Methan

Methan (mimo chemii dle PČP metan) neboli podle systematického názvosloví karban je nejjednodušší alkan, a tedy i nejjednodušší stabilní uhlovodík vůbec. Při pokojové teplotě je to netoxický plyn bez barvy a zápachu, lehčí než vzduch (relativní hustota 0,55 při 20 °C).

Příprava 
Hlavním zdrojem methanu je přírodní surovina zemní plyn. Přímá příprava sloučením uhlíku s vodíkem je prakticky nemožná, vzhledem k tomu, že by uhlík musel být nejprve převeden do plynného stavu. Teoreticky však lze methan připravit dvoustupňovou syntézou přes sirouhlík

 C + 2 S → CS2,

který pak reakcí se sulfanem (sirovodíkem) a mědí dá methan

 CS2 + 2 H2S + 8 Cu → CH4 + 4 Cu2S.

Jinou možností je reakce karbidu hliníku s vodou

 Al4C3 + 12 H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3.

Laboratorně se dá připravit žíháním směsi octanu sodného s hydroxidem sodným (natronovým vápnem)

 CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3.

Vlastnosti 
Molekula methanu má symetrii pravidelného čtyřstěnu (bodová grupa symetrie Td), v jehož těžišti se nachází uhlíkový atom a v jehož vrcholech se nacházejí vodíkové atomy. Díky této vysoké symetrii je celkově molekula methanu nepolární, přestože vazby H–C slabou polaritu vykazují.

Methan může reagovat explozivně s kyslíkem

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

Bod samozážehu je sice velmi vysoký (595 °C, teplota vznícení při koncentraci 8,5 % je 537 °C), ale stačí např. elektrická jiskra nebo otevřený plamen a směs methanu se vzduchem může být přivedena k výbuchu (minimální iniciační energie je 0,28 mJ). Přitom meze výbušnosti jsou značně velké, od 4,4 do 15 objemových procent. Proto je nezbytně nutné průběžně sledovat koncentraci methanu (důlního plynu) v uhelných dolech, aby se předešlo katastrofám.
Podobně prudce může methan reagovat i s plynným chlorem, je-li reakce iniciována prudkým zahřátím. Za normální teploty probíhá pomalu čtyřstupňově za vzniku chlorovaných derivátů methanu

 CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl,
 CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl,
 CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl,
 CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl.

Podobně reaguje i s jinými halogeny. Jinak je málo reaktivní.

 Dokonalé hoření methanu
 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
 Nedokonalé hoření methanu
 CH4 + O2 → 2H2O + C, nebo
 2CH4 + 3O2 → 4H2O + 2CO

Výskyt v přírodě 
Methan se přirozeně vyskytuje na Zemi:
 v atmosféře, kam se dostává zejména jako produkt rozkladu látek biogenního původu (bioplyn), nebo jako produkt metabolismu velkých přežvýkavců, také z termitišť a z rýžovišť.
 v podzemí:
 jako hlavní složka zemního plynu
 jako součást důlního plynu v dolech
 rozpuštěný v ropě
 rozpuštěný ve vodě některých jezer, zvláště v Africe (např. jezero Kivu mezi Rwandou a Kongem)
 tvoří bublinky pod ledem rozmrzajícího permafrostu, například na Sibiři

Přítomnost ve vesmíru 
Ve vesmíru byl nalezen v plynných mračnech v mezihvězdném prostoru.

Dále je obsažen v atmosférách velkých planet (Jupiter, Saturn, Uran a Neptun) sluneční soustavy. V pevném stavu je součástí tzv. ledových měsíců velkých planet a tvoří zřejmě nezanedbatelnou část hmoty transneptunických těles, případně je vysrážen ve formě ledu nebo jinovatky na jejich povrchu (např. Pluto). Byl také prokázán v komách komet.

Původ na Zemi 
Na Zemi pochází asi 90 % metanu z produkce živých organismů, menší část vzniká při geologických aktivitách (např. tavením magmatu).

Ve vesmíru však bez dalších podkladů nelze původ metanu prokázat. Zprávy některých médií, které z objevu metanu usuzují na existenci života ve vesmíru, jsou proto považovány za nepodložené.

Použití 
Hlavní oblastí použití methanu je energetika, kde slouží ve směsi s jinými uhlovodíky jako plynné palivo. V automobilové dopravě představuje jednu z pohonných látek, pod označením CNG (Compressed Natural Gas), stlačený zemní plyn, jehož hlavní složku tvoří právě methan.

Methan je spolu s kyslíkem používán jako palivo pro raketové motory vesmírné lodi Starship.

V chemickém průmyslu se používá především k výrobě oxidu uhličitého dokonalým spalováním se vzduchem a při nedokonalém spalování k výrobě sazí používaných jako plnidlo a barvivo v gumárenském průmyslu. Pyrolýzou (tepelným rozkladem) za nepřístupu vzduchu se vyrábí ethyn (acetylen) a vodík.

Ekologické účinky 

Vzhledem k tomu, že methan silně absorbuje infračervené záření, patří mezi významné skleníkové plyny zvyšující teplotu zemské atmosféry (je přibližně 20krát účinnější než oxid uhličitý, ale jeho obsah v atmosféře je oproti tomu asi 200krát menší než u oxidu uhličitého: 0,0002 % methanu a 0,04 % oxidu uhličitého, takže jeho vliv je přibližně 10krát menší).

Produkují ho hlavně mokřady, dále hospodářská zvířata a v menší míře průmysl a skládky. Významným producentem jsou ale i jezera a fjordy. Byly objeveny i další zdroje: mořští mlži, či některé ledovce. Produkují ho i stromy. Zhruba polovina emisí methanu je z vodních ekosystémů.
Studie dříve uvažovaly, že vlivem globálního oteplování se bude methan uvolňovat i z oceánu či tundry; nejnovější výzkumy však ukazují, že tomu tak být nemusí. Uvolňování metanu se také nadhodnocovalo.

Methan je v atmosféře oxidován především působením hydroxylových radikálů. Dosavadní scénáře budoucího vývoje klimatu vycházejí z představy, že spolu s nárůstem koncentrace metanu bude v množství hydroxylových radikálů v atmosféře ubývat. Dlouhodobé sledování troposféry podalo důkaz, že koncentrace radikálu OH neklesají. Jeho molekuly opětovně vznikají působením slunečního záření. Jedním zdrojem jsou oxidy dusíku, druhým pak vodní pára a ozon za přispění ultrafialového záření v nižších vrstvách atmosféry.

Odkazy

Poznámky

Reference

Literatura 
 Ibler Z. a kol.: Energetika technický průvodce, 2002 BEN - technická literatura,

Související články 
 Bioplyn
 Anaerobní digesce
 Abrahamovo jezero

Externí odkazy 
 
 
 
 Methane, CH4, Physical properties, safety
 Umweltlexikon 
 Metanová časovaná bomba (o ekologických účincích metanu)

 
Alkany
Paliva
Zemní plyn
Plynná paliva
Uhlovodíková paliva
Bioplyn
Skleníkové plyny
Kaustobiolity
Uhlík