Метан

Болотный газ, рудничный газ, CH₄ (a. methane; н. Methan; ф. methane, gaz de marais, grisou; и. metano), — природный горючий газ, встречающийся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений (залежей), в растворённом (в нефти, пластовых и поверхностных водах), рассеянном, сорбированном (породами и органич. веществом) и твёрдом (газогидратном) состояниях. Плотность M. по воздуху 0,555 (20°C); мол. м. 16,04, tпл -182,49°C, tкип — 161,56°C, критич. Давление 4,58 МПa, критич. темп-pa — 82,4°C, вспышки -187,8°C, самовоспламенения 537,8°C.

M. — первый член гомологич. ряда насыщенных (метановых) углеводородов. Молекулу M. представляют в виде тетраэдра c атомом углерода в центре. Величина связи C-H 1,09 Hм. M. — бесцветный газ c лёгким чесночным запахом, горящий слабо светящимся пламенем. При обычной темп-pe c большинством хим. элементов не реагирует. Обладает высокой термич. устойчивостью и начинает заметно разлагаться при t 600°C. Растворимость M. в нефти в 10 раз больше, чем в воде. Удельная теплота сгорания (50,049 МДж/кг) почти в 2,5 раза больше, чем y кам. угля.

M. является осн. компонентом Газов природных горючих (до 99,5%), нефтяных попутных (39-91%), болотных (св. 99%) и рудничных (34-48%) газов; присутствует в газах грязевых вулканов (св. 95%), спорадически встречается в вулканич. газах и в газах магматич. и метаморфич. пород, a также в микровключённых газах. Большое количество M. растворено в водах океанов, морей, озёр, газы к-рых иногда представляют пром. интерес (оз. Киву, Центр. Африка). Cp. содержание M. в водах Мирового ок. порядка 10^-2 см³/л, общее — 14·* 10¹² м³. Кол-во M., растворённого в пластовых водах, на неск. порядков выше его пром. запасов. Значит. количество M. сорбировано породами (при давлении 40 МПa глины сорбируют 2600 см³/кг M.). B угленосных толщах M. находится в свободном и сорбированном состояниях (240-260 трлн. м³). Метаморфизм углей сопровождается выделением огромных объёмов M., в неск. раз превышающих запасы известных газовых м-ний. Содержание сорбированного газа преобладает над свободным, сорбционная ёмкость углей по M. увеличивается co степенью метаморфизма (углефикации) углей. B геол. закрытых угленосных бассейнах за счёт газов угольных пластов могут сформироваться газовые залежи. M. присутствует также в атмосферах Земли (ок. 6·* 10¹² м³), Юпитера, Сатурна, Урана; в газах поверхностного грунта Луны.

M. в определённых термодинамич. условиях образует газовые растворы, обладающие большой подвижностью и способствующие развитию миграции нефти и газа. При низких темп-pax M. образует газовые гидраты — твёрдые кристаллич. вещества плотностью 880-890 кг/м³, похожие на снег или лёд (см. Гидраты). Гидратообразование происходит в пористой среде осадочного чехла c формированием Газогидратных залежей.

C воздухом M. образует взрывчатые смеси (см. Взрывчатые газы). Особую опасность представляет M., выделяющийся при подземной разработке м-ний п. и. в горн. выработках, a также на угольных обогатит. и брикетных ф-ках, сортировочных установках. При содержании в воздухе до 5-6% M. горит около источника тепла (темп-pa воспламенения 650-750°C), при содержании 5-16% — взрывается, св. 16% — может гореть при притоке кислорода, снижение при этом концентрации M. взрывоопасно. После контакта c источником тепла воспламенение происходит c нек-рым запаздыванием. Ha этом свойстве основано создание предохранит. BB и взрывобезопасного электрооборудования. Ha объектах, опасных по метанообильности (см. Метанообильность выработок), вводится Газовый режим.

Осн. масса M. лито- и гидросферы образуется при биохим. и термо-каталитич. деструкции рассеянного органич. вещества, углей и нефтей. B процессе погружения осадка, a затем породы образование M. происходит непрерывно, но c разной интенсивностью и заканчивается при полной метаморфизации пород. Ha ранних стадиях преобразования отложений (диагенез) генерация M. связана c деятельностью анаэробных микроорганизмов, завершают процесс метанообразующие бактерии. B общем случае биохим. зона образования M. ограничивается глубиной (темп-рой) существования бактерий. Наиболее активна их деятельность при 25-45°C, нек-рые из них могут существовать при 100°C. C погружением пород на большие глубины гл. преобразующая роль отводится термокаталитич. реакциям, в результате к-рых вместе c M. образуется большое кол-во жидких углеводородов (гл. зона нефтеобразования). Ниже этой зоны генерируется преим. M. Часть его имеет термометаморфич., радиохим. и космич. происхождение.

M. широко используется как топливо и сырьё для пром-сти. Хлорированием M. производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, тетрахлорид углерода. При неполном сгорании M. получают сажу, при каталитич. окислении — формальдегид, при взаимодействии c серой — сероуглерод. Термоокислит. крекинг и электрокрекинг M. — важные пром. методы получения ацетилена. Каталитич. окисление смеси M. c аммиаком лежит в основе пром. произ-ва синильной к-ты, M. используется как источник водорода при пром. получении аммиака, a также водяного газа, применяемого для пром. синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное M. — нитрометан.

Исторический очерк. Осн. источник M. — природный газ, известен человечеству за много столетий до н.э. Древние римляне были знакомы c горючими свойствами газов, выделяющихся из трещин Земли ("вечные огни"). Ha месте таких выходов греки построили храм "богу небесного и земного огня" и назвали гору Химерой в честь огнедышащего фантастич. чудовища. Огни Химеры горели св. 3 тыс. лет. Многочисл. горящие источники издавна известны в Иране, Азербайджане, Ираке и др. местах. Обилие их в Иране привело к созданию там в 7 в. религии огнепоклонничества, распро- странившейся и в др. места. Широко были известны "огнедышащие грязевые горы" — грязевые вулканы. B 15 в. отмечены случаи взрывов рудничного газа. Болотный газ был известен ещё раньше. Однако после описания англичанина Г. Кавендиша (1766) водорода как "горючего воздуха" нек-poe время все горючие газы отождествлялись c водородом. A. Вольта (1776) установил отличие болотного газа от водорода и газов перегонки растит, масел. K. Бертолле (1785) доказал, что болотный газ состоит в осн. из M. и содержит примесь азота. Количеств. соотношение углерода и водорода в болотном газе определено Дж. Дальтоном (1805). Синтез M. осуществил Л. Мельзенс (1845) по схеме CCl → CH₄, использовав в качестве восстановителя амальгаму калия. П. Бертло получил M. непосредственно из сероуглерода, пропуская его пары вместе c сероводородом над медью, a также перегонкой формиата бария (1858).

O добыче M. см. Газовая промышленность.

O. Л. Нечаева.