προσρόφησή τους στην επιφάνεια του μετάλλου, για να γίνει η αναγωγή του υδρογόνου από το μέταλλο.
  60. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = CH3
  61. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.7.1α., με R = CH3
  62. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.14, §1.1
  63. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  64. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  65. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.80-82, §5.1-5.2
  66. όπου |Εt2Ο| : άνυδρος διαιθυλαιθέρας
  67. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.4α., με R = CH3
  68. αντιδρασήριο Grignard
  69. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6β.
  70. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  71. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  72. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3
  73. Baik, Mu-Hyun; Newcomb, Martin; Friesner, Richard A.; Lippard, Stephen J. (2003). "Mechanistic Studies on the Hydroxylation of Methane by Methane Monooxygenase". Chemical Reviews 103 (6): 2385–419. doi:10.1021/cr950244f. PMID 12797835.
  74. Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution Frederick G. Bordwell Acc. Chem. Res.; 1988; 21(12) pp 456 – 463; doi:10.1021/ar00156a004
  75. Wesley H. Bernskoetter, Cynthia K. Schauer, Karen I. Goldberg and Maurice Brookhart "Characterization of a Rhodium(I) σ-Methane Complex in Solution" Science 2009, Vol. 326, pp. 553–556. doi:10.1126/science.1177485
  76. Golam Rasul, G.K. Surya Prakash, George A. Olah (2011), "Comparative study of the hypercoordinate carbonium ions and their boron analogs: A challenge for spectroscopists". Chemical Physics Letters, volume 517, issues 1–3, pages 1–8 doi:10.1016/j.cplett.2011.10.020
  77. Bernskoetter, W. H.; Schauer, C. K.; Goldberg, K. I.; Brookhart, M. (2009). "Characterization of a Rhodium(I) σ-Methane Complex in Solution". Science 326 (5952): 553–6. Bibcode:2009Sci...326..553B. doi:10.1126/science.1177485. PMID 19900892.
  78. http://people.hofstra.edu/geotrans/eng/ch8en/conc8en/energycontent.html
  79. ΔHC-H = +415 kJ/mol
  80. ΔHO-O=+146 kJ/mol
  81. Drysdale, Dougal (2008). "Physics and Chemistry of Fire". In Cote, Arthur E. Fire Protection Handbook 1 (20th ed.). Quincy, MA: National Fire Protection Association. pp. 2–18. ISBN 978-0-87765-758-3.
  82. http://books.google.com/books?id=WFefWAq1Sh0C&pg=PA102%7Cpage=102%7Ctitle=Methane Gas Hydrate|author=Ayhan Demirbas|publisher=Springer|year= 2010|isbn=1-84882-871-3
  83. 83,0 83,1 Günther Reuss, Walter Disteldorf, Armin Otto Gamer, Albrecht Hilt “Formaldehyde” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim.
  84. Zhang, Q. (2003). "Recent Progress in Direct Partial Oxidation of Methane to Methanol". J. Natural Gas Chem. 12: 81–89. 
  85. Olah, G., Molnar, A. “Hydrocarbon Chemistry” John Wiley & Sons, New York, 2003. ISBN 9780471417828.
  86. Lunsford, J.H. (1995). "The catalytic coupling of methane". Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 34: 970–980. doi:10.1002/anie.199509701. 
  87. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.2, R = CH3.
  88. καθοριστικό ταχύτητας
  89. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2
  90. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.
  91. Clayton B. Cornell (April 29, 2008). «Natural Gas Cars: CNG Fuel Almost Free in Some Parts of the Country». http://www.gas2.org/2008/04/29/natural-gas-cars-cng-fuel-almost-free-in-some-parts-of-the-country/. «Compressed natural gas is touted as the 'cleanest burning' alternative fuel available, since the simplicity of the methane molecule reduces tailpipe emissions of different pollutants by 35 to 97%. Not quite as dramatic is the reduction in net greenhouse-gas emissions, which is about the same as corn-grain ethanol at about a 20% reduction over gasoline» 
  92. Düren, Tina; Sarkisov, Lev; Yaghi, Omar M.; Snurr, Randall Q. (2004). "Design of New Materials for Methane Storage". Langmuir 20 (7): 2683–9. doi:10.1021/la0355500. PMID 15835137. 
  93. A Global First: Coal Mine Turns Greenhouse Gas into Green Energy
  94. Huzel, Dieter K. (1992). Modern engineering for design of liquid-propellant rocket engines. Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics.
  95. "Lox/LCH4". Encyclopedia Astronautica. Retrieved 2012-12-04.
  96. "XCOR Aerospace Completes Successful Development of Methane Rocket Engine" (Press release). XCOR Aerospace. 20050830. Retrieved 20121203.
  97. "XCOR Aerospace Begins Test Firing of Methane Rocket Engine" (Press release). XCOR Aerospace. 20070116. Retrieved 20121203.
  98. Todd, David (2012-11-20). "Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars". FlightGlobal Hyperbola. Retrieved 2012-11-22. ""We are going to do methane." Musk announced as he described his future plans for reusable launch vehicles including those designed to take astronauts to Mars within 15 years, "The energy cost of methane is the lowest and it has a slight Isp (Specific Impulse) advantage over Kerosene" said Musk adding, "And it does not have the pain in the ass factor that hydrogen has"."
  99. Todd, David (2012-11-20). "Musk goes for methane-burning reusable rockets as step to colonise Mars". FlightGlobal Hyperbola. Retrieved 2012-11-22. ""SpaceX's initial plan will be to build a lox/methane rocket for a future upper stage codenamed Raptor. ... The new Raptor upper stage engine is likely to be only the first engine in a series of lox/methane engines. ... "."
  100. Morring, Jr., Frank, ed. (7/13/2009). "Lunar Engines". Aviation Week & Space Technology 171 (2): 16.
  101. "Methane Blast". NASA. 5/4/2007. Retrieved 7/7/2012.
  102. Green, V. (September 2007). "Hit the Gas: NASA's methane rocket could make long distance space travel possible, on the cheap". Popular Science 271 (3): 16–17. ISSN 0161-7370.
  103. «Health Effects of Methane». Canadian Centre for Occupational Health & Safety. December 11, 2006. http://www.ccohs.ca/oshanswers/chemicals/chem_profiles/methane/health_met.html. 
  104. Philippe Dozolme. «Common Mining Accidents». About.com. http://mining.about.com/od/Accidents/a/Common-Mining-Accidents.htm. 
  105. Andrew Moseman (April 6, 2010). «Methane gas explosion blamed for West Virginia coal mining accident». Discover Magazine. http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2010/04/06/methane-gas-explosion-blamed-for-west-virginia-coal-mining-accident. 

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • ΕΚΠΑ-Τμήμα Χημείας: Η χημική ένωση του μήνα: Μεθάνιο, Βαλαβανίδης-Ευσταθίου, Ιούλιος 2008
  • Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Methane της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Methanol της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Sabatier reaction της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Oxidative coupling of methane της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Диоксираны της Ρώσικης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).