Вступление

В этот раз мы остановимся на экспериментах с метаном. Метан - самый простой углеводород и основной компонент природного газа. Природный газ - важнейший вид ископаемого топлива. Он образовался при анаэробном разложении органических остатков. В земной коре природный газ находится в виде отдельных газовых залежей или в виде газовой шапки над залежами нефти. Природный газ встречается не только в газообразном, но и в растворенном виде [1], а также в виде твердых гидратов метана (газовые гидраты).

Гидраты метана представляют собой соединения включения или клатраты. В клатратах молекулы газа - "молекулы-гости" (в нашем случае - метан) заключены в полости кристаллической решетки "вещества хозяина" (в нашем случае - лед). При этом химической связи между веществом-гостем и веществом-хозяином не образуется, однако, молекулы-гости находятся в "клетке", которую они не могут покинуть. Отсюда и произошло название "клатраты" (лат. clathratus - "сажать в клетку"). Совсем не обязательно веществом-хозяином должна быть вода, а веществом-гостем - метан. Кроме метана клатраты образуют и другие углеводороды, а также хлор, бром, закись азота, аргон и более тяжелые инертные газы и т.д.

Значительная часть запасов природного газа находится в виде газовых гидратов, однако образование гидратов метана (и других углеводородов) - далеко не всегда благо. Гидраты метана способны образовываться даже при комнатной температуре в газопроводах высокого давления, в результате похожая на снег масса может полностью закупорить трубы. Чтобы этого не случилось, перед подачей в газопроводы природный газ тщательно осушают.

____________________________________
¹ Природный газ, растворенный в нефти, называется попутный газ.

Состав природного газа зависит от месторождения и способа добычи. Для большинства месторождений содержание метана в природном газе составляет более 90% (иногда - 98-99%), гомологи метана - этан, пропан, бутан (и более тяжелые углеводороды) содержатся в природном газе в гораздо меньших количествах - проценты или доли процента. Кроме углеводородов природный газ из разных месторождений содержит углекислый газ, азот, сероводород, аргон, водород, гелий. (Для примера приведем состав газа из газопровода Саратов-Горький: CH₄ - 91.9%, C₂H₆ - 2.1%, C₃H₈ - 1.3%, C₄H₁₀ - 0.4%, C₅H₁₂ (и более тяжелые) - 0.1%, N₂ - 3.0%, CO₂ - 1.2%).

Итак, метан - основная часть природного газа, однако в бытовых газовых баллонах используют не метан, а пропан-бутановую смесь. Последней часто отдают предпочтение и в качестве топлива для автотранспорта. Дело в том, что метан имеет низкую температуру кипения (минус 161.6°C) и что хуже всего для практики - низкую критическую температуру - минус 82.4°С. Другими словами, метан невозможно перевести в жидкое состояние при комнатной температуре (даже если использовать сколь угодно высокое давление).

Таким образом, остается только один способ хранить метан в баллонах - в сжатом состоянии. Такие баллоны используют (например, иногда можно увидеть красные метановые баллоны на крышах автобусов), однако сжатый метан, который находится в баллоне, способен дать гораздо меньше тепла, чем равный объем сжиженной пропан-бутановой смеси, и это не удивительно: жидкость имеет гораздо большую плотность, чем газ.

Существует и еще одно отличие метана от пропан-бутановой смеси, которое очень важно для наших опытов: пропан и бутан тяжелее воздуха - эти газы можно собирать в сосуды, расположенные отверстием вверх (подобно углекислому газу); метан же легче воздуха - его можно собирать в сосуды, расположенные дном вверх (как водород).

Приступим к экспериментам.

<Вступление ч.1> <Горение метана в трехлитровой банке ч.2> <Горение метана в трехлитровой банке ч.3> <Горение полиэтиленового пакета с метаном ч.4> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью (№2 2012)>
<Эксперименты с пропан-бутановой смесью, ацетиленом, метаном> [Отправить сообщение об ошибке]