Gaz natural: formula. Formula chimică a gazului. Toate tipurile de gaze naturale

Astăzi sunt cunoscute multe gaze diferite. Unele dintre ele o persoană primește în moduri de laborator, de la produse chimice, unele se formează ca rezultat al reacțiilor ca produse secundare. Și ce gaze s-au născut în natură? Principalele astfel de gaze de origine naturală naturală sunt patru:

• Gazul natural a cărui formulă CH₄;
• azot, N₂;
• hidrogen, H₂;
• Dioxidul de carbon, CO₂.

Desigur, există și altele - oxigen, hidrogen sulfurat, amoniac, gaze inerte, monoxid de carbon. Cu toate acestea, cele enumerate mai sus sunt practic semnificative pentru oameni și sunt folosite de acestea în scopuri diferite, inclusiv ca și combustibil.

Ce este gazul natural?

Natural este tipul de gaz pe care natura ne-o dă. Adică, cel al cărui conținut în intestinul Pământului este mult mai mare și mai mare decât cantitatea pe care o primește în industrie ca urmare a reacțiilor chimice.

Este obișnuit să se numească metan de gaze naturale, dar acest lucru nu este chiar așa. Dacă luăm în considerare compoziția unui astfel de gaz prin fracțiuni, putem vedea următoarea componență a componentelor sale:

• metan (până la 96%);
• etan;
• propan;
• butan;
• hidrogen;
• Dioxid de carbon;
• azot;
• hidrogen sulfurat (cantități mici, urme).

Astfel, se pare că gazul natural este un amestec de mai multe gaze de origine naturală.

Gaz natural: Formula

Din punct de vedere chimic, gazul natural este un amestec de hidrocarburi lineare simple - metan, etan, propan și butan. Dar, deoarece un volum mai mare este încă metan, este o practică obișnuită să se exprime formula generală a gazului natural cu formula direct metan. Deci, se pare că formula chimică a gazului natural metan-CH₄.

Componentele rămase au următoarele formule empirice în chimie:

• etan - C₂H₆;
• propan - C₃H₈;
• butan - C₄H₁₀;
• Dioxid de carbon - CO₂;
• azot - N₂;
• H - H₂;
• hidrogen sulfurat - H₂S.

Un amestec de astfel de substanțe este un gaz natural. Formula compusului său principal de metan arată că conținutul de carbon din acesta este foarte mic. Acest lucru afectează proprietățile sale fizice, de exemplu, cum ar fi capacitatea de a arde cu o flacără incoloră, complet nefumătoare. În timp ce alți reprezentanți ai lui serii omoloage (serie limitând hidrocarburile sau alcani) în timpul arderii formează o flacără neagră.

Fiind în natură

În natură, acest gaz se găsește în adâncime, sub straturi groase și dense de roci sedimentare. Există două teorii principale despre originea gazului natural în natură.

1. Teoria mișcărilor tectonice ale rocilor. Suporterii acestei teorii consideră că hidrocarburile sunt cuprinse în interiorul pământului întotdeauna și cresc ca urmare a mișcărilor și contracțiilor tectonice. În partea superioară, presiunea ridicată și temperatura în schimbare le transformă ca rezultat al reacțiilor chimice în două minerale naturale - petrol și gaze.
2. Teoria biogenică vorbește despre o altă metodă, care a dus la formarea de gaze naturale. Formula reflectă compoziția calitativă - carbon și hidrogen, ceea ce sugerează că formarea sa a avut de viață ființe organice ale căror corpuri au participat în mare parte construite din aceste elemente, cum ar fi toate lucrurile vii de pe această planetă care există în ziua de azi. De-a lungul timpului, resturile de plante moarte și animale sa scufundat sub fundul oceanului, în cazul în care nu a existat nici oxigen, nici bacteriile se pot descompune și recicla materia organică. Ca urmare a cariilor anaerobă a biomasei a apărut și peste milioane de ani, o sursă de două minerale - petrol și gaze. În același timp, baza ambelor este aceeași - acestea sunt hidrocarburi și substanțe parțial joase moleculare. Formula chimică a gazului și a uleiului dovedește acest lucru. Cu toate acestea, sub influența diferitelor condiții, se formează diferite produse: presiune ridicată și temperatură - gaz, indicatori slabi - ulei.

Până în prezent, depozitele principale și rezervele de gaze sunt țări precum Rusia, Statele Unite, Canada, Iran, Norvegia și Olanda.

Conform stării sale agregate, gazul natural nu poate fi întotdeauna conținut doar în stare de gaz. Există mai multe opțiuni pentru condensarea sa:

1. Gazul este dizolvat în molecule de ulei.
2. Gazul este dizolvat în molecule de apă.
3. Gazul formează hidrați de gaz solid.
4. În condiții normale, un compus gazos.

Fiecare dintre aceste state are un depozit propriu și este foarte valoroasă pentru oameni.

Obținerea în laborator și în industrie

În plus față de locurile naturale de formare a gazelor, există o serie de modalități de a le obține în laborator. Cu toate acestea, aceste metode sunt utilizate cu siguranță numai pentru porțiuni mici ale produsului, deoarece nu este profitabil să se realizeze din punct de vedere economic sinteza gazului natural în laborator.

Metode de laborator:

1. Hidroliza unui compus cu conținut molecular scăzut - carbură de aluminiu: AL₄C₃ + 12H₂O = 3CH₄ + 4AL (OH)_3.
2. Din acetat de sodiu în prezența unui compus alcalin: CH₃COOH + NaOH = CH₄ + na₂CO_3.
3. Din gaz de sinteză: CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O.
4. Din substanțe simple - hidrogen și carbon - la temperaturi și presiuni ridicate.

Formula chimică a gazelor naturale este reflectată de formula metanului, prin urmare toate reacțiile caracteristice ale alcanilor sunt caracteristice și pentru un anumit gaz.

În industrie, metanul este extras din depozitele naturale și prelucrat în continuare prin fracții. De asemenea, gazul produs trebuie neapărat să fie curățat. La urma urmei, formula de gaz metan indică doar o parte a acelor constituenți pe care le conține. Și pentru utilizarea în viața de zi cu zi aveți nevoie de un gaz curat care să nu conțină alte substanțe, cu excepția metanului. Separarea etanului, propanului, butanului și a altor gaze se găsesc de asemenea la scară largă.

Proprietăți fizice

Formula de gaz oferă o imagine a proprietăților fizice pe care ar trebui să le dețină. Să ne gândim la aceste caracteristici.

1. O substanță incoloră care nu are miros.
2. Densitatea aproximativă variază în intervalul de 0,7-1 kg / m^3.
3. Temperatura de ardere 650⁰S.
4. Aproape de două ori mai ușoare decât aerul.
5. Căldura eliberată prin arderea unui metru cub de gaz este de 46 de milioane de jouli.
6. În concentrații mari (peste 15%) în aer, gazul este foarte exploziv.
7. Când este utilizat ca combustibil, acesta prezintă un număr octanic de 130.

Gazul curat se obține numai după trecerea acestuia prin instalații speciale de tratare (instalații), care sunt ridicate la locul de extracție a mineralelor.

cerere

Există mai multe domenii principale de utilizare a gazelor naturale. În plus față de componenta principală, formula de gaz din care CH₄, Toate celelalte componente ale amestecului sunt de asemenea utilizate.

1. Sfera de uz casnic a vieții oamenilor. Aceasta include gazul pentru gătit, încălzirea clădirilor rezidențiale, combustibilul pentru cazanele și așa mai departe. La gazul utilizat pentru gătit, adăugați substanțe speciale aparținând grupului de mercaptani. Acest lucru se face astfel încât, în cazul unei țevi sau al unei alte omisiuni de gaze, oamenii îl pot mirosi și pot acționa. Un amestec de gaz de uz casnic (un amestec de propan și butan) este extrem de exploziv la concentrații ridicate. Mercaptanii fac și gazul natural neplăcut. Formula lor include elemente cum ar fi sulf și fosfor, care le oferă această specificitate.

2. Producția chimică. În acest domeniu, una dintre principalele substanțe inițiale pentru multe reacții de obținere a compușilor importanți este gazul natural, formula care arată în care sinteze poate participa:

• baza pentru producția de materiale plastice, care sunt cele mai comune materiale moderne pentru aproape toate industriile;
• materii prime în sinteza etanului, cianurii de hidrogen și a amoniacului. Produsele în sine continuă să producă în viitor multe fibre sintetice și țesături, îngrășăminte și încălzitoare în construcții;
• cauciuc, metanol, acizi organici - sunt formate din metan și alte substanțe. Ei găsesc aplicarea practică în toate sferele vieții umane;
• polietilenă și mulți alți compuși de natură sintetică au fost obținute datorită metanului.

3. Utilizați ca combustibil. Și pentru orice tip de activitate umană, de la umplerea tipului de lămpi de masă și înainte de funcționarea centralelor termice. Acest tip de combustibil este considerat ca fiind ecologic și eficient împotriva tuturor metodelor alternative. Cu toate acestea, în timpul arderii, metanul formează dioxid de carbon, ca orice altă materie organică. Și se știe că provoacă efectul de seră al Pământului. Prin urmare, oamenii se confruntă cu sarcina de a găsi o sursă și mai caldă și mai calitativă de energie termică.

Până în prezent, toate acestea sunt principalele surse care utilizează gaze naturale. Formula sa, dacă luăm toate componentele complexe, arată că aceasta este o resursă practică din punct de vedere al energiei regenerabile, însă este nevoie de o perioadă foarte lungă de timp. Țara noastră cu rezerve de gaze naturale sunt extrem de norocos, deoarece cantitatea de astfel de resurse naturale va dura timp de sute de ani, nu numai Rusia, dar multe alte țări, prin intermediul exportului.

azot

Este o parte integrantă a câmpurilor de petrol și gaze. În plus, acest gaz ocupă cea mai mare parte a volumului în aer (78%) și apare și ca compuși naturali ai nitraților în litosferă.

Ca substanță simplă, azotul nu este practic utilizat de organisme vii. Formula sa are forma N₂, sau, din punct de vedere al legăturilor chimice, Nequiv-N. Prezența unei astfel de legături puternice indică stabilitatea ridicată și inerția chimică a moleculei în condiții normale. Aceasta explică posibilitatea existenței unei cantități mari de gaz în atmosferă în formă liberă.

Sub forma unei substanțe simple, azotul poate fi fixat de organisme speciale - bacterii de noduli. Apoi, se transformă într-o formă mai potrivită pentru plantele acestui gaz și, astfel, efectuează alimentația minerală a sistemelor de plante radiculare.

Există mai mulți compuși bazici sub formă de care există azot în natură. Formula lor este după cum urmează:

• oxizi - NO₂ N₂O, N₂O_5-
• acizi - HNO azot₂ și HNO nitric₃ (formate în descărcări de trăsnet de la oxizi în atmosferă de aer);
• Nitrat - KNO₃, NaNO₃ și așa mai departe.

Omul folosește azot nu numai sub formă de gaz, ci și în stare lichidă. Are capacitatea de a trece la o stare lichidă la o temperatură sub -170⁰C, care îi permite să fie utilizat pentru a îngheța țesuturile vegetale și animale, multe materiale. Acesta este motivul pentru care azotul lichid este utilizat pe scară largă în medicină.

De asemenea, azotul este baza pentru obținerea unuia dintre principalii compuși ai săi - amoniacul. tonajului producerea substanței, așa cum este utilizat pe scară largă în gospodărie și industrie (cauciuc preparare, coloranți, materiale plastice, fibre sintetice, acizi organici, producția de vopsea, explozivi și așa mai departe).

Dioxid de carbon

Care este formula substanței? Dioxidul de carbon este înregistrat ca CO₂. Legătura în moleculă este covalent slab polară, forțe chimice duble puternice între carbon și oxigen. Aceasta indică stabilitatea și inerția moleculei în condiții obișnuite. Acest fapt este confirmat de existența liberă a dioxidului de carbon în atmosfera Pământului.

Această substanță este o parte integrantă a gazelor naturale și a petrolului și se acumulează, de asemenea, în straturile superioare ale atmosferei planetei, provocând așa-numitul efect de seră.

O cantitate uriașă de dioxid de carbon este generată de arderea oricărui tip de combustibil organic. Fie cărbune, lemn, gaz sau alți combustibili, arderea completă duce la formarea apei și a acestei substanțe.

Prin urmare, se pare că acumularea în atmosferă este inevitabilă. De aceea, o sarcină importantă a societății moderne este de a căuta un combustibil alternativ care să ofere un efect minim de efect de seră.

hidrogen

Un alt compus incident care apare în compoziția mineralelor naturale - acesta este hidrogenul. Gaz, al cărui formulă este H₂. Cea mai ușoară substanță a tuturor cunoscute până în prezent.

Datorită proprietăților sale speciale, ocupă două poziții în tabelul periodic - printre metale alcaline și halogeni. Având un electron, el este capabil să-i dea (proprietăți metalice, reducerea) și să ia (proprietăți nemetalice, oxidante).

Principalul domeniu de utilizare este combustibilul ecologic, pentru care oamenii de știință văd viitorul. motive:

• cantitate nelimitată de stocuri de gaz;
• formarea numai a apei ca rezultat al arderii.

Cu toate acestea, tehnologia completă a dezvoltării hidrogenului ca sursă de energie necesită finalizarea multor nuanțe.

Formule pentru calculul masei, densității și volumului de gaze

În fizică și chimie sunt utilizate câteva metode de bază pentru calcularea gazelor. De exemplu, dacă vorbim despre unul dintre parametrii cei mai de bază, cum ar fi masa gazului, formula de calcul va fi următoarea:

m = V * þ, unde þ este densitatea materiei și V este volumul acesteia.

De exemplu, dacă avem nevoie să calculam masa gazelor naturale de 1 metru cub în condiții normale, vom lua în considerare valoarea medie a densității lor în materialele de referință. Acesta va fi egal cu 0,68 kg / m³. Acum, când știm volumul și densitatea gazului, formula pentru calcul îndeplinește complet cerințele. apoi:

m (CH₄) = 0,68 kg / m³ * 1 m³ = 0,68 kg, pe măsură ce sunt reduse metri cubi.

Formula de volum de gaz, pe de altă parte, este compusă din indicii de masă și densitate. Adică putem exprima această valoare din configurația de mai sus:

V = m / þ, atunci în condiții standard volumul de 2 kg de metan va fi: 2 / 0,68 = 2,914 m³.

De asemenea, în cazuri mai complexe (atunci când condițiile sunt nonstandard), ecuația Mendeleev-Clapeyron este utilizată pentru a calcula masa și volumul de gaze, care are forma:

p * V = m / M * R * T, unde p - presiunea gazului, V - volumul său, m și M - masa și masa molară, respectiv, R - gaz universal constant egal cu 8.314, T - temperatura în grade Kelvin.

O astfel de formulă a volumului de gaz face posibilă obținerea unor calcule foarte apropiate de valoarea unui gaz ideal care există pur ipotetic și este folosit pentru un concept abstract în rezolvarea problemelor din fizică și chimie. De asemenea, puteți calcula volumul folosind ecuația Boyle-Mariotte, care arată astfel:

V = p_n* V_n* T / p * T_n , unde valorile cu indicele n sunt valori în condiții normale standard.

Pentru ca calculul să fie cât mai exact posibil și în concordanță cu realitatea, este necesar să se țină cont de un astfel de parametru densitatea gazului. Formula de calcul al acestui parametru este încă o problemă controversată. Este obișnuit să folosiți cele mai comune simple, care arată:

þ = m₀ * n, unde m₀ - masa moleculei (kg) și n - concentrație, unitate de măsură - 1 / m³.

Cu toate acestea, într-o serie de cazuri, este necesar să se utilizeze alte calcule complexe și complete cu mai multe variabile pentru a obține un rezultat exact și apropiat de ideal.