Metano

Metano como fuente alternativa energética.
Introducción:
Es el llamado gas de los pantanos, hidrocarburo de fórmula CH4, el primer miembro de la serie de los alcanos. Es más ligero que el aire, incoloro, inodoro e inflamable. Se encuentra en el gas natural, como en el gas grisú de las minas de carbón, en los procesos de las refinerías de petróleo, y como producto de la descomposición de lamateria en los pantanos y basureros. Es uno de los principales componentes de la atmósfera de los planetas Saturno, Urano y Neptuno. Los hidrocarburos se dividen en dos clases principales: alifáticos y aromáticos. Los primeros se subdividen en familias: alcanos, alquenos, alquinos y sus análogos cíclicos (cicloalcanos, etc.)

Hidrocarburos _________________________________    AlifáticosAromáticos ____ ________________________________      Alcanos Alquenos Alquinos Alifáticos cíclicos

1. Estructura del metano.
1.1 Composición química.

Los cuatro átomos de hidrógeno está unido al de carbono por un enlace covalente, es decir, compartiendo un par de electrones. Cuando el carbono está unido a cuatro átomos, sus orbitales enlazantes (orbitales sp3, formados por mezcla de unorbital s y un orbital p) se dirigen hasta los vértices de un tetraedro.

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1.2

Conformación espacial.

Su disposición atómica es tetraédrica, donde cada núcleo de H2 debe ubicarse en cada vértice, lo que permite a los orbitales estar separados al máximo. Para que cada uno de estos orbitales solape al orbital esférico s de un átomo de hidrógeno con efectividad máxima, formando así un enlacemás fuerte, cada núcleo de hidrogeno debe ubicarse en un vértice de este tetraedro. Su peso atómico es de 16.04 uma y fórmula química CH4

H

El tamaño de cada unión entre los átomos de hidrógeno y de carbono es de 1,10 Å y el ángulo entre ellos es de 109,5º H

C H

H

La estructura tetraédrica del metano ha sido verificada por la difracción de electrones.

Propiedades del gas

∆fH0gas-74.87 kJ/mol

∆fG0gas S0gas

-50.828 kJ/mol

188 J/mol·K Cm 35.69 J/mol·K

Estas medidas se corresponden al SI y en condiciones normales (OºC y 1 atmósfera).

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1.3

Propiedades físicas.

La unidad de un compuesto no iónico, sea sólido, líquido o gaseoso, es la molécula. Como la molécula de metano es muy simétrica, las polaridades de los enlaces carbono-hidrógenoindividuales se anulan, de lo que resulta que la molécula en sí no es polar. La atracción entre tales moléculas no polares queda limitada a las fuerzas de Van der Wasls; para moléculas tan pequeñas, estas fuerzas atractivas deben ser muy débiles, comparadas con las intensísimas entre iones sodio y cloruro, por ejemplo. No debe ser sorprendente, por tanto, que esas fuerzas atractivas sean vencidas confacilidad por la energía térmica, de modo que la fusión y ebullición se producen a temperaturas muy bajas: p.f. -182.5ºC, p.e. -161.5ºC. (Compárense estos valores con los correspondientes para el cloruro de sodio: p.f. 801ºC, p.e. 1413ºC.) En consecuencia, el metano es un gas a temperatura de 15ºC y 1 atmósfera. Otra propiedad que cabe destacar es, que apenas soluble en agua que es de 1ml/100 ml a 20°C:3.3, pero muy soluble en líquidos orgánicos, como gasolina, éter y alcohol. Densidad relativa de vapor (aire = 1): 0.6. La temperatura de auto ignición: 537°C.

1.4. Propiedades caloríficas.
• • Calorías por gramo: 12 Kcal. Calorías por gramo de CO2: 4,5 Kcal.

Siendo las entalpías de formación respectivas:
• • •

δHof (CH4) = 17,9 Kcal/mol. δHof (C02) = 94,1 Kcal/mol. δHof (H2O) = 57,8Kcal/mol.

CH4 + O2 → 2H2O + C02

Tendremos:

δHc = 94,1 + 2 x 57,8 - 17,9 = 191,8 Kcal/mol = 12,0 Kcal/g

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2. Orígenes del metano.
El metano se produce por la descomposición de substancias vegetales, principalmente celulosa, por la acción de microorganismos, y se desprende del cieno de algunos pantanos, por lo que también suele denominarse gas de los pantanos. Los orígenes...