Metano: producción, propiedades y uso.

Metano: características generales

El metano es el compuesto más simple de la serie homóloga de los hidrocarburos alifáticos. La fórmula molecular del metano es CH ₄ . Su molécula está formada por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Todos los enlaces entre átomos de la molécula de metano son covalentes (enlaces sigma). Se ha demostrado experimentalmente que tienen la misma longitud y energía. Los ángulos entre enlaces son iguales a 109°28′. La molécula de metano toma la forma de un tetraedro regular. En consecuencia, el átomo de carbono adopta la hibridación sp ³ .

Preparación y propiedades.

El metano es bastante común en la naturaleza, siendo el gas natural su principal fuente. Los depósitos de este combustible fósil se encuentran con mayor frecuencia en las profundidades del subsuelo o en el fondo de los mares y océanos, de donde se extrae. El producto obtenido de dichas fuentes suele denominarse gas orgánico, es decir, gas generado a partir de la transformación de materia orgánica, a alta temperatura y presión. El metano también se encuentra en el grisú que acompaña a los yacimientos de carbón, así como en el gas de los pantanos liberado durante la descomposición de residuos vegetales. En este último caso, el gas es producto de diversos procesos de descomposición de sustancias orgánicas. Se acumulan cantidades importantes de metano bajo el fondo del océano en forma de clatratos de metano, donde el metano gaseoso queda atrapado dentro de una especie de "jaula" formada por moléculas de agua. En condiciones de laboratorio, el metano se obtiene de varias formas. Uno de ellos es la síntesis directa a partir de carbono e hidrógeno a alta temperatura (500°C) . Los laboratorios suelen utilizar la reacción del carburo de aluminio con agua para producir moléculas de metano, así como hidróxido de aluminio. A la hora de realizar la reacción debes recordar que el metano es una sustancia gaseosa, por lo que si quieres recolectar el producto resultante, debes preparar un sistema especial para capturar los productos gaseosos. Otro método de laboratorio consiste en calentar una mezcla de acetato de sodio e hidróxido de sodio a una temperatura elevada (descarboxilación). Las propiedades físicas y químicas del metano:

• Gas inodoro e incoloro a temperatura ambiente.
• Altamente inflamable. Arde con una llama azul.
• Las moléculas individuales de metano son muy estables, sin embargo, su mezcla con aire u oxígeno es explosiva (contenido de metano del 5%al ​​14%en volumen).
• El gas es resistente a los agentes químicos.
• Su densidad es menor que la del aire.
• Es insoluble en agua.
• Bien soluble en disolventes orgánicos.
• No es tóxico.

El metano sufre una serie de reacciones químicas importantes. Las más importantes incluyen las reacciones de combustión . Con un suministro de aire ilimitado, se produce la combustión completa del metano. La reacción da como resultado dióxido de carbono y agua. Este tipo de combustión es el más seguro y eficiente. Cuando el suministro de oxígeno es limitado, se produce una combustión incompleta del metano. Dependiendo de la cantidad de oxígeno suministrado, los productos de dicha combustión incluyen monóxido de carbono (II) y agua, o carbono y agua, que son venenosos. El metano no reacciona con el bromo y el ácido permangánico. Esto explica la falta de cambios en el color del agua de bromo y la solución de permanganato de potasio (VII). Sin embargo, reacciona con el cloro con relativa facilidad. Las reacciones de los alcanos con halógenos son muy exotérmicas. Las reacciones entre el metano y el cloro son radicales. Es importante destacar que la cloración de este alcano más simple no ocurre en la oscuridad (generalmente se inicia con la luz). Para que se produzca la reacción, todo el sistema tendría que calentarse a una temperatura superior a 250°C . La cloración por metano ocurre cuando una molécula de cloro se descompone en dos radicales, que luego reaccionan con el otro sustrato y conducen a la formación de radicales metilo y cloruro de hidrógeno. La reacción de cloración no se detiene en la etapa de monocloración. Los radicales que se forman interactúan con las moléculas de cloro o con los radicales de cloro. Una molécula que no sufre más cloración es el tetracloruro de carbono, donde todos los átomos de hidrógeno son sustituidos por átomos de cloro. De hecho, la mezcla final contiene todos los derivados mencionados.

Aplicaciones clave del metano en la industria

Una de las principales aplicaciones del metano es su uso como fuente de energía . La energía se obtiene quemando combustibles que contienen este compuesto. El gas natural es un ejemplo de este tipo de combustible. Su contenido de metano supera el 90%. Una vez extraído, va casi directamente a los consumidores privados y al sector industrial. La combustión de metano también se utiliza en turbinas de gas para generar electricidad y calor. También se puede utilizar para calentar viviendas. El metano se utiliza para propulsar vehículos de motor . Como combustible se comercializa con el nombre de GNC (gas natural comprimido) o GNL (gas natural licuado) . Su combustión en los coches es mucho más eficiente respecto al diésel o la gasolina. Obviamente, la industria química es un gran consumidor de metano. Una aplicación química es la producción de hidrógeno en un proceso llamado reformado con vapor. Por lo tanto, el creciente interés por el hidrógeno como combustible del futuro conlleva también un creciente interés por el metano. Otros procesos químicos que utilizan metano incluyen la producción de metanol , gas de hulla o plásticos . El metano también participa indirectamente en la producción de neumáticos. El hollín producido por la combustión incompleta del gas es uno de los ingredientes utilizados para reforzar el caucho utilizado en la fabricación de neumáticos. El mismo hollín se puede utilizar en la producción de pinturas y tintas de impresión .

El metano como gas de efecto invernadero

Entre los gases y emisiones que tienen mayor impacto en el calentamiento global, el dióxido de carbono ocupa el primer lugar. Es un tipo de contaminante que persiste en la atmósfera durante mucho tiempo, hasta varios miles de años. Sin embargo, el metano es una amenaza aún más peligrosa para el clima . Como contaminante, "sólo" está presente durante unos 10 a 15 años, mucho menos que el dióxido de carbono, pero su impacto sobre el efecto invernadero es mucho mayor.

Clatratos de metano

Un ejemplo interesante de depósitos de metano que pueden ser una fuente valiosa de esta sustancia son los llamados clatratos de metano. Teniendo en cuenta su estructura química, es posible que a menudo escuches que se les llama hidrato de metano, hidrometano o hielo de metano. Los clatratos de metano son una combinación de moléculas de agua y moléculas de metano. En este caso, el agua forma una estructura similar a una jaula en cuyo interior queda atrapado el metano. No existen enlaces químicos entre ellos. Los clatratos se caracterizan por una estructura cristalina y se forman bajo mayor presión. Físicamente, parecen sólidos blancos. Son inodoros y al tacto se parecen a la espuma de poliestireno . Lo más común es que se encuentren clatratos de metano que están formados por 46 moléculas de agua que rodean dos "jaulas" pequeñas y seis medianas. El metano queda atrapado en su interior. Los clatratos de metano aún no son una fuente de energía completamente explorada. Precisamente por la posibilidad de extraer de ellos importantes cantidades de metano para generar energía, despiertan un gran interés. La materia prima resultante puede ser una muy buena alternativa a las fuentes convencionales de hidrocarburos . Sin embargo, el conocimiento insuficiente sobre la extracción de metano a partir de clatratos supone un gran riesgo para el medio ambiente, lo que puede ser consecuencia de una liberación incontrolada de metano a la atmósfera.

Biometano

El biometano se define como un gas obtenido a partir del biogás. El biogás, por otro lado, es un gas que se obtiene a partir de biomasa. Se forma mediante la transformación de la materia orgánica, incluidos los residuos vegetales y animales, los vertederos o las plantas de tratamiento de aguas residuales. El metano suele representar alrededor del 55 %del biogás. El biogás se suele utilizar directamente, mientras que su purificación hasta obtener biometano puro sólo se realiza en situaciones excepcionales. El biometano se presenta en dos estados de la materia: gaseoso y líquido. Se forma durante la fermentación de metano de desechos biológicos. Prácticamente todo el biometano así obtenido se destina a la generación de energía. Muchas empresas y plantas de fabricación utilizan biogás y el biometano que contiene para alimentar los equipos que ahora suelen utilizar energía procedente del gas natural. Aunque es una fuente de energía renovable, la quema de biometano genera importantes emisiones de dióxido de carbono, que es un gas de efecto invernadero. Lea también: etano , propano , butano .