Metano – produção, propriedades e uso

Metano: características gerais

O metano é o composto mais simples da série homóloga dos hidrocarbonetos alifáticos. A fórmula molecular do metano é CH ₄ . Sua molécula é composta por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogênio. Todas as ligações entre os átomos na molécula de metano são covalentes (ligações sigma). Foi demonstrado experimentalmente que eles têm o mesmo comprimento e energia. Os ângulos entre as ligações são iguais a 109°28′. A molécula de metano assume a forma de um tetraedro regular. Consequentemente, o átomo de carbono adota a hibridização ^sp3 .

Preparação e propriedades

O metano é bastante comum na natureza, sendo o gás natural a sua principal fonte. Os depósitos deste combustível fóssil são mais frequentemente encontrados no subsolo ou no fundo dos mares e oceanos, de onde é extraído. O produto obtido a partir de tais fontes é frequentemente denominado gás orgânico, ou seja, gás gerado a partir da transformação da matéria orgânica, sob alta temperatura e pressão. O metano também é encontrado no grisu que acompanha as jazidas de carvão, bem como no gás do pântano liberado durante a decomposição de resíduos vegetais. Neste último caso, o gás é o produto de uma série de processos de decomposição de substâncias orgânicas. Quantidades significativas de metano são acumuladas sob o fundo do oceano na forma de clatratos de metano, onde o metano gasoso fica preso dentro de uma espécie de ‘gaiola’ formada por moléculas de água. Em condições de laboratório, o metano é obtido de diversas maneiras. Uma delas é a síntese direta a partir de carbono e hidrogênio em alta temperatura (500°C) . Os laboratórios costumam usar a reação do carboneto de alumínio com água para produzir moléculas de metano, bem como hidróxido de alumínio. Ao realizar a reação, deve-se lembrar que o metano é uma substância gasosa, portanto, se quiser coletar o produto resultante, deve-se preparar um sistema especial para capturar os produtos gasosos. Outro método laboratorial é aquecer uma mistura de acetato de sódio e hidróxido de sódio a uma temperatura elevada (descarboxilação). As propriedades físicas e químicas do metano:

• Gás inodoro e incolor à temperatura ambiente.
• Altamente inflamável. Arde com uma chama azul.
• Moléculas individuais de metano são muito estáveis, porém sua mistura com ar ou oxigênio é explosiva (conteúdo de metano de 5%a cerca de 14%em volume).
• O gás é resistente a agentes químicos.
• Sua densidade é menor que a do ar.
• É insolúvel em água.
• Bem solúvel em solventes orgânicos.
• Não é tóxico.

O metano sofre uma série de reações químicas importantes. Os mais importantes incluem reações de combustão . Com fornecimento irrestrito de ar, ocorre a combustão completa do metano. A reação resulta em dióxido de carbono e água. Este tipo de combustão é o mais seguro e eficiente. Quando o suprimento de oxigênio é limitado, ocorre a combustão incompleta do metano. Dependendo da quantidade de oxigênio fornecida, os produtos dessa combustão incluem o venenoso monóxido de carbono (II) e água ou carbono e água. O metano não reage com o bromo e o ácido permangânico. Isso explica a falta de alteração na cor da solução de água de bromo e permanganato de potássio (VII). No entanto, reage com o cloro com relativa facilidade. As reações de alcanos com halogênios são altamente exotérmicas. As reações entre metano e cloro são radicais. É importante ressaltar que a cloração deste alcano mais simples não ocorre no escuro (geralmente é iniciada pela luz). Para que a reação acontecesse, todo o sistema teria que ser aquecido a uma temperatura superior a 250°C . A cloração do metano ocorre quando uma molécula de cloro se decompõe em dois radicais, que então reagem com o outro substrato e levam à formação de radicais metila e cloreto de hidrogênio. A reação de cloração não para na fase de monocloração. Os radicais formados interagem com moléculas de cloro ou radicais de cloro. Uma molécula que não sofre mais cloração é o tetracloreto de carbono, onde todos os átomos de hidrogênio são substituídos por átomos de cloro. Na verdade, a mistura final contém todos os referidos derivados.

Principais aplicações de metano na indústria

Uma das principais aplicações do metano é a sua utilização como fonte de energia . A energia é obtida através da queima de combustíveis que contenham este composto. O gás natural é um exemplo desse combustível. Seu conteúdo de metano excede 90%. Uma vez extraído, vai quase diretamente para os consumidores privados e para o setor industrial. A combustão do metano também é usada em turbinas a gás para gerar eletricidade e calor. Também pode ser usado para aquecer casas. O metano é usado para impulsionar veículos motorizados . Como combustível, é comercializado com a designação de GNV (gás natural comprimido) ou GNL (gás natural liquefeito) . A sua combustão nos automóveis é muito mais eficiente em comparação com o gasóleo ou a gasolina. Obviamente, a indústria química é uma grande utilizadora de metano. Uma aplicação química é a produção de hidrogênio em um processo denominado reforma a vapor. Portanto, o interesse crescente no hidrogénio como combustível do futuro implica também um interesse crescente no metano. Outros processos químicos que utilizam metano incluem a produção de metanol , gás de carvão ou plásticos . O metano também está indiretamente envolvido na produção de pneus. A fuligem produzida pela combustão incompleta do gás é um dos ingredientes utilizados para reforçar a borracha utilizada na fabricação de pneus de automóveis. A mesma fuligem pode ser utilizada na produção de tintas e tintas de impressão .

Metano como gás de efeito estufa

Entre os gases e emissões que têm maior impacto no aquecimento global, o dióxido de carbono vem em primeiro lugar. É um tipo de poluente que persiste na atmosfera por muito tempo, até vários milhares de anos. No entanto, o metano é uma ameaça ainda mais perigosa para o clima . Como poluente, está presente “apenas” durante cerca de 10 a 15 anos, muito menos que o dióxido de carbono, mas o seu impacto no efeito de estufa é muito maior.

Clatratos de metano

Um exemplo interessante de depósitos de metano que podem ser potencialmente uma fonte valiosa da substância são os chamados clatratos de metano. Considerando sua estrutura química, muitas vezes você pode ouvi-los sendo chamados de hidrato de metano, hidrometano ou gelo de metano. Os clatratos de metano são uma combinação de moléculas de água e moléculas de metano. A água, neste caso, forma uma estrutura semelhante a uma gaiola dentro da qual o metano fica preso. Não há ligações químicas entre eles. Os clatratos são caracterizados por uma estrutura cristalina e são formados sob pressão elevada. Fisicamente, parecem sólidos brancos. São inodoros e lembram isopor ao toque. Mais comumente, são encontrados clatratos de metano, compostos de 46 moléculas de água que circundam duas ‘gaiolas’ pequenas e seis de tamanho médio. O metano está preso dentro deles. Os clatratos de metano ainda não são uma fonte de energia totalmente explorada. É pela possibilidade de extrair deles quantidades significativas de metano para fins de geração de energia que atraem um interesse considerável. A matéria-prima resultante pode ser uma alternativa muito boa às fontes convencionais de hidrocarbonetos , porém, o conhecimento insuficiente sobre a extração de metano de clatratos representa um grande risco ao meio ambiente, que pode ser consequência da liberação descontrolada de metano na atmosfera.

Biometano

O biometano é definido como um gás obtido a partir do biogás. Já o biogás é um gás obtido da biomassa. É formado através da transformação de matéria orgânica, incluindo resíduos vegetais e animais, aterros sanitários ou estações de tratamento de águas residuais. O metano geralmente representa cerca de 55 %do biogás. O biogás é normalmente utilizado diretamente, enquanto a sua purificação em biometano puro só é realizada em situações excepcionais. O biometano vem em dois estados da matéria: gasoso e líquido. É formado durante a fermentação do metano de resíduos biológicos. Praticamente todo o biometano assim obtido é destinado à geração de energia. Muitas empresas e fábricas utilizam biogás e o biometano que ele contém para alimentar equipamentos que agora utilizam frequentemente energia de gás natural. Embora seja uma fonte renovável de energia, a queima do biometano resulta em emissões significativas de dióxido de carbono, que é um gás de efeito estufa. Leia também: etano , propano , butano .