Метан и вода: CH4 + H2O = ? уравнение реакции

Содержание

Метан в воде — Справочник химика 21

    В анаэробных условиях биологически перерабатываются твердые, полужидкие вещества и осадки сбраживаются осадки первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биологических систем очистки бытовых вод и их смесей с некоторыми промышленными сточными водами. Основное преимущество анаэробного сбрахминимальное образование биологически активных твердых веществ. Из перерабатываемых органических веществ только жиры, белки и углеводы обеспечивают выход газа при анаэробной переработке. Образующиеся при сбраживании летучие органические кислоты под действием метановых бактерий перерабатываются в метан, воду и биологически активное твердое вещество. [c.105]
    Фазовые диаграммы систем углеводородный газ — вода резко отличаются от фазовых диаграмм бинарных смесей углеводородных газов с жидкими УВ. Из фазовых диаграмм давление— состав систем этан — вода и метан — вода (рис. 26) можно видеть, что при температурах ниже 300°С граничные кривые газа и жидкости в системе этан — вода очень слабо сближаются, что объясняется их слабой взаимной растворимостью. 
[c.52]

    При чисто термическом крекинге при 500° из н-парафинов образуются насыщенные и ненасыщенные продукты расщепления. Если процесс проводят быстро, то получаются олефины с концевой двойной связью при длительном крекинге, особенно в жидкой фазе под давлением, двойная связь перемещается к середине цепи. Вначале, очевидно, образуются свободные радикалы, которые распадаются на олефин и иа новый, меньший радикал. Последний может затем реагировать аналогичным путем или присоединять И- или СН.з с образованием насыщенного углеводорода. Из всех алкильных радикалов наибольшее значение при термическом крекинге имеет — СНз, так как он является наиболее устойчивым. При достаточно длительной реакции и высоких температурах в конце концов все вещество превращается в метан, водО род и сажу. 

[c.88]

    Содержание воды в газовой фазе системы метан — вода [c.52]

    В связи с тем, что большинство нефтяных газов содержит в значительной концентрации метан, то состав газовой фазы системы природный газ — вода, близко к составу газовой фазы системы метан — вода, что подтверждается данными табл. 34. [c.52]

    Идентифицированы следующие продукты термического разложения дигидроперекиси (XIV) при 150° С двуокись и окись углерода, кислород, ацетилен, этан, метан, вода, ацетон, 2,5-ди-метилгексин-З-диол-2,5, 5-окси-5-метилгексин-3-он-2 и пентин-З-он-2. Механизм реакции, предложенный для объяснения образования этих продуктов, представлен следующей схемой  

[c.73]

    Рабочий газ Азот, аргон, водород Азот, аргон, водород Аргон, водород Воздух, метан Вода, воздух Аргон, азот + водород и их смеси Аргон и- гелий, аргон -1-+ водород, аргон + азот [c.60]


    Известно [285], что сера является хорошим дегидрирующим катализатором. Известно также [71], что сероводород, метан, вода, водород, двуокись углерода, графит, аммиак обладают минимальным уровнем термодинамического и химического потенциала. 
[c.157]

    Метан Вода —11,5 76,5 Вода Этанол —19,0 53,5 [c.179]

    Смесь воздуха +20 /о пара + 35% пара +1% ССЦ Диоксид углерода Метан Вода (пар) [c.448]

    Ппи давлениях от давления пара воды р° до давления трехфазного равновесия наблюдается равновесие водная жидкость—газовая фаза. При давлении возникает трехфазное равновесие водная жидкость состава -4-гидрат состава 5-газовая фаза состава С, как это наблюдалось для систем типа метан—вода (см. рис. 6). При давлении р в области двухфазного равновесия гидрат—газовая фаза происходит сжижение газа, что приводит к образованию трехфазного равновесия газ состава -неводная жидкая фаза состава -гидрат состава О. При давлениях выше р существует два двухфазных равновесия гидрат—неводная жидкость с составами О/, и ЕМ и неводная жидкость—газовая фаза с составами Ер° и Яр°. 

[c.13]

    Азот Водород Простые вещества Воздух а) Метан, вода, катализатор (никель с добавлением оксидов Воздух сжижают и ректифицируют (с дополнительной очисткой от кислорода) а) Метан обрабатывают смесью водяных паров и оксида углерода (IV) при температуре [c.217]

    Наименование измерений метан- водо- родная этан-эти- леновая пропан- пропи- леновая бутан- бутиле- новая пентано-вые и более тяжелые углеводороды (остаток) [c.169]

    СИСТЕМА ТИПА МЕТАН-ВОДА [c.11]

    Равновесное распределение в системе метан — вода [c.59]

    Идентифицированы следующие продукты термического разложения дигидроперекиси (XIV) при 150° С двуокись и окись углерода, кислород, ацетилен, этан, метан, вода, ацетон, 2, 5-ди-метилгексин-З-диол-2,5, 5-окси-5-метилгексин-3-он-2 и пентин- [c.73]

    Равновесие жидкость — нар для системы метан — вода [38] [c.108]     СО + ЗН2 СН4 + Н2О окись углерода водород метан вода [c.5]

    При анализе данных табл. 3.3 для выражения закона Генри не только целесообразно, но и единственно возможно пользоваться мольными долями. С другой стороны, имея в виду кинетические приложения, удобнее выражать тот же закон в концентрациях растворенного вещества. Отметим, что для системы метан — вода при 25 °С и 1 атм мольная доля растворенного вещества составляет всего 2,43-10 . Для таких разбавленных растворов мольную долю 2 можно связать с концентрацией раствора j, выраженной в моль/л раствора, следующим образом  

[c.60]

    В табл. 3.7 приведены оценки энергии реорганизации молекул растворителя в системе метан—вода. Если определить уменьшение теплосодержания, сопровождающее процесс реорганизации, как эффект, связанный с замораживанием п молекул растворителя, то лри О °С /г = 20 830/1435,7 = 14,5. Вполне может быть, что молекулы растворителя, образующие оболочку молекулы метана, заморожены лишь частично, например на три четверти. Тогда п = 19,3, что соответствует координационному числу 20. В пределах точности определения отношения объемов величина АЯя постоянна. Так как увеличение энтальпии при растворении равно 

[c.63]


    Селективное поглощение олефинов и ароматических углеводородов проводили в абсорбере (диаметр 6 мм), содержащем 2 мл концентрированной серной кислоты, нанесенной на слой стекловолокна (длина набивки 43 сл1). На выходе абсорбера размещали слой молекулярного сита 4А, которое поглощает метан, воду, этан, ацетилен, пропилен и не поглощает пропан и другие более высокомолекулярные соединения, а также несколько гранул аскарита. Этот реактор-абсорбер поглощает при 54° С олефины, толуол и высшие ароматические углеводороды бензол поглощается неполностью. 
[c.77]

    Сравнение данных показывает, что метан растворяет воду лучше, чем азот и азото-водородная смесь при равных температуре и давлении. Этилен растворяет воду лучше, чем метан, а углекислота при давлениях, превышающих 150 атм, растворяет воду лучше, чем этилен. Растворимость воды при 100° в углекислоте при давлении 250—300 атм очень высока (5— 6 кг м ). Влияние температуры на величину растворимости воды можно показать на примере системы метан — вода. Так, при 300 атм и температуре 38, 100, 138 и 204° содержание воды в метане равно, соответственно, 0,12 1,23 2,94 и 12,86 кг/л  

[c.469]

    Окись и двуокись углерода, водород, метан, вода, аммиак, бензол, синильная кислота, фенол [c.241]

    Водород—ксенон Метан—вода Неон—криптон Азот—аммиак [c.480]

    Из нее видно, что с повышением температуры растворимость воды в метане резко возрастает. Так, например при давлении 100 кгс/см с повышением температуры от 150 до 300°С мольная доля воды в газовой фазе возрастает в 15 раз. В интервале температур от 100 до 350°С содержание воды в метане с увеличением давления падает. Та же закономерность наблюдается и при растворении воды в природном газе (см. табл. 34). Надо отметить, что зависимость растворимости воды в метане от температуры выражена значительно более резко, чем от давления. В табл. 32 представлены данные (точность которых равна 0,1%) о содержании воды в газовой фазе метан — вода в критической области Султанов Р. Г., Скрипка В. Г., Намиот А. Ю 1971]. 

[c.51]

    В табл. 33 приведено содержание воды в газовой фазе системы метан — вода, полученное пересчетом данных из [Olds R. H., Sage В. H., La ey W. N., 1942 r.], при этом коэффициент сжимаемости газового раствора г) принимался рав- [c.51]

    Система метан — вода имеет двойную гомогенную критическую точку при 352°С (рис. 27). Критические кривые у этих систем имеют необычный вид. Так, в системе метан — этан критическая кривая идет вначале в сторону низких температур, доходит до минимума критической температуры в двойной гомогенной критической точке, после чего возвращается к высоким температурам при резком возрастании давления [Намиот А. Ю 1976]. 

[c.53]

    В ранние периоды развития химической организации на поверхности Земли азот входил в состав несложных молекул H N, NHa, NH( N)2, Nh3OH, нитридов, а в свободном состоянии был составной частью первичной атмосферы. Но высокая реакционная способность соединений азота привела к относительно быстрому образованию более сложных соединений. Доказано прямыми опытами, что разнообразные физические воздействия стимулируют возникновение аминокислот и пептидов . Вызывает удивление число разнообразных путей, ведущих от простых соединений к аминокислотам. Электрические разряды, радиация различной природы, термическое воздействие и другие факторы способны вызвать в смесях несложных соединений (аммиак, метан, вода, параформальде- 
[c.179]

    Метод оценки коэффициентов фугитивности твердой фазы, разработанный Пэрришем и Праузницем [541], позволяет рассчитывать давления при диссоциации смесей газов, как образующих, так и не образующих гидраты. На рис. 9.24 представлена диаграмма давление — состав в диапазоне образования гидратов для системы пропан + метан + вода. В целях предотвращения образования гидратов в газопроводах широко применяется впрыскивание метанола, гликоля или аммиака. В последнее время было проведено изучение количественной стороны подобных процессов. Ментен, Пэрриш и Слоун (неопубликованная работа, 1982) проанализировали эффект применения ингибиторов путем исследования их воздействия на коэффициент активности воды. Макогоном [84] выполнен обзор современных методов решения проблем, связанных с образованием гидратов газов. [c.471]

    Полисапробная зона характерна для свежезагрязненной воды, где протекают начальные этапы разложения органических соединений. Полисапробные воды содержат большое количество органических веществ, в первую очередь белков и углеводов. При разложении этих веществ в большом количестве выделяются углекислота, сероводород, метан. Вода бедна кислородом, поэтому химические процессы носят восстановительный характер. Резко выраженные неблагоприятные условия среды ведут к ограничению числа видов в растительном и животном населении водоема. Основными обитателями являются бактерии, количество которых достигает сотен миллионов в I мл воды. Очень много серобактерий и инфузорий. Все обитатели полисапробной зоны по способу питания относятся к консуйентам (потребителям), или иначе гетеротрофам. Они нуждаются в готовом органическом веществе. Продуценты (производители), т. е. автотрофы, к которым относятся зеленые растения, создающие органическое вещество из минеральных соединений, здесь совершенно отсутствуют. [c.156]

    Полифени- леноксид Водород, метан, вода, окись и двуокись углерода, бензол Водород, окись углерода 0 58,0 [c.240]

    Как показали Сен-Пьер и Прайс [146], полипропиленгли-коль оказался неустойчивым уже при температуре 250° даже в атмосфере азота. Его разложение ускоряется в присутствии то-луолсульфокислоты. Среди продуктов распада полипропилен-гликоля были обнаружены пропионовый альдегид и диметилди-оксан. При окислительной деструкции полипропиленгликоля возрастали содержание перекисей и кислотность, молекулярный вес уменьшался. При облучении жидкого полипропиленгликоля Р-лучами (20 мин., 1,5 Мэе, 0,4 жка)молекулярный вес полимера снижался незначительно. При этом среди газообразных продуктов реакции были найдены водород, метан, вода и пропилен. [c.69]


Метан, структурная формула, химические, физические свойства

1

H

1,008

1s1

2,2

Бесцветный газ

пл=-259°C

кип=-253°C

2

He

4,0026

1s2

Бесцветный газ

кип=-269°C

3

Li

6,941

2s1

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

пл=180°C

кип=1317°C

4

Be

9,0122

2s2

1,57

Светло-серый металл

пл=1278°C

кип=2970°C

5

B

10,811

2s2 2p1

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

пл=2300°C

кип=2550°C

6

C

12,011

2s2 2p2

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

пл=3550°C

кип=4830°C

7

N

14,007

2s2 2p3

3,04

Бесцветный газ

пл=-210°C

кип=-196°C

8

O

15,999

2s2 2p4

3,44

Бесцветный газ

пл=-218°C

кип=-183°C

9

F

18,998

2s2 2p5

4,0

Бледно-желтый газ

пл=-220°C

кип=-188°C

10

Ne

20,180

2s2 2p6

Бесцветный газ

пл=-249°C

кип=-246°C

11

Na

22,990

3s1

0,93

Мягкий серебристо-белый металл

пл=98°C

кип=892°C

12

Mg

24,305

3s2

1,31

Серебристо-белый металл

пл=649°C

кип=1107°C

13

Al

26,982

3s2 3p1

1,61

Серебристо-белый металл

пл=660°C

кип=2467°C

14

Si

28,086

3s2 3p2

1,9

Коричневый порошок / минерал

пл=1410°C

кип=2355°C

15

P

30,974

3s2 3p3

2,2

Белый минерал / красный порошок

пл=44°C

кип=280°C

16

S

32,065

3s2 3p4

2,58

Светло-желтый порошок

пл=113°C

кип=445°C

17

Cl

35,453

3s2 3p5

3,16

Желтовато-зеленый газ

пл=-101°C

кип=-35°C

18

Ar

39,948

3s2 3p6

Бесцветный газ

пл=-189°C

кип=-186°C

19

K

39,098

4s1

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

пл=64°C

кип=774°C

20

Ca

40,078

4s2

1,0

Серебристо-белый металл

пл=839°C

кип=1487°C

21

Sc

44,956

3d1 4s2

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

пл=1539°C

кип=2832°C

22

Ti

47,867

3d2 4s2

1,54

Серебристо-белый металл

пл=1660°C

кип=3260°C

23

V

50,942

3d3 4s2

1,63

Серебристо-белый металл

пл=1890°C

кип=3380°C

24

Cr

51,996

3d5 4s1

1,66

Голубовато-белый металл

пл=1857°C

кип=2482°C

25

Mn

54,938

3d5 4s2

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

пл=1244°C

кип=2097°C

26

Fe

55,845

3d6 4s2

1,83

Серебристо-белый металл

пл=1535°C

кип=2750°C

27

Co

58,933

3d7 4s2

1,88

Серебристо-белый металл

пл=1495°C

кип=2870°C

28

Ni

58,693

3d8 4s2

1,91

Серебристо-белый металл

пл=1453°C

кип=2732°C

29

Cu

63,546

3d10 4s1

1,9

Золотисто-розовый металл

пл=1084°C

кип=2595°C

30

Zn

65,409

3d10 4s2

1,65

Голубовато-белый металл

пл=420°C

кип=907°C

31

Ga

69,723

4s2 4p1

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

пл=30°C

кип=2403°C

32

Ge

72,64

4s2 4p2

2,0

Светло-серый полуметалл

пл=937°C

кип=2830°C

33

As

74,922

4s2 4p3

2,18

Зеленоватый полуметалл

субл=613°C

(сублимация)

34

Se

78,96

4s2 4p4

2,55

Хрупкий черный минерал

пл=217°C

кип=685°C

35

Br

79,904

4s2 4p5

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

пл=-7°C

кип=59°C

36

Kr

83,798

4s2 4p6

3,0

Бесцветный газ

пл=-157°C

кип=-152°C

37

Rb

85,468

5s1

0,82

Серебристо-белый металл

пл=39°C

кип=688°C

38

Sr

87,62

5s2

0,95

Серебристо-белый металл

пл=769°C

кип=1384°C

39

Y

88,906

4d1 5s2

1,22

Серебристо-белый металл

пл=1523°C

кип=3337°C

40

Zr

91,224

4d2 5s2

1,33

Серебристо-белый металл

пл=1852°C

кип=4377°C

41

Nb

92,906

4d4 5s1

1,6

Блестящий серебристый металл

пл=2468°C

кип=4927°C

42

Mo

95,94

4d5 5s1

2,16

Блестящий серебристый металл

пл=2617°C

кип=5560°C

43

Tc

98,906

4d6 5s1

1,9

Синтетический радиоактивный металл

пл=2172°C

кип=5030°C

44

Ru

101,07

4d7 5s1

2,2

Серебристо-белый металл

пл=2310°C

кип=3900°C

45

Rh

102,91

4d8 5s1

2,28

Серебристо-белый металл

пл=1966°C

кип=3727°C

46

Pd

106,42

4d10

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1552°C

кип=3140°C

47

Ag

107,87

4d10 5s1

1,93

Серебристо-белый металл

пл=962°C

кип=2212°C

48

Cd

112,41

4d10 5s2

1,69

Серебристо-серый металл

пл=321°C

кип=765°C

49

In

114,82

5s2 5p1

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

пл=156°C

кип=2080°C

50

Sn

118,71

5s2 5p2

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

пл=232°C

кип=2270°C

51

Sb

121,76

5s2 5p3

2,05

Серебристо-белый полуметалл

пл=631°C

кип=1750°C

52

Te

127,60

5s2 5p4

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

пл=450°C

кип=990°C

53

I

126,90

5s2 5p5

2,66

Черно-серые кристаллы

пл=114°C

кип=184°C

54

Xe

131,29

5s2 5p6

2,6

Бесцветный газ

пл=-112°C

кип=-107°C

55

Cs

132,91

6s1

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

пл=28°C

кип=690°C

56

Ba

137,33

6s2

0,89

Серебристо-белый металл

пл=725°C

кип=1640°C

57

La

138,91

5d1 6s2

1,1

Серебристый металл

пл=920°C

кип=3454°C

58

Ce

140,12

f-элемент

Серебристый металл

пл=798°C

кип=3257°C

59

Pr

140,91

f-элемент

Серебристый металл

пл=931°C

кип=3212°C

60

Nd

144,24

f-элемент

Серебристый металл

пл=1010°C

кип=3127°C

61

Pm

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

пл=1080°C

кип=2730°C

62

Sm

150,36

f-элемент

Серебристый металл

пл=1072°C

кип=1778°C

63

Eu

151,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=822°C

кип=1597°C

64

Gd

157,25

f-элемент

Серебристый металл

пл=1311°C

кип=3233°C

65

Tb

158,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1360°C

кип=3041°C

66

Dy

162,50

f-элемент

Серебристый металл

пл=1409°C

кип=2335°C

67

Ho

164,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1470°C

кип=2720°C

68

Er

167,26

f-элемент

Серебристый металл

пл=1522°C

кип=2510°C

69

Tm

168,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1545°C

кип=1727°C

70

Yb

173,04

f-элемент

Серебристый металл

пл=824°C

кип=1193°C

71

Lu

174,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=1656°C

кип=3315°C

72

Hf

178,49

5d2 6s2

Серебристый металл

пл=2150°C

кип=5400°C

73

Ta

180,95

5d3 6s2

Серый металл

пл=2996°C

кип=5425°C

74

W

183,84

5d4 6s2

2,36

Серый металл

пл=3407°C

кип=5927°C

75

Re

186,21

5d5 6s2

Серебристо-белый металл

пл=3180°C

кип=5873°C

76

Os

190,23

5d6 6s2

Серебристый металл с голубоватым оттенком

пл=3045°C

кип=5027°C

77

Ir

192,22

5d7 6s2

Серебристый металл

пл=2410°C

кип=4130°C

78

Pt

195,08

5d9 6s1

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1772°C

кип=3827°C

79

Au

196,97

5d10 6s1

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

пл=1064°C

кип=2940°C

80

Hg

200,59

5d10 6s2

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

пл=-39°C

кип=357°C

81

Tl

204,38

6s2 6p1

Серебристый металл

пл=304°C

кип=1457°C

82

Pb

207,2

6s2 6p2

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

пл=328°C

кип=1740°C

83

Bi

208,98

6s2 6p3

Блестящий серебристый металл

пл=271°C

кип=1560°C

84

Po

208,98

6s2 6p4

Мягкий серебристо-белый металл

пл=254°C

кип=962°C

85

At

209,98

6s2 6p5

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=302°C

кип=337°C

86

Rn

222,02

6s2 6p6

2,2

Радиоактивный газ

пл=-71°C

кип=-62°C

87

Fr

223,02

7s1

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=27°C

кип=677°C

88

Ra

226,03

7s2

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=700°C

кип=1140°C

89

Ac

227,03

6d1 7s2

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=1047°C

кип=3197°C

90

Th

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

пл=1132°C

кип=3818°C

93

Np

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

267

6d2 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

268

6d3 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

269

6d4 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

270

6d5 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

277

6d6 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

278

6d7 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

281

6d9 7s1

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Алканы

1

H

1,008

1s1

2,2

Бесцветный газ

пл=-259°C

кип=-253°C

2

He

4,0026

1s2

Бесцветный газ

кип=-269°C

3

Li

6,941

2s1

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

пл=180°C

кип=1317°C

4

Be

9,0122

2s2

1,57

Светло-серый металл

пл=1278°C

кип=2970°C

5

B

10,811

2s2 2p1

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

пл=2300°C

кип=2550°C

6

C

12,011

2s2 2p2

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

пл=3550°C

кип=4830°C

7

N

14,007

2s2 2p3

3,04

Бесцветный газ

пл=-210°C

кип=-196°C

8

O

15,999

2s2 2p4

3,44

Бесцветный газ

пл=-218°C

кип=-183°C

9

F

18,998

2s2 2p5

4,0

Бледно-желтый газ

пл=-220°C

кип=-188°C

10

Ne

20,180

2s2 2p6

Бесцветный газ

пл=-249°C

кип=-246°C

11

Na

22,990

3s1

0,93

Мягкий серебристо-белый металл

пл=98°C

кип=892°C

12

Mg

24,305

3s2

1,31

Серебристо-белый металл

пл=649°C

кип=1107°C

13

Al

26,982

3s2 3p1

1,61

Серебристо-белый металл

пл=660°C

кип=2467°C

14

Si

28,086

3s2 3p2

1,9

Коричневый порошок / минерал

пл=1410°C

кип=2355°C

15

P

30,974

3s2 3p3

2,2

Белый минерал / красный порошок

пл=44°C

кип=280°C

16

S

32,065

3s2 3p4

2,58

Светло-желтый порошок

пл=113°C

кип=445°C

17

Cl

35,453

3s2 3p5

3,16

Желтовато-зеленый газ

пл=-101°C

кип=-35°C

18

Ar

39,948

3s2 3p6

Бесцветный газ

пл=-189°C

кип=-186°C

19

K

39,098

4s1

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

пл=64°C

кип=774°C

20

Ca

40,078

4s2

1,0

Серебристо-белый металл

пл=839°C

кип=1487°C

21

Sc

44,956

3d1 4s2

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

пл=1539°C

кип=2832°C

22

Ti

47,867

3d2 4s2

1,54

Серебристо-белый металл

пл=1660°C

кип=3260°C

23

V

50,942

3d3 4s2

1,63

Серебристо-белый металл

пл=1890°C

кип=3380°C

24

Cr

51,996

3d5 4s1

1,66

Голубовато-белый металл

пл=1857°C

кип=2482°C

25

Mn

54,938

3d5 4s2

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

пл=1244°C

кип=2097°C

26

Fe

55,845

3d6 4s2

1,83

Серебристо-белый металл

пл=1535°C

кип=2750°C

27

Co

58,933

3d7 4s2

1,88

Серебристо-белый металл

пл=1495°C

кип=2870°C

28

Ni

58,693

3d8 4s2

1,91

Серебристо-белый металл

пл=1453°C

кип=2732°C

29

Cu

63,546

3d10 4s1

1,9

Золотисто-розовый металл

пл=1084°C

кип=2595°C

30

Zn

65,409

3d10 4s2

1,65

Голубовато-белый металл

пл=420°C

кип=907°C

31

Ga

69,723

4s2 4p1

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

пл=30°C

кип=2403°C

32

Ge

72,64

4s2 4p2

2,0

Светло-серый полуметалл

пл=937°C

кип=2830°C

33

As

74,922

4s2 4p3

2,18

Зеленоватый полуметалл

субл=613°C

(сублимация)

34

Se

78,96

4s2 4p4

2,55

Хрупкий черный минерал

пл=217°C

кип=685°C

35

Br

79,904

4s2 4p5

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

пл=-7°C

кип=59°C

36

Kr

83,798

4s2 4p6

3,0

Бесцветный газ

пл=-157°C

кип=-152°C

37

Rb

85,468

5s1

0,82

Серебристо-белый металл

пл=39°C

кип=688°C

38

Sr

87,62

5s2

0,95

Серебристо-белый металл

пл=769°C

кип=1384°C

39

Y

88,906

4d1 5s2

1,22

Серебристо-белый металл

пл=1523°C

кип=3337°C

40

Zr

91,224

4d2 5s2

1,33

Серебристо-белый металл

пл=1852°C

кип=4377°C

41

Nb

92,906

4d4 5s1

1,6

Блестящий серебристый металл

пл=2468°C

кип=4927°C

42

Mo

95,94

4d5 5s1

2,16

Блестящий серебристый металл

пл=2617°C

кип=5560°C

43

Tc

98,906

4d6 5s1

1,9

Синтетический радиоактивный металл

пл=2172°C

кип=5030°C

44

Ru

101,07

4d7 5s1

2,2

Серебристо-белый металл

пл=2310°C

кип=3900°C

45

Rh

102,91

4d8 5s1

2,28

Серебристо-белый металл

пл=1966°C

кип=3727°C

46

Pd

106,42

4d10

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1552°C

кип=3140°C

47

Ag

107,87

4d10 5s1

1,93

Серебристо-белый металл

пл=962°C

кип=2212°C

48

Cd

112,41

4d10 5s2

1,69

Серебристо-серый металл

пл=321°C

кип=765°C

49

In

114,82

5s2 5p1

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

пл=156°C

кип=2080°C

50

Sn

118,71

5s2 5p2

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

пл=232°C

кип=2270°C

51

Sb

121,76

5s2 5p3

2,05

Серебристо-белый полуметалл

пл=631°C

кип=1750°C

52

Te

127,60

5s2 5p4

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

пл=450°C

кип=990°C

53

I

126,90

5s2 5p5

2,66

Черно-серые кристаллы

пл=114°C

кип=184°C

54

Xe

131,29

5s2 5p6

2,6

Бесцветный газ

пл=-112°C

кип=-107°C

55

Cs

132,91

6s1

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

пл=28°C

кип=690°C

56

Ba

137,33

6s2

0,89

Серебристо-белый металл

пл=725°C

кип=1640°C

57

La

138,91

5d1 6s2

1,1

Серебристый металл

пл=920°C

кип=3454°C

58

Ce

140,12

f-элемент

Серебристый металл

пл=798°C

кип=3257°C

59

Pr

140,91

f-элемент

Серебристый металл

пл=931°C

кип=3212°C

60

Nd

144,24

f-элемент

Серебристый металл

пл=1010°C

кип=3127°C

61

Pm

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

пл=1080°C

кип=2730°C

62

Sm

150,36

f-элемент

Серебристый металл

пл=1072°C

кип=1778°C

63

Eu

151,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=822°C

кип=1597°C

64

Gd

157,25

f-элемент

Серебристый металл

пл=1311°C

кип=3233°C

65

Tb

158,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1360°C

кип=3041°C

66

Dy

162,50

f-элемент

Серебристый металл

пл=1409°C

кип=2335°C

67

Ho

164,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1470°C

кип=2720°C

68

Er

167,26

f-элемент

Серебристый металл

пл=1522°C

кип=2510°C

69

Tm

168,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1545°C

кип=1727°C

70

Yb

173,04

f-элемент

Серебристый металл

пл=824°C

кип=1193°C

71

Lu

174,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=1656°C

кип=3315°C

72

Hf

178,49

5d2 6s2

Серебристый металл

пл=2150°C

кип=5400°C

73

Ta

180,95

5d3 6s2

Серый металл

пл=2996°C

кип=5425°C

74

W

183,84

5d4 6s2

2,36

Серый металл

пл=3407°C

кип=5927°C

75

Re

186,21

5d5 6s2

Серебристо-белый металл

пл=3180°C

кип=5873°C

76

Os

190,23

5d6 6s2

Серебристый металл с голубоватым оттенком

пл=3045°C

кип=5027°C

77

Ir

192,22

5d7 6s2

Серебристый металл

пл=2410°C

кип=4130°C

78

Pt

195,08

5d9 6s1

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1772°C

кип=3827°C

79

Au

196,97

5d10 6s1

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

пл=1064°C

кип=2940°C

80

Hg

200,59

5d10 6s2

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

пл=-39°C

кип=357°C

81

Tl

204,38

6s2 6p1

Серебристый металл

пл=304°C

кип=1457°C

82

Pb

207,2

6s2 6p2

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

пл=328°C

кип=1740°C

83

Bi

208,98

6s2 6p3

Блестящий серебристый металл

пл=271°C

кип=1560°C

84

Po

208,98

6s2 6p4

Мягкий серебристо-белый металл

пл=254°C

кип=962°C

85

At

209,98

6s2 6p5

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=302°C

кип=337°C

86

Rn

222,02

6s2 6p6

2,2

Радиоактивный газ

пл=-71°C

кип=-62°C

87

Fr

223,02

7s1

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=27°C

кип=677°C

88

Ra

226,03

7s2

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=700°C

кип=1140°C

89

Ac

227,03

6d1 7s2

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=1047°C

кип=3197°C

90

Th

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

пл=1132°C

кип=3818°C

93

Np

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

267

6d2 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

268

6d3 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

269

6d4 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

270

6d5 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

277

6d6 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

278

6d7 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

281

6d9 7s1

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Метан: способы получения и свойства

Метан CH4 – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

 

 

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН2– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH4, или Н–СH2–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН2– в углеводородную цепь алкана.

Название алкана Формула алкана
Метан CH4
Этан C2H6
Пропан C3H8
Бутан C4H10
Пентан C5H12
Гексан C6H14
Гептан C7H16
Октан C8H18
Нонан C9H20
Декан C10H22

Общая формула гомологического ряда алканов CnH2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества. 

 

 

 

В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует  четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp3:

 

При образовании связи  С–H происходит перекрывание sp3-гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp3-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109о 28′  друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

 

Например, в молекуле метана CH4 атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах тетраэдра, центром которого является атом углерода

 

 

 

 

Для  метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных. 

 

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

  • разложения,
  • замещения,
  • окисления.

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

 

1. Реакции замещения

Для метана характерны реакции радикального замещение.

 

1.1. Галогенирование

Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

 

 

Химическая активность хлора  выше, чем активность брома, поэтому хлорирование протекает быстро и неизбирательно.

 

Бромирование протекает более медленно.

 

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

 Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

 

1.2. Нитрование метана

Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140оС и под давлением.  Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO2.

 

Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан:

CH4 + HNO3 = CH3NO2 + H2O

2. Реакции разложения метана (дегидрирование, пиролиз)

При медленном и длительном нагревании до 1500оС метан разлагается до простых веществ:

Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен:

Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена.

3. Окисление метана

 

Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

 

3.1. Полное окисление – горение

Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты.

CH4 + 2O2  → CO2 + 2H2O + Q

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

CnH2n+2 + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q

При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода:

CH4 + O2 → C + 2H2O

Эта реакция используется для получения сажи.

 

3.2. Каталитическое окисление

 

  • При каталитическом окислении метана кислородом возможно образование различных продуктов в зависимости от условий проведения процесса и катализатора. Возможно образование метанола, муравьиного альдегида или муравьиной кислоты:

  • Важное значение в промышленности имеет паровая конверсия метана: окисление метана водяным паром при высокой температуре.

Продукт реакции – так называемый  «синтез-газ».

 

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения алканов. При этом происходит удвоение углеродного скелета.  Реакция больше подходит для получения симметричных алканов. Получить таким образом метан нельзя.

2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия

 

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4

Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана.

 

3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

 

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH  R–H + Na2CO3

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe)  соли органической кислоты.

При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия:

 

4. Синтез Фишера-Тропша

 Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

nCO + (3n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан:

CO + 4H2 = CH4 + 2H2O

 

5. Получение метана в промышленности

 

В промышленности метан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа. При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.

 

Как получают водород в промышленности: способы выделения

Водород считается одним из наиболее ценных видов сырья для синтеза аммиака и производства полимеров и нефтехимии. Он используется для получения твердых жиров из масел растительного происхождения. Из-за высокой химической активности вещество в чистом виде практически не встречается в природе. Основные источники для получения водорода в промышленности — метан, содержащийся в природном газе, и вода. Специалисты отмечают также перспективность разделения попутных газов коксового производства, которые на большинстве предприятий сжигаются.

Способы выделения водорода из соединений

Самые распространенные способы получения водорода в промышленности:

  • паровая конверсия метана и его гомологов;
  • газификация кокса;
  • электролитическое разложение воды.

Особенности работы оборудования для получения водорода

Метановый конвертор

Оборудование для получения водорода в промышленности методом паровой конверсии имеет сложную конструкцию и компоновку. В его состав входят парогенератор, компрессорная станция, подогревающая установка, конверторы метана и угарного газа. Система подключена к подающей магистрали и потребителям. Извлечение водорода происходит при температуре до 1000° C под избыточным давлением и в присутствии катализатора. Перед этим сырье подогревается, очищается от серосодержащих примесей и перемешивается с водяным паром.

Восстановление водорода происходит в два этапа.

  • После первой ступени конверсии продукт содержит до 10% метана, для разложения которого в смесь вводят атмосферный воздух.
  • В конце процесса водород очищают от кислорода и оксидов углерода, а избыточное тепло направляют в котел-утилизатор для производства водяного пара.

Процесс полностью замкнут и энергетически независим, но требует применения сложных схем контроля. Несмотря на недостатки, большую часть водорода в промышленности получают как раз этим способом.

Установка газификации кокса

Технология заключается в пропускании перегретого водяного пара через слой кокса, каменного или бурого углей при температуре свыше 1000° C без доступа кислорода.Полученная смесь водорода и окиси углерода обрабатывается водяным паром. Один из наиболее перспективных способов применения продуктов газификации угля — сжигание на тепловых электростанциях, поскольку современные установки отчаются высокой производительностью, сравнительно низкой себестоимостью конечного продукта и способны работать в непрерывном режиме.

Электролизеры

При помощи электролитических установок водород получают как в промышленности, так и для коммерческого использования. На рынке присутствует оборудование разной производительности, а сырьем служит обычная вода. Установка представляет собой сосуд с раствором щелочи или средней соли, в который погружены два электрода. При пропускании постоянного тока на катоде выделяется водород. Вторичный продукт реакции — кислород — также используется для решения технологических задач. Доочистка позволяет получить на выходе технически и химически чистый водород. Электролизер с вспомогательным оборудованием для водоподготовки и осушения размещается на небольшой площади. Многие производители предлагают мобильные моноблочные и контейнерные установки.

Среди всех способов получения водорода в промышленности электролитический считается наиболее экологичным. Единственный его условный недостаток — зависимость от качества сети питания.


Нанотрубки позволили производить метан из воды и углекислого газа: Наука и техника: Lenta.ru

Американским ученым из Пенсильванского университета удалось создать новую технологию производства метана, которая использует нанотрубки из диоксида титана (TiO2), легированные азотом. Об этом сообщает информационное агентство Nature News. Работа исследователей опубликована в журнале Nano Letters.

Для получения метана ученые поместили углекислый газ и пары воды в металлические контейнеры, закрытые с одного конца прозрачной крышкой из кварца, с внутренней стороны которой располагался слой из нанотрубок. Контейнеры пролежали на улице с июля по сентябрь 2008 года, подвергаясь ежедневному воздействию солнечных лучей.

По словам ученых, производство метана происходило непосредственно внутри нанотрубок. Под воздействием солнечного света в них возникали свободные переносчики электрического заряда, разделявшие молекулы воды на гидроксильные радикалы и ионы водорода, которые объединялись в атомы водорода.

Дальнейший ход реакции пока не очень ясен. Ученые полагают, что под действием тех же переносчиков заряда углекислый газ внутри нанотрубок распадается на кислород и угарный газ (CO), который реагирует с водородом с образованием воды и метана.

Измерения показали, что производительность новой системы составляет примерно 160 микролитров метана на один грамм нанотрубок за час. По словам исследователей, этот результат почти в 20 раз превосходит лучшие из полученных ранее результатов.

Секрет производительности заключается в особой технологии производства нанотрубок. К полым трубкам из диоксида титана, легированным азотом (это означает, что во время производства нанотрубок к диоксиду было добавлено небольшое количество азота), добавляются наночастицы платины и меди, которые формируют на их поверхности своего рода «островки». Раньше ученым уже было известно, что TiO2 способен катализировать производство метана под действием ультрафиолетового излучения, однако благодаря добавлению азота, а также наночастиц платины и меди ученым удалось добиться катализа реакции при обычном освещении.

По словам исследователей, новая технология в будущем может быть использована для промышленного производства метана.

Контроль и предупреждение скопления метана в жилых и подсобных помещениях

Контроль и предупреждение скопления метана в жилых и подсобных помещениях

Многие природные газы являются источниками опасности для человека. Один из наиболее опасных — метан — легкий газ без цвета и запаха, малорастворим в воде и легче воздуха, может называться болотным газом, так как составляет главную часть горючих газов, пузырьками поднимающихся из болот, где метан образуется при гниении растительных остатков (целлюлозы) без доступа воздуха.

Другое его название — рудничный газ, так как он образуется при медленном разложении каменного угля под землей и может выделяться в большом количестве в рудниках. Большие объемы метана содержатся в растворенном состоянии в местах залегания нефти и иногда проникают на поверхность земли.

Из недр земли метан может проникать в жилые и подсобные помещения и накапливаться при отсутствии движения воздуха. Чаще всего метан скапливается в подвалах, канализационных колодцах и погребах. Обнаружить его можно только специальными приборами в верхней части помещения, хотя при больших концентрациях он вытесняет кислород из воздуха, и при утечке у людей появляется отдышка.

Смесь метана с воздухом может воспламеняться или взрываться. При использовании в быту и промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа».

Для безопасности необходимо знать признаки выделения метана и выполнять основные меры по предупреждению его скопления в жилых и подсобных помещениях.

Признаки выделения метана

Можно заметить следы выхода метана на поверхность земли — это полосы окисленной почвы, где она становится слитной, меняет цвет на серый, а растительность погибает. Зимой в таких местах образуются проталины.

Метан может быть причиной:

— регулярных головных болей у людей после сна в слабопроветриваемых комнатах;

— необычно беспокойного поведения домашних животных, содержащихся в слабопроветриваемых помещениях.

Заметив данные признаки необходимо немедленно сообщить в горгаз по телефону «04» или единую дежурно-диспетчерскую службу города по телефону «112».

Меры безопасности

Наиболее простой и надежный способ предупреждения скопления метана — это хорошее проветривание жилых и подсобных помещений. С этой целью в каждом подвале, погребе, гараже рекомендуется провести две отдушины (трубы) в верхней части помещения: приточную (короткую) и вытяжную (высокую).

Перед выполнением каких-либо работ в водопроводных и канализационных колодцах, септиках и погребах, находящихся в личной собственности, также необходимо проветривание сооружений и помещений.

Необходимо

— перед спуском в колодец, камеру проверить их на загазованность воздушной среды с помощью газоанализатора;

— в процессе работы в колодце, камере постоянно проверять воздушную среду на загазованность с помощью газоанализатора;

— при обнаружении газа в колодце, камере необходимо принять меры по его удалению путем естественного или принудительного вентилирования.

Запрещается

— спускаться в колодец, камеру без проверки на загазованность;

— спускаться в колодец, камеру без предохранительного пояса со страховочным канатом и без газоанализатора;

— удаление газа путем выжигания.

Помните

Загазованность колодцев, камер, коллекторов ядовитыми и взрывоопасными газами может привести к взрыву, отравлению или ожогам.

При отравлении метаном

Следует вынести пострадавшего из зоны заражения, обеспечить теплом и предоставить покой. При остановке дыхания сделать искусственную вентиляцию легких методом «рот в рот» через марлевую повязку или платок, смоченные водой, на выдохе пострадавшему поворачивать голову в сторону.

Метан в питьевой воде, не связанный с гидроразрывом пласта, предполагает исследование | Наука

Фрекинг, по-видимому, не позволяет метану серьезно загрязнять питьевую воду в Пенсильвании, как показывает новое исследование, в отличие от некоторых более ранних широко разрекламированных исследований, которые предполагали более сильную связь. Но ведущие авторы двух групп исследований спорят о достоверности новых результатов.

Новое исследование 11 309 колодцев с питьевой водой на северо-востоке Пенсильвании пришло к выводу, что фоновые уровни метана в воде не связаны с расположением сотен нефтяных и газовых скважин, в которых используются гидроразрывы горных пород.Полученные данные свидетельствуют о том, что операции гидроразрыва пласта не вносят существенного вклада в утечку метана из глубоких горных пород, где добываются нефть и газ, в более мелкие водоносные горизонты, откуда забирается колодезная вода.

Этот результат также ставит под сомнение известные исследования 2011 и 2013 годов, которые обнаружили корреляцию в соседней части Пенсильвании. Там скважины, расположенные ближе к местам гидроразрыва пласта, имели более высокие уровни содержания метана. Эти исследования, однако, были основаны только на 60 и 141 отечественных образцах скважин соответственно.

«Я бы сказал, что [более] 10 000 точек данных действительно рассказывают лучшую историю», — говорит гидрогеолог Дональд Сигел из Сиракузского университета в Нью-Йорке, чья команда опубликовала новое исследование в Интернете в этом месяце в Экологическая наука и технология . Chesapeake Energy Corp., владеющая крупными нефтяными и газовыми долями в Пенсильвании, предоставила исследователям крупнейшую в своем роде базу данных, а также профинансировала работу.

Фрекинг

основан на закачке воды, песка и других химикатов под высоким давлением для создания микротрещин в горных породах, что облегчает извлечение нефти и газа.Этот термин также используется в более широком смысле для описания множества нетрадиционных методов добычи, таких как горизонтальное бурение, которые помогли Соединенным Штатам стать ведущим производителем сырой нефти в мире. Формация Marcellus Shale, богатый органическими веществами аргиллит, протянувшийся от Западной Вирджинии до Нью-Йорка, была одной из первых, где применялся фрекинг. Но этот процесс сопровождался опасениями по поводу его воздействия на окружающую среду, а также его воздействия на климат, потому что любая утечка метана действует как мощный парниковый газ.

Некоторые из этих опасений возникли после исследований колодезной воды 2011 и 2013 годов, которые были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ). Эти две статьи, казалось, показали, что фрекинг приводил к увеличению концентрации метана в питьевой воде. Растворенный метан не токсичен, а питьевая вода часто содержит значительные фоновые уровни газа из природных источников. Но это было слабым утешением для жителей Даймока, штат Пенсильвания, которых в документальном фильме Gasland показали воспламеняющими горючий газ, выходящий вместе с водой из их домашних кранов.В исследовании Департамента здравоохранения штата Нью-Йорк, проведенном в декабре 2014 года, в обзоре воздействия гидроразрыва пласта было процитировано исследование PNAS 2011 года, в котором было обнаружено, что существуют потенциальные опасности для качества воды. Затем губернатор Эндрю Куомо запретил фрекинг в штате.

Но Сигел говорит, что все эти опасения преувеличены. Его исследование обнаружило естественный фон метана в колодезной воде, но не обнаружило тенденции, связанной с близостью 661 нефтяной и газовой скважины. «Мы нашли много метана — и в этом весь смысл», — говорит он, имея в виду природные источники газа.

Сигел не отрицает, что были проблемы с несколькими скважинами с плохо спроектированными стальными обсадными трубами или треснувшими и деградировавшими цементными стенками, предназначенными для предотвращения утечек из стволов скважин. Такие дефектные стенки скважины могут служить каналом для перемещения метана из сланцевой формации, находящейся более чем в километре под землей, к водяным скважинам, находящимся примерно в сотне метров от поверхности. Но он говорит, что его исследование показывает, что это чрезвычайно редкая проблема. «Мы не видели никаких доказательств [миграции метана], кроме случайных локальных проблем», — говорит он.«Я думаю, что наша газета, на мой взгляд, в значительной степени закрепляет сделку».

Сигел считает, что исследования PNAS , проведенные Робертом Джексоном, гидрогеологом из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, нарисовали более тревожную картину, потому что их небольшая выборка была смещена в сторону мест с известными проблемами с обсадной колонной. «Я всегда считал, что групповые исследования Джексона были очень ошибочными, — говорит Сигел.

Джексон, однако, оспаривает эту характеристику и утверждает, что больший размер выборки Сигела не обязательно способствует лучшему исследованию.Он говорит, что неясно, были ли образцы Чесапика измерены в самом колодце или внутри домов, после того, как вода, возможно, успела выпустить пары метана, или после того, как она прошла через системы очистки. Он также указывает, что пробы воды были собраны с использованием метода «перевернутой бутылки», метода, которого избегают многие академические лаборатории, поскольку он может привести к более низким измеренным значениям метана в образцах с самым высоким уровнем газа, потому что он позволяет метану просачиваться из раствора.«Они представили целую серию методов, которые вносили шум в набор данных», — говорит Джексон. Он добавляет, что во время поездки в штаб-квартиру Chesapeake в Оклахоме в 2011 году он предложил сотрудничать с компанией, используя большой набор данных, но получил отказ.

Берт Смит, соавтор нового исследования и бывший сотрудник Chesapeake, который сейчас работает консультантом, говорит, что сначала он обратился в Геологическую службу США с набором данных компании, но агентство отказалось. Затем он попросил Сигела сотрудничать в исследовании.

Несмотря на все свои разногласия, ученые по обе стороны дискуссии о гидроразрыве пласта согласны с тем, что маловероятно, что микротрещиноватость самой горной породы способствует вертикальной миграции газов. Они говорят, что проблема заключается в меньшинстве плохо обсаженных или зацементированных скважин — они просто не согласны с тем, как часто это происходит. Сигел цитирует исследование 2014 года, которое показало, что только 0,24% из тысяч скважин на северо-востоке Пенсильвании когда-либо получали уведомления о нарушениях, связанных с миграцией метана в грунтовые воды.Но Энтони Инграффеа, инженер-строитель из Корнельского университета, который встревожен рисками фрекинга, говорит, что эти уведомления о нарушениях — лишь верхушка айсберга. Он указывает на проведенное им исследование, опубликованное в PNAS в 2014 году, которое показало, что 9% нетрадиционных скважин, пробуренных на северо-востоке Пенсильвании с 2009 года, уже имеют проблемы с структурной целостностью. По его словам, эта проблема будет расти по мере старения скважин и бурения десятков тысяч новых скважин. «Мы только в начале», — говорит Инграффеа.

Сигел говорит, что планирует опубликовать еще три исследования с использованием данных Чесапика. В одном из них будут рассмотрены связи между фоновым метаном и гидрогеологическими условиями, а в другом будут рассмотрены другие химические компоненты грунтовых вод. В третьем будет сосредоточено внимание на том, как уровни метана изменяются с течением времени в 12 домах, в которых водные колодцы были оснащены приборами и контролировались круглосуточно в течение 1-2 лет.

Терри Энгельдер, геолог из Пенсильванского государственного университета, Юниверсити-Парк, который одним из первых осознал экономический потенциал формации Marcellus Shale, говорит, что большие наборы данных, подобные тому, с которым работает Сигел, являются, по крайней мере, одним из преимуществ весь спор о фрекинге.«Мы узнали о химическом составе подземных вод на северо-востоке Пенсильвании больше, чем в любом другом месте в мире», — говорит он. «Интенсивность отбора проб не только метана, но и других химических веществ будет чрезвычайно ценной».

Метановая угроза питьевой воде

Разрыв породы для извлечения природного газа повышает уровень метана в близлежащих колодцах.

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Исследование метана в питьевой воде вблизи месторождений сланцевого газа предоставит протестующим боеприпасы. Предоставлено: Ричард Б. Левин/Newscom

.

Спорный метод извлечения природного газа из сланцевых пород значительно повышает концентрацию метана в питьевой воде, взятой из близлежащих колодцев, говорится в последнем исследовании американских ученых-экологов.Выводы появились как раз в тот момент, когда истекает срок действия моратория на практику в одном из штатов США, и, вероятно, они вызовут общественные дебаты.

Закачка больших количеств воды и других жидкостей для разрушения глубоких горных пород с целью высвобождения содержащегося в них метана — практика, называемая гидравлическим разрывом пласта или фрекингом, — стала экономически выгодной только в последнее десятилетие или около того. За это короткое время он завоевал популярность среди производителей природного газа: только в одном округе Пенсильвании количество разрешений на фрекинг увеличилось в 27 раз в период с 2007 по 2009 год.

По данным Управления энергетической информации США, в 2009 году из глубоких сланцевых пластов было добыто 63 миллиарда кубометров газа. К 2010 году этот показатель удвоился, а к 2035 году, по прогнозам, на гидроразрыв будет приходиться около 47% добычи газа в США.

Тем не менее, многие домовладельцы в районах, где гидроразрыв пласта распространен, говорят, что эта практика загрязняет их питьевую воду либо метаном, либо сточными водами, образующимися в процессе. Исследование, опубликованное сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 1 , даст им дополнительное оружие.

Роберт Джексон, биогеохимик из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина, и его коллеги измерили концентрацию метана в 60 колодцах с питьевой водой на северо-востоке Пенсильвании и в близлежащих районах штата Нью-Йорк. Концентрация растворенного метана в воде из 34 скважин, расположенных на расстоянии более 1 км от гидроразрыва пласта, в среднем составляла около 1,1 миллиграмма растворенного метана на литр. Но в воде, взятой из 26 скважин в радиусе 1 км от одной или нескольких операций гидроразрыва пласта, концентрация метана в среднем составляла 19.2 мг л –1 . Изотопный анализ углерода в этом метане показывает, что газ имеет те же характеристики, что и газ, извлекаемый из глубоких подземных пластов с помощью гидроразрыва пласта.

Хотя концентрации метана в питьевой воде не регулируются, говорит Джексон, газ легко выделяется из раствора и представляет опасность удушья и взрыва. Министерство внутренних дел США рекомендует снижать уровень метана в воде, если его концентрация достигает 10–28 мг л –1 .

«Мы не знаем точного механизма того, как газ попадает в скважины», — говорит Джексон.Команда подозревает, что газ просачивается из труб, которые выводят метан на поверхность, или выходит из глубоких слоев трещиноватой породы — либо через трещины, образовавшиеся в процессе фрекинга, либо через заброшенные водяные или газовые скважины.

Это первое исследование, в котором комплексно и объективно рассматривается степень загрязнения воды в результате гидроразрыва пласта, говорит Роберт Ховарт, биогеохимик из Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк. «Данные ясно показывают, что водозаборные скважины в радиусе 1 км от действующих газовых скважин имеют высокую вероятность загрязнения метаном», — отмечает он.Он утверждает, что это загрязнение указывает на необходимость переоценки использования технологии.

В конце прошлого года Дэвид Патерсон, тогдашний губернатор штата Нью-Йорк, ввел временный мораторий на операции гидроразрыва пласта, при которых бурятся скважины горизонтально и закачивается более 300 000 литров жидкости. Как только запрет истечет 30 июня, департамент охраны окружающей среды штата опубликует результаты исследования рисков гидроразрыва пласта для воздуха и качества воды.

В связи с тем, что общественные дебаты в штате Нью-Йорк и в других местах в ближайшие месяцы обострятся, отчет Джексона и его команды «как нельзя кстати», — говорит Уильям Шлезингер, биогеохимик из Института Кэри. Экосистемных исследований в Миллбруке, Нью-Йорк.«Это хорошая работа, и она слишком заметна, чтобы ее не заметить».

Ссылки по теме

Ссылки по теме

Внешние ссылки по теме

Управление энергетической информации США

Проект плана Агентства по охране окружающей среды США по изучению воздействия фрекинга на качество воды

Об этой статье

Процитировать эту статью

Perkins, S.Метановая угроза питьевой воде. Природа (2011). https://doi.org/10.1038/news.2011.278

Скачать цитату

Поделиться этой статьей

Любой, с кем вы поделитесь следующей ссылкой, сможет прочитать этот контент:

Получить ссылку для общего доступа

Извините, ссылка для общего доступа в настоящее время недоступно для этой статьи.

Предоставлено инициативой Springer Nature SharedIt по обмену контентом.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Метан, Газ, Болотный Газ Вода Решения Проблемы

Метан, Газ, Болотный Газ Вода Решения Проблемы

Магазин не будет работать корректно в случае, если куки отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшего взаимодействия с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

Симптомы : Метан и другие газы могут быть горючими (часто говорят, что не курите в душе) и взрывоопасными.

Причины : Метан встречается в природе, особенно в заболоченных районах, где его называют «болотным газом», но домовладельцы в районах, где распространен гидроразрыв, говорят, что метан чаще загрязняет их воду.

Проблемы со здоровьем : Хотя концентрации метана в питьевой воде не регулируются, газ легко выделяется из раствора и представляет опасность удушья и взрыва.

Уровень действия : Хотя концентрация метана в питьевой воде не регулируется, газ легко выделяется из раствора и представляет опасность удушья и взрыва. Министерство внутренних дел США рекомендует снижать уровень метана в воде, если его концентрация достигает 10-28 мг/л.

Дополнительная информация :

Простой качественный тест на метан можно провести, используя пластиковый пакет из-под молока с узким горлышком и коробок спичек.Используйте следующую процедуру:

  1. Заполните галлонный контейнер до нижней части узкого горлышка. Положите руку на горлышко бутылки. Если присутствует метан, он будет собираться в верхней части контейнера.
  2. Поднесите к горлышку бутылки зажженную спичку и быстро уберите руку. Присутствие метана приведет к кратковременной вспышке синего или желтого пламени. Примечание. Важно использовать пластиковый контейнер, а не стеклянный, поскольку он может разбиться.Этот тест следует проводить на открытом воздухе и вдали от легковоспламеняющихся материалов.

Лучший способ удаления метана — это наша система на открытом воздухе, которая также решает многие другие проблемы.

Когда несмешиваемое становится смешиваемым — метан в воде при высоком давлении

Sci Adv. 2017 авг; 3(8): e1700240.

SUPA, Школа физики, Астрономический центр науки об экстремальных условиях, Эдинбургский университет, Эдинбург, EH9 3JZ, Великобритания.

Поступила в редакцию 23 января 2017 г.; Принято 26 июля 2017 г.

Copyright © 2017 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Претензий к оригинальным работам правительства США нет. Распространяется в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC). Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии поскольку в результате используется , а не для коммерческой выгоды и при условии правильного цитирования оригинальной работы.Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

При низких давлениях растворимость газов в жидкостях регулируется законом Генри, который гласит, что насыщенная растворимость газа в жидкости пропорциональна парциальному давлению газа. По мере увеличения давления большинство газов отклоняются от этого идеального поведения сублинейно, выравниваясь при давлениях в диапазоне от 1 до 5 кбар (от 0,1 до 0,5 ГПа) с растворимостью менее 1 молярного процента (мол. %). Это разительно контрастирует с хорошо известным заметным увеличением растворимости простых газов в воде при высокой температуре, связанной с критической точкой (647 К и 212 бар).Растворимость мельчайшего углеводорода, простого газа метана, в воде при различных давлениях и температурах имеет широкое значение, поскольку он является парадигматическим гидрофобом и широко встречается в земной и внеземной геологии. Мы сообщаем об измерениях зависимости растворимости метана в воде от давления до 3,5 ГПа при 100°C, что значительно ниже критической температуры последней. Наши результаты показывают заметное увеличение растворимости между 1 и 2 ГПа, что приводит к состоянию выше 2 ГПа, при котором максимальная растворимость метана в воде превышает 35 мол.%.

ВВЕДЕНИЕ

Метан является одним из простейших газов, и его растворимость в воде хорошо изучена при низких давлениях. При 100 °C его максимальная растворимость при 100 бар (10 МПа) составляет 6 × 10 –3 мольных процента (моль), увеличиваясь до 8 × 10 –3 мольных % при 2 кбар ( 4 ). Такое поведение с начальным линейным ростом с последующей тенденцией к выравниванию ( 4 ) типично для простых газов ( 1 , 2 ).

Свойства раствора метана в воде важны, поскольку метан является модельной системой для изучения гидрофобного взаимодействия ( 5 ).Гидрофобное взаимодействие имеет фундаментальное и широкое значение. Считается, что он играет решающую роль в ключевых биологических процессах, таких как сворачивание белка и формирование клеточной мембраны ( 5 ). Гидрофобные взаимодействия также имеют решающее значение в функционировании моющих средств и других дисперсных систем и, следовательно, лежат в основе большей части науки о мягких веществах ( 5 ). Кроме того, гидрофобные взаимодействия типичны для сил дисперсионного типа, которые во многом лежат в основе поведения молекулярных систем в конденсированном состоянии.Таким образом, точное моделирование таких дисперсионных сил имеет фундаментальное значение.

Смешиваемость воды и метана также имеет непосредственное отношение к программе «зеленой» химии. Здесь одной из целей является замена дорогих, экологически опасных растворителей ( 6 ). Метан является моделью более сложных органических систем и сам по себе является важным химическим сырьем.

Наконец, смеси метан-вода также широко распространены в природе. Гидраты метана находятся на дне океанов, а внешняя Солнечная система (особенно Уран, Нептун и Титан) содержит значительное количество метана и воды ( 7 , 8 ).Знание состава воды и метана в планетарных условиях жизненно важно для моделей недр планет. Например, считается, что магнитные поля Урана и Нептуна создаются конвекцией в их ледяных мантиях ( 9 ). Степень растворимости метана в этом ледяном слое сильно влияет на такие свойства, как плотность и вязкость, которые контролируют конвекцию.

На сегодняшний день единственная информация о растворимости метана при высоком давлении была получена путем моделирования.Исследование молекулярной динамики ab-initio за пределами 15 ГПа и 1800 К обнаружило доказательства смешивания в этих условиях ( 10 ). Однако задействованные температуры были намного выше, чем критическая точка воды (0,02 ГПа и 647 К), где повышенная растворимость в воде является хорошо известным явлением ( 3 ). Более актуальны для субкритической воды Hummer et al . ( 11 ) исследовал поведение метана и воды при давлении до 0,7 ГПа при комнатной температуре, используя метод, основанный на теории информации, и классическую молекулярную динамику.Они обнаружили, что повышение давления снижает силы, способствующие агрегации метана, что указывает на тенденцию к диспергированию метана и, следовательно, к увеличению его растворимости. Существуют также рентгеноструктурные, рамановские и визуальные исследования кривой разложения гидрата метана до 600 К и 5 ГПа ( 12 ). Эти исследования дают мало информации о разложившейся жидкости/флюидах, но сообщают, что гидрат разлагается на две несмешанные жидкости при неопределенном давлении ( 12 ).Наконец, на основе предполагаемого разрыва Н-связей в воде под давлением Чандлер ( 5 ) предсказал повышенную растворимость воды в метане, хотя величина эффекта не была определена количественно; экспериментальные исследования ставят под сомнение это предсказание, поскольку они показывают, что вместо разрыва Н-связей, как предполагалось ( 5 ), давление увеличивает плотность воды таким образом, что сохраняется полная Н-связь, по крайней мере, до 6,5 ГПа ( 13 ).

РЕЗУЛЬТАТЫ

показывает образец с 19 мол. % метана во время цикла нагревания и повышения давления. «Нагруженный образец» при 1,3 ГПа и комнатной температуре является полностью твердым () и находится в форме гидрата метана II и льда VI (обратите внимание на угловатые кристаллы) ( 17 ). При нагревании гидрат метана II разложился на жидкий метан и жидкую воду при температуре около 330 К с образованием смеси двух различных жидкостей (обратите внимание на округлые капли). Первоначально имелось множество мелких капель, но в течение 10–20 мин при 330 К эти капли сливались в более крупные капли (1).Спектроскопия комбинационного рассеяния света ( 18 , 19 ) в области вибронов метана C–H и воды O–H (~3000 см −1 ) показала два флюида с различными спектрами.

( A ) Микрофотография образца 19 мол. % метановой воды при комнатной температуре и при 1,3 ГПа в виде твердого гидрата метана II и льда VI. ( B ) Тот же образец при 1,3 ГПа и 330 К сразу после разложения на жидкости. ( C ) Образец в тех же условиях спустя 0,5 часа.( D ) Образец при 330 К и 2 ГПа, где он однороден. Графики 1 и 2: спектры комбинационного рассеяния света, снятые с позиций, отмеченных незаштрихованными кружками, обозначенными цифрами 1 и 2 соответственно на (C). На графике 1 основной пик на ~2850 см -1 приписывается моде растяжения C-H от метана в богатом метаном флюиде. Небольшой вторичный пик на ~2900 см -1 приписывается растяжке C-H от метана, растворенного в воде (лазерное пятно, приблизительный размер которого указан кружком, не может быть полностью ограничено областью, богатой метаном).На графике 2 снова видны два пика C–H (поскольку невозможно ограничить лазерное пятно богатой водой жидкостью) вместе с широкой чертой на ~3180 см −1 , которая приписывается O–H растяжение из воды. Участки α и β были сняты с лазерным пятном в положениях, показанных незаштрихованными кружками, обозначенными α и β соответственно на (D). Оба графика показывают одиночное растяжение C–H на ~ 2800 см -1 . Спектры комбинационного рассеяния были сняты в 15 различных положениях на (D), и все они показали те же особенности, что и показанные на α и β.

Спектры комбинационного рассеяния света, полученные с помощью освещающего пучка в одной жидкости (график 1), показали очень слабую характеристику C–H на ~2940 см 3190 см −1 ( 21 ), что указывает на то, что этот флюид беден метаном. Спектры, полученные от другого флюида (график 2), показали гораздо более сильный виброн C-H и отсутствие признаков виброна O-H, что позволяет предположить, что этот флюид беден водой. Отметим, что относительная слабость виброна О–Н по сравнению с виброном С–Н означает, что его отсутствие не исключает присутствия некоторого количества воды из этой фазы.Таким образом, оказывается, что при 1,3 ГПа происходит фазовое разделение на сосуществующие флюиды, богатые метаном и водой.

Когда давление было увеличено до 2 ГПа, площадь областей, богатых метаном, заметно уменьшилась в размерах и в конечном итоге исчезла, дав однородное поле зрения (). Спектры комбинационного рассеяния света этой, по-видимому, однородной жидкости показали виброны как O–H, так и C–H (графики α и β). Хотя интенсивности пространственно различались, не удалось найти ни одной области, в которой отсутствовал виброн C–H.Увеличение давления до 2,6 ГПа не дало дальнейших визуальных или спектроскопических изменений.

Для изучения зависимости скачка смесимости под давлением от состава был изучен второй образец с 58 мол. % метана. Это также показало заметное изменение внешнего вида при 2 ГПа (, А и В) с уменьшением площади богатой метаном жидкости. Однако при давлении выше 2 ГПа образец оставался неоднородным (B) с областью, в которой наблюдались моды растяжения как C-H, так и O-H, и второй областью, в которой наблюдались только моды C-H.Опять же, площадь этой богатой метаном области жидкости по сравнению с площадью остальной части отверстия прокладки практически не зависела от давления от 2 ГПа до 3,2 ГПа при 448 К.

Микрофотографии образца, содержащего 55 мол. % метана.

( A ) Образец показан при 330 K и 1,6 ГПа, а ( B ) показан при 330 K и 2,3 ГПа. Как видно, более темные области, богатые метаном, уменьшаются по площади при более высоком давлении, но образец остается недифференцированным.

Эти наблюдения не могут быть связаны с прерывистым изменением относительных сжимаемостей метана и воды, потому что такого изменения нет ( 22 , 23 ).Наши наблюдения также не могут быть объяснены случайной потерей визуального контраста между двумя флюидами при ~1,9 ГПа, поскольку эти два флюида остаются видимыми при всех давлениях в образце с высокой концентрацией (58 мол. %). Гораздо более правдоподобно, что насыщенная растворимость метана в воде, составляющая от 0 до 5 мольных % до 1,3 ГПа, начинает увеличиваться при 1,3 ГПа, так что уменьшение площади богатого метаном флюида связано с растворением метана в богатая водой жидкость при увеличении давления. Исчезновение двух флюидов в образце 19 мол. % метана при 1.9 ГПа означает, что выше этого давления концентрация насыщения превышает 19 мол.%. Отсутствие изменений в образце с 58% метана выше 2,0 ГПа предполагает, что выше этого давления концентрация насыщенного метана не зависит от давления и находится в пределах от 19 до 58%. Это неожиданно высокая растворимость, учитывая, что метан гидрофобен и неполярен.

Предполагая, что мы можем аппроксимировать объемные доли сосуществующих фаз с измеренными долями площадей по микрофотографиям, таким как те, что показаны на рис. концентрация метана в богатой водой жидкости с использованием измеренных плотностей ( 22 , 23 ).Подробности приведены в дополнительном онлайн-материале. Результаты, представленные на графике, устойчивы к широким вариациям оценок, которые мы делаем для различных необходимых величин. Повышение растворимости метана в воде, начиная примерно с 1,5 ГПа, является быстрым и существенным, начиная с значений ниже 5 мольных % (наша методика не позволяет определить растворимость ниже 5 мольных %) при 1,3 ГПа до 41(3) мольных % при 2,0 ГПа. и оставшиеся после этого.

График максимальной растворимости метана в воде при 373 К.

Данные, представленные в виде точек, были получены из различных образцов, как описано в тексте. Пунктирная линия показывает экстраполяцию закона Генри на основе коэффициента, определенного при атмосферном давлении ( 2 ).

ОБСУЖДЕНИЕ

Что вызывает это заметное изменение способа растворения метана водой при давлении около 1,5 ГПа, в настоящее время неясно, но маловероятно, что это изменение связи. Структурные исследования льда и метана не показывают заметных изменений меж- или внутримолекулярных связей в диапазоне от 1 до 2 ГПа ( 24 , 25 ).При этих давлениях происходит сильное изменение координации кислорода в воде. Однако эти исследования не показывают какого-либо нарушения координации Н-связи ( 13 ), как предложил Чендлер ( 5 ) в качестве основы механизма повышенной растворимости под давлением. Таким образом, механизм растворимости под давлением, о котором мы здесь сообщаем, отличается от повышенной растворимости метана, наблюдаемой в сверхкритической воде, которая сопровождается потерей сети Н-связей ( 26 ).

Вместо этого мы предполагаем, что наши наблюдения можно объяснить просто непрерывным уменьшением размера молекулы метана с давлением. Хотя неясно, каков соответствующий размер при высоком давлении, мы знаем, что расстояние углерод-углерод в метановой фазе 1 составляет 4,22 Å при атмосферном давлении, 3,84 Å при 1,6 ГПа и 3,75 Å при 2,9 ГПа, значения, которые дают интерполированная оценка 3,81 Å при 2,0 ГПа ( 27 ). Для сравнения, водородные связи во льду практически не изменяются под давлением.Расстояние связи H при атмосферном давлении во льду Ih (от 2,73 до 2,76 Å) ( 28 ) меньше, чем во льду VII при 2 ГПа (2,93 Å) ( 29 ). Учитывая эти данные и тот факт, что максимальная растворимость метана в воде выше 2 ГПа [41(3) мол. %] близка к составу дигидрата метана (33 мол. %), представляется разумным предположить, что изменение растворимости при 1,5 ГПа () является результатом перехода от сольватации метана в небольших клеточных структурах ниже 1,3 ГПа [как предполагается по аналогии с кристаллогидратами ( 17 , 30 )] к сольватации в каналах ледяной I-подобная сеть Н-связей, как у дигидрата метана (фаза гидрата метана-III) ( 31 ).В этой гипотезе механизм этого изменения представляет собой просто непрерывное сжатие диаметра метана в сочетании с относительным отсутствием сжатия водной сети, так что при давлении около 1,3 ГПа диаметр метана падает ниже критического значения, необходимого для его образования. быть растворен в полностью связанной сети Н-связей ( 32 ). Если рассматривать этот процесс с точки зрения объемной термодинамики, этот процесс представляет собой баланс между затратами свободной энергии на создание полостей в водопроводной сети для размещения метана и выигрышем в свободной энергии от увеличения энтропии растворения и вклада PΔV от образования смешанного газа. фаза, более плотная, чем ее несмешанные компоненты.Поскольку стоимость создания полостей, выигрыш в свободной энергии от энтропии смешения и изменение объема смешения, вероятно, будут либо независимыми от давления, либо слабо зависящими от давления, тогда почти наверняка при некотором давлении увеличение величины члена PΔV сделает чистое изменение свободной энергии отрицательным.

Если это предположение верно, то можно ожидать аналогичного заметного увеличения растворимости в других клатратообразующих газах, таких как азот, кислород и инертные газы ( 30 ), хотя различия в гостевой поляризуемости также могут играть роль.Эта концепция заметных изменений, вызываемых плавно меняющимся дифференциальным сжатием, была предложена в качестве источника значительных изменений, вызванных давлением, наблюдаемых в биологических системах, таких как липидные бислои и белки ( 33 , 34 ). Тот факт, что мы наблюдаем это в простой системе, такой как метан и вода, обеспечивает модельную систему для изучения таких дифференциальных эффектов и подчеркивает необходимость понимания того, как структура воды в биомолекулах изменяется под давлением.

Каким бы ни был механизм, это ступенчатое увеличение растворимости имеет глубокие последствия. Во-первых, это меняет наше базовое понимание того, какое растворенное вещество растворяется в каком растворителе. В частности, наши результаты показывают, что такое свойство, как «гидрофобность», не является абсолютным, но может быть «настроено» (в некоторой степени отключено) путем применения относительно небольших давлений. Во-вторых, вполне вероятно, что если жидкий метан и вода находятся в недрах планетарных тел, то они никогда не разделяются по фазам.

Наконец, наши результаты открывают новые технологические возможности.Они предлагают пути к новым путям химических реакций при высоких давлениях. Зеленая химия требует новых средств функционализации связей C-H в воде ( 6 ). Галогенирование метана и низкотемпературная каталитическая конверсия метана в метанол являются основополагающими и важными реакциями в этой категории. Радикальное увеличение растворимости метана, несомненно, изменит кинетику этих реакций, если не сам механизм. Кроме того, если увеличение растворимости может происходить при более низком давлении, чем 1 ГПа, возможно, путем введения нового компонента в водопроводную сеть, можно будет использовать такую ​​модифицированную воду в качестве нового растворителя для зеленой органической химии.

Наконец, высокая растворимость газа в воде предлагает новый и потенциально очень эффективный способ производства нанопузырьков ( 35 ). Нанопузырьки представляют собой растворы небольших (диаметром от 1 до 100 нм) пузырьков газа в воде. Расположение Н-связей на их поверхности приводит к поверхностному слою заряда, который заставляет пузырьки отталкиваться друг от друга и, следовательно, избегать агломерации. Из-за высокого отношения площади поверхности к объему нанопузырьки могут увеличивать скорость реакций газового раствора ( 35 ).Доказательства образования нанопузырьков из разлагающихся клатратных гидратов уже наблюдались ( 36 ). Быстрая декомпрессия высококонцентрированного раствора, такого как 40% метан/вода, в диапазоне давлений с низкой растворимостью может оказаться эффективным средством для зародышеобразования очень высоких концентраций нанопузырьков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Образцы дистиллированной воды и метана загружали в камеры с алмазными наковальнями типа Меррилла-Бассетта с использованием стальных прокладок ( 14 ). Состав образца контролировался следующим образом.Во-первых, отверстие под прокладку было полностью заполнено водой. За кюветой наблюдали испарение воды и образование пузырька воздуха. Как только пузырек достиг нужного размера, ячейку слегка запечатывали, чтобы предотвратить дальнейшее испарение, и помещали в сосуд, который охлаждали до ~100 К. Метан конденсировался в сосуде, покрывающем ячейку, которую открывали, чтобы метан заполнить пузырь в теперь замороженной воде. После герметизации ячейке давали нагреться до комнатной температуры. Давление отрегулировали до 1 к 1.5 ГПа (определено по флуоресценции рубина) и оставляли для уравновешивания на ночь. Состав образца оценивали по измерениям относительных площадей пузырька и части прокладки, заполненной водой, с помощью микроскопа. Предполагая, что пузырек и область, заполненная водой, имеют одинаковую толщину, мы рассчитали пропорции метана и воды из плотностей метана ( 15 ) и льда при 100 К ( 16 ). Эта процедура описана в онлайн-материале и имеет точность от 3 до 5 мол.%.Для проведения экспериментов ячейку устанавливали на комбинированную систему микрорамановского и прямого наблюдения. Образец освещали белым светом сзади и наблюдали с помощью цифровой камеры. Возбуждающим лазером для КР был диодный лазер с длиной волны 532 нм. Ячейка нагревалась снаружи с помощью резистивного нагревателя, а температура измерялась термопарой, касающейся тыльной стороны алмазов. Перед каждым экспериментом рамановская система калибровалась по линиям излучения неоновой лампы.

Благодарности

Мы хотели бы выразить признательность Э. Грегорянцу, Р. Хоуи и М.-Э. Donnelly за помощь в проведении экспериментов и P. McMillan за полезные обсуждения. Финансирование: Эта работа была поддержана Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC) через Центр докторантуры для C.G.P. и через стипендию Королевского общества Вольфсона и расширенный грант ERC HECATE для GJA. Вклад авторов: J.S.L. задумал эксперимент, руководил работой и написал первый набросок рукописи.ЦГП провел эксперимент и анализ данных и участвовал в подготовке рукописи. В.К.К.П. помогал направлять работу, участвовал в интерпретации данных и существенно переработал рукопись. Г.Дж.А. способствовали пониманию возможного механизма изменения растворимости. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Наличие данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, присутствуют в статье.Необработанные данные будут доступны онлайн через репозиторий данных Эдинбургского университета http://datashare.is.ed.ac.uk/handle/10283/2771.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. P.W. Atkins, P.J. De, Atkins’ Physical Chemistry (Oxford Univ. Press, 2010). [Google Академия]2. Сандер Р., Составление констант закона Генри (версия 4.0) для воды как растворителя. Атмос. хим. физ. 15, 4399–4981 (2015). [Google Академия]3. К. Яманака, Х. Отаки, Термодинамика, растворимость и экологические проблемы , Т.М. Летчер, изд. (Эльзевир, 2007), стр. 51–79. [Google Академия]4. Дуань З., Мао С., Термодинамическая модель для расчета растворимости метана, плотности и состава газовой фазы метаносодержащих водных флюидов от 273 до 523 К и от 1 до 2000 бар. Геохим. Космохим. Акта 70, 3369–3386 (2006). [Google Академия]5. Чендлер Д., Интерфейсы и движущая сила гидрофобной сборки. Природа 437, 640–647 (2005). [PubMed] [Google Scholar]6. Эррериас С.И., Яо С., Ли З., Ли С.Дж., Реакции связей С-Н в воде.хим. преп. 107, 2546–2562 (2007 г.). [PubMed] [Google Scholar]7. Лунин Дж. И., Стивенсон Д. Дж., Клатраты и гидраты аммиака при высоком давлении: Применение к происхождению метана на Титане. Икар 70, 61–77 (1987). [Google Академия]8. Гийо Т., Недра планет-гигантов: Модели и нерешенные вопросы. Анну. Преподобный Планета Земля. науч. 33, 493–530 (2005). [Google Академия]9. Стэнли С., Блоксхэм Дж., Геометрия конвективной области как причина необычных магнитных полей Урана и Нептуна. Природа 42, 151–153 (2004).[PubMed] [Google Scholar] 10. Ли М.-С., Скандоло С., Смеси планетарных льдов в экстремальных условиях. Нац. коммун. 2, 185 (2011). [PubMed] [Google Scholar] 11. Хаммер Г., Гарде С., Гарсия А. Э., Паулайтис М. Э., Пратт Л. Р., Зависимость гидрофобных взаимодействий от давления согласуется с наблюдаемой денатурацией белков под давлением. проц. Натл. акад. науч. США. 95, 1552–1555 (1998). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]12. Безасье Л., Ле Менн Э., Грассе О., Болленджер О., Оанча А., Мезуар М., Тоби Г., Экспериментальное исследование диссоциации гидратов метана до 5 ГПа: последствия для недр Титана. физ. Планета Земля. В. 22, 144–152 (2014). [Google Академия] 13. Стрэссле Т., Саитта А. М., Ле Годек Ю., Хамель Г., Клотц С., Лавдей Дж. С., Нельмес Р. Дж., Структура плотной жидкой воды по рассеянию нейтронов до 6,5 ГПа и 670 К. Физ. Преподобный Летт. 96, 067801 (2006 г.). [PubMed] [Google Scholar] 14. Меррилл Л., Бассет В. А., Миниатюрная ячейка высокого давления с алмазной наковальней для рентгеноструктурных исследований монокристаллов.преподобный наук. Инструм. 45, 290–294 (1974). [Google Академия] 15. Зетцманн У., Вагнер В., Новое уравнение состояния и таблицы термодинамических свойств метана в диапазоне от линии плавления до 625 К при давлениях до 1000 МПа. 20, 1061–1155 (1991). [Google Академия] 16. Огиенко А. Г., Курносов А. В., Манаков А. Ю., Ларионов Е. Г., Анчаров А. И., Шеромов М. А., Нестеров А. Н., Газогидраты аргона и метана, синтезированные при высоких давлениях: состав, тепловое расширение и самосохранение.Дж. Физ. хим. Б 110, 2840–2846 (2006 г.). [PubMed] [Google Scholar] 17. Лавдей Дж. С., Нельмес Р. Дж., Гатри М., Бельмонте С. А., Аллан Д. Р., Клуг Д. Д., Це Дж. С., Ханда Ю. П., Стабильный гидрат метана выше 2 ГПа и источник атмосферного метана Титана. Природа 410, 661–663 (2001). [PubMed] [Google Scholar] 18. Хоуи Р. Т., Гийом К. Л., Шелер Т., Гончаров А. Ф., Грегорянц Э., Смешанная молекулярная и атомарная фаза плотного водорода. физ. Преподобный Летт. 108, 125501 (2012). [PubMed] [Google Scholar] 19.Далладей-Симпсон П., Хоуи Р. Т., Грегорянц Э., Доказательства новой фазы плотного водорода выше 325 гигапаскалей. Природа 529, 63–67 (2016). [PubMed] [Google Scholar] 20. Симидзу Х., Кумазаки Т., Куме Т., Сасаки С., Наблюдения in situ за фазовыми превращениями при высоком давлении в синтетическом гидрате метана. Дж. Физ. хим. Б 106, 30–33 (2002). [Google Академия] 21. Оно Ю., Сасаки С., Куме Т., Симидзу Х., Исследование комбинационного рассеяния света под высоким давлением монокристаллического гидрата метана, окруженного метаном, в ячейке с алмазной наковальней.Дж. Физ. конф. сер. 121, 42014 (2008). [Google Академия] 22. Ли М., Ли Ф., Гао В., Ма С., Хуан Л., Чжоу Ц., Цуй Ц., Изучение бриллюэновского рассеяния жидкого метана при высоких давлениях и высоких температурах. Дж. Хим. физ. 133, 044503 (2010). [PubMed] [Google Scholar] 23. Абрамсон Э. Х., Браун Дж. М., Уравнение состояния воды на основе скоростей звука, измеренных в ячейке с алмазной наковальней. Геохим. Космохим. Акта 68, 1827–1835 (2004 г.). [Google Академия] 24. Нельмес Р. Дж., Лавдей Дж. С., Уилсон Р. М., Бессон Дж.М., Прузан П., Клотц С., Хамель Г., Халл С., Нейтронографическое исследование структуры дейтерированного льда VIII до 10 ГПа. физ. Преподобный Летт. 71, 1192–1195 (1993). [PubMed] [Google Scholar] 25. Мейнард-Кейсли Х. Э., Булл С. Л., Гатри М., Лоа И., МакМахон М. И., Грегорянц Э., Нельмес Р. Дж., Лавдей Дж. С., Искаженная плотноупакованная кристаллическая структура метана A. J. Chem. физ. 133, 064504 (2010). [PubMed] [Google Scholar] 26. Посторино П., Тромп Р. Х., Риччи М.-А., Сопер А. К., Нейлсон Г. В., Межатомная структура воды при сверхкритических температурах.Природа 366, 668–670 (1993). [Google Академия] 27. Хазен Р. М., Мао Х. К., Фингер Л. В., Белл П. М., Структура и сжатие кристаллического метана при высоком давлении и комнатной температуре. заявл. физ. лат. 37, 288–289 (1980). [Google Академия] 28. Ледбеттер А.Дж., Уорд Р.К., Кларк Дж.В., Такер П.А., Мацуо Т., Суга Х., Равновесная низкотемпературная структура льда. Дж. Хим. физ. 82, 424–428 (1985). [Google Академия] 29. Кухс В.Ф., Финни Дж.Л., Веттье К., Блисс Д.В., Структура и упорядочение водорода во льдах VI, VII и VIII методом порошковой нейтронной дифракции.Дж. Хим. физ. 81, 3612–3623 (1984). [Google Академия] 30. Лавдей Дж. С., Нельмес Р. Дж., Газогидраты высокого давления. физ. хим. хим. физ. 10, 937–950 (2008). [PubMed] [Google Scholar] 31. Лавдей Дж. С., Нельмес Р. Дж., Гатри М., Клуг Д. Д., Це Дж. С., Переход от каркасного клатрата к наполненному льду: структура гидрата метана III. физ. Преподобный Летт. 87, 215501 (2001). [PubMed] [Google Scholar] 32. Бьюкенен П., Сопер А. К., Томпсон Х., Вестакотт Р. Э., Крик Дж. Л., Хобсон Г., Кох С. А., Поиск эффектов памяти в гидрате метана: структура воды до гидратообразования и после гидратообразования.Дж. Хим. физ. 123, 164507 (2005 г.). [PubMed] [Google Scholar] 33. Барстоу Б., Андо Н., Ким К.У., Грюнер С.М., Изменение структуры цитрина гидростатическим давлением объясняет сопутствующий спектральный сдвиг. проц. Натл. акад. науч. США. 105, 13362–13366 (2008 г.). [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]34. Итак, П. Т. С., Грунер С., Эррамилли С., Индуцированные давлением топологические фазовые переходы в мембранах. физ. Преподобный Летт. 70, 3455–3458 (1993). [PubMed] [Google Scholar] 35. Альхешибри М., Цянь Дж., Джеханнин М., Крейг В.С.Дж., История нанопузырьков. Ленгмюр 32, 11086–11100 (2016). [PubMed] [Google Scholar] 36. Ян Л., Фаленти А., Чауачи М., Хабертюр Д., Кухс В. Ф., Синхротронная рентгеновская компьютерная микротомография изучает разложение газовых гидратов в осадочной матрице. Геохим. Геофиз. Геосист. 17, 3717–3732 (2016). [Google Scholar]

Тепловые свойства | Биониндзя

Понимание:

• Водородная связь и диполярность объясняют когезионные, адгезивные, термические и растворяющие свойства воды

    
Вода обладает способностью поглощать значительное количество тепла перед изменением состояния. для этого требуется поглощение энергии (тепла)


Следовательно, вода является отличной средой для живых организмов, так как она относительно медленно меняет температуру и, таким образом, поддерживает поддержание постоянных условий (внутренних и внешних)

Понимание:

• Сравнение тепловых свойств воды со свойствами метана

    
Метан (CH 4 ) обеспечивает хорошую основу для сравнения с водой из-за большого сходства между их структурами:

  • Сопоставимый размер и вес (H 2 O = 18 дальтон ; CH 4 = 16 дальтон )
  • Сопоставимые валентные структуры (оба имеют тетраэдрические орбитальные образования, но вода искривлена ​​из-за несвязанных электронных пар)

Сравнение молекул воды и метана

Различия между водой и метаном

Различия в термических свойствах между водой и метаном возникают из-за различий в полярности молекул:

  • Вода полярна и может образовывать межмолекулярные водородные связи (из-за высокой электроотрицательности атома кислорода )
  • Метан неполярен и может образовывать только слабые дисперсионные силы между своими молекулами (углерод имеет более низкую электроотрицательность)


Это означает, что вода поглощает больше тепла перед изменением состояния (каждая водородная связь имеет среднюю энергию 20 кДж /моль)

  • Вода имеет значительно более высокую температуру плавления и кипения
  • Вода имеет более высокую удельную теплоемкость (энергия, необходимая для повышения температуры 1 г вещества на 1ºC)
  • Вода имеет более высокую теплоту парообразования (энергию поглощается на грамм при переходе из жидкости в газ/пар)
  • Вода как более высокая теплота плавления (энергия, необходимая для

Таблица основных термических свойств    (Вода по сравнению с метаном)

Применение:

• Использование воды в качестве охладителя пота

    
Испарение воды в виде пота является основным механизмом, используемым людьми для охлаждения

  • Превращение воды из жидкости в пар (испарение) требует затрат энергии
  • кожу, когда она горячая, поэтому, когда пот испаряется, кожа охлаждается
  • Поскольку вода обладает высокой удельной теплоемкостью, она поглощает много тепловой энергии, прежде чем испарится
  • Таким образом, вода действует как высокоэффективный хладагент, что делает ее основной компонент пота

Информационный бюллетень 2006–3011

Информационный бюллетень 2006–3011
Информационный бюллетень 2006–3011
Январь 2006 г.
В сотрудничестве с Департаментом здравоохранения и людских ресурсов Западной Вирджинии, Бюро общественного здравоохранения, Управлением служб гигиены окружающей среды, Отделом экологической инженерии и Департаментом охраны окружающей среды Западной Вирджинии, Отделом управления водными ресурсами и отходами
.
PDF для отчета составляет 770 КБ.

Введение

Метан был обнаружен в виде растворенного газа в многочисленных пробах подземных вод из скважин в Западной Вирджинии.Метан (Ch5) представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса, который может создавать атмосферу с недостатком кислорода, легковоспламеняющиеся или взрывоопасные среды. Метан может воспламеняться при атмосферных концентрациях от 5 до 15 процентов, а более высокие концентрации метана могут быстро разбавляться до уровня воспламеняемости. Таким образом, накопление газообразного метана в замкнутом пространстве может привести к возникновению взрывоопасной среды, в которой источник воспламенения, такой как электрическая розетка, запальник, спичка или даже скважинный насос, может вызвать сильный взрыв.Помимо очевидных опасностей, связанных со взрывами, вдыхание метана в высоких концентрациях может привести к удушью, а при сжигании метана образуются токсичные газы (Eltschlager и др., 2001).

Потенциальные источники газообразного метана, также называемого природным газом, рудничным газом и болотным газом, включают действующие и заброшенные угольные шахты, неправильно построенные газовые скважины, разлагающиеся органические вещества, свалки и болота. Метан часто образуется и хранится в осадочных породах, связанных с угольными пластами и нефтяными и газовыми месторождениями.Метан угольных пластов является результатом микробного или термического изменения органического вещества во время образования угля. Метан образуется в угольных толщах или часто в углеродистых сланцах, но он может мигрировать в другие геологические единицы, подходящие для хранения, такие как вышележащие проницаемые песчаники (Eltschlager and others, 2001).

Газообразный метан может транспортироваться подземными водами в растворенном или чистом газообразном состоянии. Метан в грунтовых водах не взрывоопасен; но когда вода, содержащая растворенный метан, вступает в контакт с воздухом, метан быстро уходит из подземных вод в атмосферу.Если этот процесс происходит в замкнутом пространстве, то метан может воспламениться; или если ему позволить накапливаться, он может взорваться. Поскольку растворимость метана в воде составляет от 28 до 30 мг/л (миллиграммов на литр), пробы колодезной воды с концентрацией растворенного метана выше 28 мг/л могут выделять потенциально взрывоопасные или воспламеняющиеся количества газа внутри скважины или в ограниченном пространстве. пространства в колодезных домах или сооружениях, содержащих колодцы. Концентрация метана выше 10 мг/л, но ниже 28 мг/л является возможным признаком того, что концентрация метана в грунтовых водах может возрасти до опасного уровня (Eltschlager and others, 2001).

Наличие и распределение метана в подземных водах Западной Вирджинии

С 1997 по 2005 год Геологическая служба США брала пробы подземных вод с использованием стандартных протоколов отбора проб (Котерба и др., 1995) из 170 скважин в Западной Вирджинии на наличие растворенных газов, включая метан. Для каждой скважины отбирали повторные пробы растворенного газа; усредненные концентрации растворенного газа для каждой скважины приведены в White and Mathes (2006), а усредненные концентрации метана описаны здесь.Концентрация метана в подземных водах по 170 скважинам колебалась от не обнаружено до 68,5 мг/л. Метан был обнаружен в 131 из 170 этих скважин и присутствовал в концентрациях более 28 мг/л в 13 из этих скважин. Еще в 13 скважинах концентрация метана находилась в диапазоне от 11,9 до 24,3 мг/л, в 32 скважинах концентрация метана находилась в диапазоне от 1,00 до 10,0 мг/л, а в 73 скважинах обнаруживаемая концентрация метана составляла менее 1,00 мг/л. Метан был обнаружен в скважинах в 43 из 47 отобранных округов, но концентрации метана, превышающие 10 мг/л, были обнаружены в скважинах только в 11 округах, при этом 22 из 26 этих проб из восьми округов расположены на южных угольных месторождениях Западной Вирджинии.Все эти пробы, кроме трех, были взяты к югу от «шарнирной линии» (Arkle, 1969), которая отделяет месторождения угля с низким содержанием серы в южной части Западной Вирджинии от месторождений угля с высоким содержанием серы в северной части Западной Вирджинии. Большинство (23 из 26) проб с содержанием метана более 10 мг/л взято из скважин с водоносными зонами в породах пенсильванского возраста, при этом одна проба из пород пермского возраста, одна проба из пород миссисипского возраста и одна проба из пород миссисипского возраста. из пород девонского возраста. Пробы с содержанием метана более 10 мг/л ни в четвертичных аллювиях, ни в породах старше девонского возраста не обнаружены (табл. 1).Концентрации метана, превышающие 10 мг/л, были обнаружены в колодцах, расположенных в долинах и на склонах холмов, но не в колодцах, расположенных на вершинах холмов.


Таблица 1. Распределение метана по геологическому возрасту.

Геологический возраст водоносных пород Количество проб с указанными концентрациями метана (в миллиграммах на литр)
>28 10.1–28 1,00–10,0 <1,00 1 Не обнаружена
Четвертичный аллювий 0 0 0 9 2
Пермь 0 1 1 4 3
Пенсильвания 11 12 26 35 13
Миссисипи 1 0 1 15 6
Девон 1 0 3 9 8
Силур Нет проб из скважин
Ордовик 0 0 0 0 7
кембрий 0 0 1 1 0
Всего образцов 13 13 32 73 39

1 Все обнаружения метана с концентрацией менее 1.00 миллиграмм на литр.

Уровни действий

Министерство внутренних дел США, Управление открытых горных работ (Eltschlager and others, 2001), рекомендует владельцам скважин с концентрацией растворенного метана более 28 мг/л немедленно обращаться в местный отдел здравоохранения округа для получения помощи и рекомендаций по вентилированию устья скважины. и для других возможных альтернатив восстановления. Метан не будет накапливаться в стволе скважины, если скважина правильно вентилируется.Владельцы скважин с концентрацией метана более 10 мг/л, но менее 28 мг/л также могут обратиться за дополнительной помощью в местный отдел здравоохранения округа и рассмотреть возможность удаления источников воспламенения из непосредственной близости. Концентрации метана менее 10 мг/л не требуют никаких действий, кроме периодического мониторинга, чтобы увидеть, изменяются ли концентрации метана. Бюро общественного здравоохранения Западной Вирджинии советует владельцам частных колодцев, которым требуется дополнительная информация о метане, обращаться в местный отдел здравоохранения округа.Бюро общественного здравоохранения Западной Вирджинии рекомендует системам общественного водоснабжения в Западной Вирджинии обращаться в одно из следующих районных отделений Департамента здравоохранения и людских ресурсов Западной Вирджинии, BPH-EED:

.

Бекли (304) 256-6666

Кирнисвилл (304) 725-9453

Филиппы (304) 457-2296

Сент-Олбанс (304) 722-0611

Уилинг (304) 238-1145

или в центральный офис Charleston BPH-EED по телефону (304) 558-2981.

Ссылки Процитировано

Аркл, Томас-младший, 1969, Конфигурация пенсильванских и дункардских (пермских?) пластов в Западной Вирджинии; вызов классическим концепциям, в Дональдсон, А.С., изд., Некоторые угли и карбонаты Аппалачей — Модели мелководных отложений, Полевая поездка Геологического общества Америки перед съездом, ноябрь 1969 г.: Геолого-экономическая служба Западной Вирджинии, с. 55–88.

Эльтшлагер, К.К., Хокинс, Дж.В., Элер, В.К., и Бальдассаре, Фред, 2001 г., Технические меры по исследованию и снижению опасностей неорганизованного метана в районах добычи угля: Управление мелиорации и правоприменения открытых горных работ, 125 стр.

Котерба, М.Т., Уайлд, Ф.Д., и Лэпэм, В.В., 1995 г., Протоколы и процедуры сбора данных о подземных водах для Национальной программы оценки качества воды – Сбор и документирование проб воды и соответствующих данных: Открытая геологическая служба США. Файловый отчет 95–399, 133 стр.

Уайт, Дж. С., и Матес, М. В., 2006 г., Концентрации растворенных газов в грунтовых водах в Западной Вирджинии: Серия данных геологической службы США, 156, 8 стр., доступно в Интернете по адресу https://pubs.water.usgs.gov/ds156/

— М.В. Матес и Дж.С. Белый

Для получения дополнительной информации

Для получения информации о продуктах и ​​услугах Геологической службы США позвоните по телефону 1-888-ASK-USGS или посетите спросите.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.