gas di palude
grisou
1,17 × 104 Pa
4,6 MPa
13,7
| Metano | |
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| Nome IUPAC | |
| metano | |
| Nomi alternativi | |
| tetraidruro di carbonio gas di palude grisou |
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| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | CH4 |
| Massa molecolare (u) | 16,04 |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | [] |
| Numero EINECS | 200-812-7 |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (kg·m-3, in c.s.) | 0,71682 |
| Solubilità in acqua | 0,024 g/l a c.n. |
| Temperatura di fusione (K) | 90,8 (-182,7 °C) |
| ΔfusH0 (kJ·mol-1) | 1,1 |
| Temperatura di ebollizione (K) | 111,8 (-161,4 °C) |
| ΔebH0 (kJ·mol-1) | 8,17 |
| Punto triplo | 90,67 K (-182,48 °C) 1,17 × 104 Pa |
| Punto critico | 190,6 K (-82,6 °C) 4,6 MPa |
| Viscosità dinamica (mPa.s a 0 °C e 100 °C) | 10,3 13,7 |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol-1) | -74,6 |
| ΔfG0 (kJ·mol-1) | -50,5 |
| S0m(J·K-1mol-1) | 186,3 |
| C0p,m(J·K-1mol-1) | 35,7 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Flash point (K) | 85 (-188 °C) |
| Limiti di esplosione | 5,3 - 14% vol. |
| Temperatura di autoignizione (K) | 873 (600 °C) |
| Simboli di rischio chimico
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|---|---|
Il metano è un idrocarburo semplice (alcano) formato da un atomo di carbonio e 4 di idrogeno; la sua formula chimica è CH4, e si trova in natura sotto forma di gas.
Indice |
La molecola ha forma tetraedrica; l'atomo di carbonio è al centro di un tetraedro regolare ai cui vertici si trovano gli atomi di idrogeno. Una particolare caratteristica dei legami tra carbonio e i 4 atomi di idrogeno è che il carbonio, nel suo stato elettronico fondamentale (non eccitato), presenterebbe solamente due elettroni di valenza, e di conseguenza avrebbe la possibilità di creare solo due legami. Tuttavia il carbonio forma 4 legami con altrettanti atomi di idrogeno. Significa che durante la formazione dei legami il carbonio, che presenta 4 elettroni nel livello orbitale con numero quantico principale pari a 2, un elettrone viene eccitato (venendogli fornita energia) e di conseguenza il carbonio presenterà un elettrone nell'orbitale 2s, uno nel 2px, uno nel 2py e uno nel 2pz (mentre prima avevamo due elettroni nel 2s, uno nel 2px, uno nel 2py e zero nel 2pz). gli elettroni di valenza sono quindi quattro e non due, ed il carbonio potrà formare 4 legami. Tutto questo è possibile perché la diminuzione di energia del sistema C H H H H che si ottiene con la formazione di 4 legami invece che due è in valore assoluto maggiore dell'aumento dell'energia necessaria a eccitare un elettrone. Di conseguenza l'energia finale del sistema con 4 legami sarà minore dell'energia del sistema con 2 legami, e la prima soluzione verrà "preferita" dal carbonio.
Nell'autunno del 1776 Alessandro Volta studiò un fenomeno noto anche in epoche più lontane, segnalatogli da Carlo Giuseppe Campi: in un'ansa stagnante del fiume Lambro, avvicinando una fiamma alla superficie si accendevano delle fiammelle azzurrine.
Questo fenomeno era già stato studiato separatamente da Pringle, Lavoisier, Franklin e Priestley pochi anni prima ma lo classificarono semplicemente come un'esalazione di aria infiammabile, di origine minerale.
Volta volle andare più a fondo della questione. Mentre era ospite ad Angera nella casa dell'amica Teresa Castiglioni (Angera 1750 - Como 1821), Alessandro Volta scoprì l’aria infiammabile nella palude dell’isolino Partegora, in località Bruschera. Provando a smuovere il fondo con l'aiuto di un bastone vide che risalivano delle bolle di gas e le raccolse in bottiglie. Diede a questo gas il nome di aria infiammabile di palude e scoprì che poteva essere incendiato sia per mezzo di una candela accesa che mediante una scarica elettrica; dedusse che il gas si formava nella decomposizione di sostanze animali e vegetali[1]. Pensando immediatamente a un suo utilizzo pratico costruì dapprima una pistola elettrico-flogo pneumatica in legno, metallo e vetro, il cui scopo sarebbe stato la trasmissione di un segnale a distanza[2], e in seguito realizzò una lucerna ad aria infiammabile[3] e perfezionò l’eudiometro per la misura e l’analisi dei gas.
Per ulteriore conferma della sua tesi, si recò nel 1780 a Pietramala, sull'Appennino toscano, dove vi erano dei celebri fuochi fatui. La corretta composizione del gas fu determinata da Thomas Henry nel 1805.
Agli esperti è noto che circa due terzi del metano estratto non viene utilizzato perché il costo del trasporto del gas naturale nei gasdotti è quattro volte superiore a quello del petrolio, perché la densità del gas è molto minore. Il metano è presente normalmente nei giacimenti di petrolio (ma esistono anche immensi giacimenti di solo metano). Il metano deriva dalle rocce madri, da cui derivano progressivamente (attraverso il cracking del kerogene) tutti gli idrocarburi (dai solidi - bitume, ai liquidi - petrolio, fino ai gassosi, quali il metano stesso).
Quando si estrae il petrolio, risale in superficie anche il metano, in media in quantità pari allo stesso petrolio. Se i giacimenti sono lontani dai luoghi di consumo o situati in mare aperto, risulta quasi impossibile usare quel metano, che pertanto viene bruciato all'uscita dei pozzi senza essere utilizzato in alcun modo, oppure viene ripompato nei giacimenti di petrolio, mediante l'uso di turbine a gas, favorendo ulteriormente l'uscita del greggio grazie alla pressione.
Eccetto per la combustione, le reazioni del metano sono perlopiù condotte a pressioni e/o temperature elevate, comunque quasi sempre in presenza di catalizzatori.
Una ossidazione del metano con acido solforico e diclorobipirimidilplatino come catalizzatore, converte a 220 °C e 34 atm di pressione circa il 90% del metano in idrogenosolfato di metile; per idrolisi si riottiene il metano e l'acido solforico di partenza[4].
Il legame covalente carbonio-idrogeno nel metano è uno dei più forti tra tutti gli idrocarburi, per questo motivo il suo uso come materia prima in chimica è limitato. La ricerca di un catalizzatore che possa facilitare l'attivazione del legame C-H nel metano e negli altri alcani leggeri è un'area di ricerca con importanti risvolti industriali.
Il metano è il principale componente del gas naturale, ed è un eccellente combustibile poiché produce il maggior quantitativo di calore per massa unitaria. Bruciando una molecola di metano in presenza di ossigeno si forma una molecola di CO2 (anidride carbonica), due molecole di H2O (acqua) e si libera una quantità di calore:
Dalla combustione di un metro cubo standard di metano si ottengono circa 36 MJ (8940 Kcal)
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Per approfondire, vedi la voce veicoli a gas naturale. |
Il gas naturale, molto spesso denominato "metano" anche se in realtà è composto da metano e altri gas, è utilizzato in Italia come combustibile per autotrazione sin dagli anni trenta, quando la politica dell'autarchia spinse la tecnologia nazionale del momento a cercare nuove soluzioni per l'utilizzo di carburanti alternativi come il gasogeno ed il gas naturale.
Il metano è il risultato della decomposizione di alcune sostanze organiche in assenza di ossigeno. È quindi classificato anche come biogas.
Le principali fonti di emissione di metano nell'atmosfera sono:
Dal 60% all'80% delle emissioni mondiali è di origine umana. Esse derivano principalmente da miniere di carbone, discariche, attività petrolifere e gasdotti e agricoltura.[5]
Per rimozione di un atomo di idrogeno il metano forma il corrispondente radicale, il metile (CH3·) mentre se gli idrogeni rimossi invece siano due il radicale formatosi prenderà il nome di metilene (·CH2·)
Il metano è inodore, incolore ed insapore, quindi per essere distribuito nelle reti domestiche deve essere "odorizzato" mediante un processo di lambimento di un liquido dal caratteristico "odore di gas" - spesso si tratta del tetraidrotiofene. Questo procedimento si rende indispensabile in modo da rendere avvertibile la presenza di gas nell'ambiente e diminuirne la pericolosità.
Nel giugno del 1959 in Italia, presso Lodi, una perforazione dell'Eni, allora presieduta da Enrico Mattei, scopre il primo giacimento profondo dell'Europa occidentale.
Successivamente si iniziano i rilevamenti nel mare Adriatico, ma le prime due perforazioni dettero esito negativo, così l'Eni abbandonò l'idea preferendo destinare le risorse a perforazioni nel mar Rosso. In attesa delle autorizzazioni da parte del governo egiziano, l'Eni decise di compiere una terza trivellazione al largo di Ravenna, che diede esito positivo. Nel 1959 entrò in funzione la prima piattaforma metanifera.
Al largo di Crotone attualmente le piattaforme dell'Eni estraggono circa il 15% del consumo nazionale di metano, sia per uso civile che industriale.
Il metano è un gas serra presente nell'atmosfera terrestre in concentrazioni molto inferiori a quelle dell'CO2 ma con un potenziale di riscaldamento globale ben 23 volte superiore.
La sua concentrazione in atmosfera è aumentata da 700 ppb (parti per miliardo) nel periodo 1000-1750 a 1.750 ppb nel 2000, con un incremento del 150%.
Il metano è responsabile del 20% dell'incremento dell'effetto serra.
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