Prirodni plin: formula. Kemijska formula plina. Sve vrste prirodnog plina

Danas se zna mnogo različitih plinova. Neki od njih osobno primaju na laboratorijske načine, od kemikalija, neki se formiraju kao posljedica reakcija kao nusproizvodi. A koji su plinovi rođeni u prirodi? Glavni takvi plinovi prirodnog, prirodnog podrijetla su četiri:

• Prirodni plin čija formula CH₄;
• dušika, N₂;
• vodik, H₂;
• Ugljični dioksid, CO₂.

Naravno, postoje i neki drugi - kisik, sumporovodik, amonijak, inertnih plinova, ugljični monoksid. Međutim, gore navedeni su praktički značajni za ljude i koriste ih za različite svrhe, uključujući gorivo.

Što je prirodni plin?

Prirodan je vrsta plina koju nam priroda daje. To jest, onaj čiji je sadržaj u crijevima Zemlje mnogo veći i veći od količine koju prima u industriji kao rezultat kemijskih reakcija.

Uobičajeno je nazvati metan prirodnog plina, ali to nije baš tako. Ako uzmemo u obzir sastav tog plina frakcijama, vidjet ćemo njegovu sljedeću sastavnu komponentu:

• metan (do 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• vodik;
• Ugljični dioksid;
• dušik;
• sumporovodik (mali, tragovi).

Dakle, čini se da je prirodni plin mješavina nekoliko plinova prirodnog podrijetla.

Prirodni plin: Formula

S kemijske točke gledišta, prirodni plin je mješavina jednostavnih linearnih ugljikovodika - metana, etana, propana i butana. Ali budući da je veći volumen još uvijek metan, uobičajena je praksa da izrazi opću formulu prirodnog plina s formulom izravno metanom. Dakle, ispada da je kemijska formula prirodnog plina metan-CH₄.

Preostale komponente imaju sljedeće empirijske formule u kemiji:

• etan - C₂H₆;
• propana - C₃H₈;
• butan - C₄H₁₀;
• Ugljični dioksid - CO₂;
• dušik - N₂;
• H - H₂;
• sumporovodik - H₂S.

Mješavina takvih tvari je prirodni plin. Formula njegova glavnog metanskog spoja pokazuje da je sadržaj ugljika u njoj vrlo mali. To utječe na njena fizička svojstva, na primjer, kao što je mogućnost spaljivanja plamenom bezbojnog, potpuno pušenja. Dok su drugi njegovi predstavnici homologna serija (serija ograničavajući ugljikovodike ili alkane) tijekom sagorijevanja čine crni dimljivi plamen.

Biti u prirodi

U prirodi, ovaj plin se nalazi duboko pod zemljom, pod gustom i gustim slojevima sedimentnih stijena. Postoje dvije glavne teorije o podrijetlu prirodnog plina u prirodi.

1. Teorija tektonskih gibanja stijena. Pristaše te teorije vjeruju da se ugljikovodici nalaze u unutrašnjosti zemlje i da se uvijek podižu zbog tektonskih pokreta i kontrakcija. Na vrhu, visoki tlak i promjenjiva temperatura transformiraju ih kao rezultat kemijskih reakcija u dva prirodna minerala - nafte i plin.
2. Biogeni teoriji drugi postupak u kojem se formira prirodni plin. Formula odražava kvalitativni sastav - ugljik i vodik, što sugerira da je njegova formacija je živi organskih bića čija su tijela pohađali uglavnom izgrađen od tih elemenata, kao što su sva živa bića na ovom planetu koji postoji do današnjeg dana. Tijekom vremena, ostaci biljaka i životinja potonuo ispod oceana, gdje je bio ni kisika, niti bakterije mogu rastaviti i reciklirati organske tvari. Kao rezultat anaerobne truljenja biomase je došlo, a tijekom milijuna godina, izvor dvaju minerala - nafte i plina. Istovremeno je temelj i je isti - to su ugljikovodici i djelomično nisko molekularnih tvari. To potvrđuje kemijska formula plina i ulja. Međutim, pod utjecajem različitih uvjeta stvaraju se različiti proizvodi: visoki tlak i temperatura - plin, niski pokazatelji - ulje.

Do danas su glavne depozite i rezerve plina zemlje poput Rusije, Sjedinjenih Država, Kanade, Irana, Norveške i Nizozemske.

Prema svom agregatnom stanju, prirodni plin ne može uvijek biti sadržan samo u stanju plina. Postoji nekoliko mogućnosti za kondenzaciju:

1. Plin se otopi u molekulama ulja.
2. Plin se otopi u molekulama vode.
3. Plin stvara čvrste plinove hidrata.
4. Pod normalnim uvjetima, plinoviti spoj.

Svaka od tih stanja ima svoj depozit i vrlo je vrijedna za ljude.

Dobivanje u laboratoriju i industriji

Pored prirodnih mjesta stvaranja plina, postoji niz načina da se dobije u laboratoriju. Međutim, ove se metode zasigurno koriste samo za male dijelove proizvoda, jer nije profitabilno ekonomski ostvariti sintezu prirodnog plina u laboratoriju.

Laboratorijske metode:

1. Hidroliza nisko molekularnog spoja - aluminij karbid: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Od natrijevog acetata u prisustvu alkalija: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + na₂CO_3.
3. Iz plina za sintezu: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Od jednostavnih tvari - vodika i ugljika - pri povišenoj temperaturi i tlaku.

Kemijska formula prirodnog plina odražava se metanskom formulom, dakle sve karakteristične su reakcije karakteristike alkana i za određeni plin.

U industriji se metan ekstrahira iz prirodnih naslaga i dalje obrađuje frakcijama. Također, proizvedeni plin mora nužno biti očišćen. Uostalom, formula metana prirodnog plina pokazuje samo dio onih sastojaka koji sadrži. A za upotrebu u svakodnevnom životu potreban vam je čisti plin koji ne sadrži druge tvari, osim metana. Odvojeni etan, propan, butan i drugi plinovi također se nalaze u širokoj primjeni.

Fizička svojstva

Formula plina daje predodžbu o tome koja bi fizička svojstva trebala posjedovati. Razmotrimo što su ta obilježja.

1. Bezbojna tvar koja nema miris.
2. Približna gustoća varira u rasponu od 0,7-1 kg / m^3.
3. Temperatura izgaranja 650⁰S.
4. Gotovo dvaput lakši od zraka.
5. Toplina koja se oslobađa spaljivanjem jednog kubičnog metra plina iznosi 46 milijuna Joulesa.
6. U visokim koncentracijama (preko 15%) u zraku, plin je vrlo eksplozivan.
7. Kada se koristi kao gorivo, pokazuje oktanski broj jednak 130.

Čisti plin dobiva se tek nakon prolaska kroz posebne postrojenja za preradu (instalacije), koje se podižu na mjestu ekstrakcije minerala.

primjena

Postoji nekoliko glavnih područja primjene prirodnog plina. Uz glavnu komponentu, plinsku formulu CH₄, Također se koriste sve druge komponente smjese.

1. Domena domaćinstava života ljudi. To uključuje plin za kuhanje, grijanje stambenih zgrada, gorivo za kotlovnice i tako dalje. Za plin koji se koristi za kuhanje, dodajte posebne tvari koje pripadaju skupini merkaptana. To je učinjeno tako da u slučaju cijevi ili drugih propusta plina, ljudi mogu mirisati i poduzeti akciju. Mješavina kućnog plina (mješavina propana i butana) iznimno je eksplozivna pri visokim koncentracijama. Merkaptani također čine prirodni plin neugodnim. Njihova formula uključuje elemente kao što su sumpor i fosfor, što im daje tu specifičnost.

2. Kemijska proizvodnja. U ovom području jedna od glavnih inicijalnih tvari za mnoge reakcije za dobivanje važnih spojeva je prirodni plin, čija formula pokazuje gdje sinteze mogu sudjelovati:

• osnove za proizvodnju plastike, koje su najčešći moderni materijali za gotovo sve industrije;
• sirovina u sintezi etana, vodikovog cijanida i amonijaka. Proizvodi idu dalje za proizvodnju mnogih sintetičkih vlakana i tkanina, gnojiva i grijača u gradnji u budućnosti;
• guma, metanol, organske kiseline - nastaju od metana i drugih tvari. Prilično su primjenjivi u svim sferama ljudskog života;
• polietilen i mnogi drugi spojevi sintetičke prirode dobiveni su zahvaljujući metanu.

3. Koristite kao gorivo. I za bilo koju vrstu ljudske aktivnosti, od punjenja odgovarajuće vrste stolnih svjetiljki i prije rada termoelektrana. Ova vrsta goriva smatra se ekološki prihvatljivom i prikladnom protiv svih alternativnih metoda. Međutim, tijekom sagorijevanja, metan formira ugljični dioksid, kao i svaka druga organska tvar. I poznato je da uzrokuje efekt staklenika Zemlje. Stoga se ljudi suočavaju sa zadatkom pronalaženja još čistijih i kvalitetnijih izvora toplinske energije.

Do sada su to svi glavni izvori koji koriste prirodni plin. Njegova formula, ako uzmemo sve složene komponente, pokazuje da je to praktički obnovljivi resurs, za to je potrebno samo vrlo dugo vremena. Naša zemlja s rezervama plina izuzetno je sretna, jer takva količina prirodnog fosila je dovoljna za mnoge stotine godina ne samo za Rusiju nego i za mnoge zemlje svijeta kroz izvoz.

dušik

To je sastavni dio naftnih i plinskih polja. Osim toga, ovaj plin zauzima većinu volumena u zraku (78%), a također se javlja kao prirodni spojevi nitrata u litosferi.

Kao jednostavna tvar, dušik praktički ne koristi živi organizmi. Njegova formula ima oblik N₂, ili, s gledišta kemijskih veza, Nequiv-N. Prisutnost takve jake veze ukazuje na visoku stabilnost i kemijsku inertnost molekule u normalnim uvjetima. To objašnjava mogućnost postojanja velike količine ovog plina u slobodnom obliku u atmosferi.

U obliku jednostavne tvari, dušik se može fiksirati posebnim organizmima - bakterijama nodula. Oni zatim procesiraju u prikladniji oblik za biljke ovog plina i time provode mineralnu ishranu sustava korijenskih biljaka.

Postoji nekoliko osnovnih spojeva u obliku dušika u prirodi. Njihova formula je sljedeća:

• oksidi - NO₂ N₂O, N₂O_5-
• kiseline - dušični HNO₂ i nitrona HNO₃ (nastale u ispuštanjima munje iz oksida u atmosferi zraka);
• Nitrat - KNO₃, Nano₃ i tako dalje.

Čovjek koristi dušik ne samo u obliku plina već iu tekućem stanju. Ona ima sposobnost prijelaza u tekuće stanje na temperaturi ispod -170⁰C, koji omogućuje da se koristi za zamrzavanje biljnog i životinjskog tkiva, mnogo materijala. Zato je tekući dušik široko korišten u medicini.

Također, dušik je osnova za dobivanje jednog od njegovih glavnih spojeva - amonijaka. Proizvodnja tonaže tvari, kao što je naširoko koristi u kućanstvu i industriji (priprema gume, boje, plastiku, sintetičkih vlakana, organske kiseline, proizvodnju boje, eksploziv i tako dalje).

Ugljični dioksid

Koja je formula tvari? Ugljični dioksid je zabilježen kao CO₂. Veza u molekuli je kovalentno slabo polarna, dvostruka snažna kemijska sila između ugljika i kisika. To upućuje na stabilnost i inertnost molekule u uobičajenim uvjetima. Ta činjenica potvrđuje slobodno postojanje ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi.

Ova tvar je sastavni dio prirodnog plina i ulja, a akumulira se iu gornjim slojevima atmosfere planeta, uzrokujući takozvani efekt staklenika.

Ogromna količina ugljičnog dioksida nastaje izgaranjem bilo koje vrste organskog goriva. Bilo ugljena, drva, plina ili drugih goriva, potpuni izgaranje dovodi do stvaranja vode i ove tvari.

Stoga se ispostavlja da je njegova akumulacija u atmosferi neizbježna. Stoga je važna zadaća suvremenog društva tražiti alternativno gorivo koje daje minimalni efekt staklenika.

hidrogen

Drugi slučajni spoj koji se javlja u sastavu prirodnih minerala - to je vodik. Plin, čija je formula H₂. Najlakša tvar svih poznatih do sada.

Zahvaljujući posebnim svojstvima, zauzima dva mjesta u periodnom stolu - među alkalnim metalima i halogenom. Imajući jedan elektron, sposoban je dati (svojstva metala, smanjujući) i uzimanje (nemetalnih svojstava, oksidacija).

Glavno područje upotrebe je ekološki prihvatljivo gorivo za koje znanstvenici vide budućnost. razlozi:

• neograničen iznos zaliha tog plina;
• stvaranje samo vode kao rezultat izgaranja.

Međutim, puna tehnologija razvoja vodika kao izvora energije zahtijeva završetak mnogo više nijansi.

Formule za izračunavanje mase, gustoće i volumena plinova

U fizici i kemiji koriste se nekoliko osnovnih metoda za izračunavanje plinova. Dakle, na primjer, ako govorimo o jednom od najosnovnijih parametara, kao što je masa plina, formula za izračun će biti kako slijedi:

m = V * þ, gdje je þ gustoća materije, a V je njegov volumen.

Na primjer, ako moramo izračunati masu prirodnog plina od 1 kubičnog metra u normalnim uvjetima, onda uzimamo standardnu ​​prosječnu vrijednost njegove gustoće u referentnim materijalima. To će biti 0,68 kg / m³. Sada kada znamo volumen i gustoću plina, formula za izračun u potpunosti zadovoljava zahtjeve. zatim:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 m³ = 0,68 kg, kako se kubni metara smanjuje.

S druge strane, formula volumena plina sastoji se od indeksa mase i gustoće. To jest, možemo izraziti ovu vrijednost iz gornje konfiguracije:

V = m / þ, tada će u standardnim uvjetima volumen od 2 kg metana biti: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

Također u složenijim slučajevima (kada su uvjeti nepravilni), Mendeleev-Clapeyronova jednadžba koristi se za izračunavanje mase i volumena plinova, koji ima oblik:

p * V = m / M * R * T, gdje je p - tlak plina, V - volumen, m i M - mase i molarne mase, odnosno R - univerzalna plinska konstanta jednaka 8.314 T - temperatura u Kelvina.

Takva formula volumena plina omogućava izračunavanje vrlo približne vrijednosti idealnog plina koji postoji isključivo hipotetički i koristi se za apstraktni koncept u rješavanju problema fizike i kemije. Također možete izračunati volumen koristeći Boyle-Mariotte jednadžbu, koja izgleda ovako:

V = p_n* V_n* T / p * T_n , gdje vrijednosti s indeksom n su vrijednosti u normalnim standardnim uvjetima.

Kako bi izračun bio što precizniji i dosljedan stvarnosti, potrebno je uzeti u obzir takav parametar kao gustoća plina. Formula za izračunavanje ovog parametra i dalje je kontroverzno pitanje. Uobičajeno je koristiti najčešće jednostavne, što izgleda kao:

þ = m₀ * n, gdje m₀ - masa molekule (kg) i n - koncentracija, mjerna jedinica - 1 / m³.

Međutim, u nekim je slučajevima potrebno koristiti druge, složenije i potpune izračune s nekoliko varijabli kako bi se dobio točan i blizak idealan rezultat.