Прыродны газ: формула. Хімічная формула газу. Усе віды прыроднага газу

Сёння вядома мноства разнастайных газаў. Якія-небудзь з іх чалавек атрымлівае лабараторнымі спосабамі, з хімічных рэчываў, нейкія фармуюцца самі ў выніку рэакцый у якасці пабочных прадуктаў. А якія газы нараджаюцца ў прыродзе? Да асноўных такім газам натуральнага, прыроднага паходжання ставяцца чатыры:

• прыродны газ, формула якога СН _4;
• азот, N _2;
• вадарод, Н _2;
• вуглякіслы газ, СА _2.

Вядома, існуюць і некаторыя іншыя - кісларод, серавадарод, аміяк, інэртныя газы, монааксід вугляроду. Аднак пералічаныя вышэй з'яўляюцца практычна значнымі для людзей і выкарыстоўваюцца імі ў розных мэтах, у тым ліку як паліва.

Што такое прыродны газ?

Прыродным называецца такі газ, які дае нам прырода. Гэта значыць, той, змест якога ў нетрах Зямлі значна вышэй і больш, чым тое яго колькасць, што атрымліваюць у прамысловасці ў выніку хімічных рэакцый.

Агульнапрынята называць прыродным газам метан, аднак гэта не зусім так. Калі разгледзець склад такога газу па фракцыя, то можна ўбачыць наступны яго кампанентны склад:

• метан (да 96%);
• этан;
• прапан;
• бутан;
• вадарод;
• вуглякіслы газ;
• азот;
• серавадарод (малыя, следовые колькасці).

Такім чынам, выходзіць, што прыродны газ - гэта сумесь некалькіх газаў прыроднага паходжання.

Прыродны газ: формула

З хімічнага пункта гледжання прыродны газ ўяўляе сабой сумесь вуглевадародаў лінейнага простага будынкі - метану, этана, пропана і бутану. Але так як большы аб'ём складае ўсё ж метан, то прынята агульную формулу прыроднага газу выказваць формулай непасрэдна метану. Так, атрымліваецца, што хімічная формула прыроднага газу метану -СН _4.

Астатнія кампаненты маюць наступныя эмпірычныя формулы ў хіміі:

• этан - З ₂ Н _6;
• прапан - З ₃ Н _8;
• бутан - З ₄ Н _10;
• вуглякіслы газ - СА _2;
• азот - N _2;
• вадарод - Н _2;
• серавадарод - H ₂ S.

Сумесь такіх рэчываў і з'яўляецца прыродным газам. Формула асноўнага яго злучэння метану паказвае, што ўтрыманне вугляроду ў ім вельмі мала. Гэта адбіваецца на яго фізічных уласцівасцях, напрыклад, такіх як здольнасць гарэць бясколерным, зусім некоптящим полымем. У той час як іншыя прадстаўнікі яго Гамалагічны шэрагу (шэрагу гранічных вуглевадародаў або алкана) пры гарэнні ўтвараюць чорнае дымных полымя.

Знаходжанне ў прыродзе

У прыродзе дадзены газ сустракаецца глыбока пад зямлёй, пад тоўстымі і шчыльнымі пластамі ападкавых парод. Існуе дзве асноўныя тэорыі паходжання прыроднага газу ў прыродзе.

1. Тэорыя тэктанічных рухаў парод. Прыхільнікі гэтай тэорыі лічаць, што вуглевадароды ўтрымліваюцца ў зямных нетрах заўсёды і падымаюцца ў выніку тэктанічных рухаў і скарачэнняў ўверх. Наверсе высокі ціск і якая змяняецца тэмпература ператвараюць іх у выніку хімічных рэакцый у два прыродных карысных выкапняў - нафта і газ.
2. Біягенных тэорыя кажа пра іншае метадзе, у выніку якога ўтварыўся прыродны газ. Формула яго адлюстроўвае якасны склад - вуглярод і вадарод, што кажа пра тое, што ў яго адукацыі прымалі ўдзел жывыя арганічныя істоты, целы якіх былі большай часткай пабудаваныя з гэтых элементаў, як і ўсё жывое на нашай планеце, якое існуе да гэтага часу. З цягам часу адмерлыя рэшткі жывёл і раслін апускаліся ўсё ніжэй на дно акіяна, туды, дзе не існавала ні кіслароду, ні бактэрый, здольных раскласці і перапрацаваць гэтую арганічную масу. У выніку анаэробнай акіслення адбыўся распад біямасы, і за мільёны гадоў сфармавалася два крыніцы карысных выкапняў - нафта і газ. Пры гэтым аснова і таго і іншага аднолькавая - гэта вуглевадароды і часткова нізкамалекулярныя рэчывы. Хімічная формула газу і нафты гэта даказвае. Аднак пры ўздзеянні розных умоў фармуюцца і розныя прадукты: высокі ціск і тэмпература - газ, нізкія паказчыкі - нафту.

На сённяшні дзень асноўнымі радовішчамі і запасамі газу валодаюць такія краіны, як Расея, ЗША, Канада, Іран, Нарвегія і Нідэрланды.

Па сваім агрэгатным стане прыродны газ не заўсёды можа ўтрымлівацца толькі ў стане газу. Ёсць некалькі варыянтаў яго кандэнсацыі:

1. Газ раствораны ў малекулах нафты.
2. Газ раствораны ў малекулах вады.
3. Газ утворыць цвёрдыя газогидраты.
4. Пры звычайных умовах - газападобнае злучэнне.

Кожнае з гэтых станаў мае сваё радовішча і з'яўляецца вельмі каштоўным для чалавека.

Атрыманне ў лабараторыі і прамысловасці

Акрамя прыродных месцаў адукацыі газу, існуе шэраг спосабаў атрымаць яго ў лабараторных умовах. Аднак гэтыя спосабы, безумоўна, выкарыстоўваюцца толькі для невялікіх порцый прадукту, так як эканамічна ажыццяўляць сінтэз прыроднага газу ў лабараторыі не выгадна.

Лабараторныя спосабы:

1. Гідролізам нізкамалекулярных злучэння - карбіду алюмінія: AL ₄ C ₃ + 12H ₂ O = 3CH ₄ + 4AL (OH) _3.
2. З ацэтату натрыю ў прысутнасці шчолачы: CH ₃ COOH + NaOH = CH ₄ + Na ₂ CO _3.
3. З сінтэз-газу: CO + 3H ₂ = CH ₄ + H ₂ O.
4. З простых рэчываў - вадароду і вугляроду - пры падвышанай тэмпературы і ціску.

Хімічная формула прыроднага газу адлюстроўваецца формулай метану, таму ўсе рэакцыі, характэрныя для алкана, характэрныя і для дадзенага газу.

У прамысловасці метан атрымліваюць здабычай з прыродных радовішчаў і далейшай перапрацоўкай па фракцыя. Таксама атрымоўваны газ абавязкова мае патрэбу ў ачыстцы. Бо формула прыроднага газу метану паказвае толькі частка тых складнікаў, што ён ўтрымлівае. А для выкарыстання ў побыце патрэбна чыстае газ, які не ўтрымлівае іншых рэчываў, акрамя метану. Адлучаюцца этан, прапан, бутан і іншыя газы таксама знаходзяць шырокае прымяненне.

фізічныя ўласцівасці

Формула газу дае ўяўленне аб тым, якімі фізічнымі ўласцівасцямі ён павінен валодаць. Разгледзім, што ж гэта за характарыстыкі.

1. Бясколернае рэчыва, якое не мае паху.
2. Прыблізная шчыльнасць вар'іруецца ў межах 0,7-1 кг / м ^3.
3. Тэмпература гарэння 650 ⁰ С.
4. Амаль у два разы лягчэй паветра.
5. Цеплыня, якая выдаткоўваецца пры згаранні аднаго кубічнага метра газу, роўная 46 млн Джоўль.
6. У павышаных канцэнтрацыях (звыш 15%) у паветры газ вельмі выбуханебяспечны.
7. Пры выкарыстанні ў якасці паліва праяўляе актанавы лік, роўнае 130.

Чысты газ атрымліваюць толькі пасля праходжання яго праз спецыяльныя ачышчальныя станцыі (устаноўкі), якія ўзводзяцца на месцы здабычы выкапнёвага.

прымяненне

Існуе некалькі асноўных абласцей прымянення прыроднага газу. Бо акрамя асноўнай яго складнікам, формула газу якой СН _4, выкарыстоўваюцца і ўсе іншыя кампаненты сумесі.

1. Бытавая сфера жыцця людзей. Сюды адносіцца газ для падрыхтоўкі ежы, ацяплення жылых будынкаў, паліва для кацельных і гэтак далей. У газ, які выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі ежы, дадаюць адмысловыя рэчывы, якія адносяцца да групы меркаптанов. Робіцца гэта для таго, каб у выпадку праходжання трубы або іншага хібы газу людзі маглі адчуць яго пах і прыняць меры. Сумесь бытавога газу (а гэта сумесь пропана і бутану) надзвычай небясьпечная ў вялікіх канцэнтрацыях. Меркаптаны ж робяць спецыфічным і непрыемным на пах прыродны газ. Формула іх ўключае такія элементы, як сера і фосфар, што і надае ім такую спецыфіку.

2. Хімічная вытворчасць. У гэтай сферы адным з галоўных пачатковых рэчываў для многіх рэакцый атрымання важных злучэнняў з'яўляецца прыродны газ, формула якога паказвае, у якіх сінтэз ён можа прымаць удзел:

• аснова пры вытворчасці пластмас, якія з'яўляюцца самым распаўсюджаным сучасным матэрыялам практычна для ўсіх сфер прамысловасці;
• сыравіну пры сінтэзе этина, цыяністага вадароду і аміяку. Самі пералічаныя прадукты ў далейшым ідуць на вытворчасці многіх сінтэтычных валокнаў і тканін, угнаенняў і уцяпляльнікаў ў будаўніцтве;
• каўчук, метанол, арганічныя кіслоты - утвараюцца з метану і іншых рэчываў. Знаходзяць прымяненне практычна ва ўсіх сферах чалавечага жыцця;
• поліэтылен і многія іншыя злучэння сінтэтычнай прыроды атрымалі дзякуючы менавіта кіданні.

3. Выкарыстанне ў якасці паліва. Прычым для любога віду дзейнасці чалавека, пачынаючы ад запраўкі адпаведнага тыпу настольных лямпаў і да працы цеплавых электрастанцый. Гэты від паліва лічыцца экалагічна правільным і мэтазгодным на фоне ўсіх альтэрнатыўных спосабаў. Аднак пры згаранні метан ўтварае вуглякіслы газ, як любая іншая арганічнае рэчыва. А ён, як вядома, прычына парніковага эфекту Зямлі. Таму перад людзьмі стаіць задача пошуку яшчэ больш чыстага і якаснага крыніцы цеплавой энергіі.

Пакуль гэта ўсё асноўныя крыніцы, якія выкарыстоўваюць прыродны газ. Формула яго, калі браць усё комплексныя складнікі, паказвае, што ён практычна аднаўляльны рэсурс, толькі час для гэтага трэба вельмі шмат. Нашай краіне з запасамі газу надзвычай пашанцавала, бо такога колькасць прыроднага выкапнёвага хопіць на шмат сотняў гадоў не толькі самой Расеі, але і шматлікім краінам свету праз экспарт.

Азот

З'яўляецца складовай часткай нафтавых і газавых прыродных радовішчаў. Акрамя таго, дадзены газ займае большую частку аб'ёму ў паветры (78%), а таксама сустракаецца ў выглядзе прыродных злучэнняў салетры ў літасферы.

Як простае рэчыва практычна не выкарыстоўваецца жывымі арганізмамі азот. Формула яго мае выгляд N _2, або, з пункту гледжання хімічных сувязяў, N≡N. Наяўнасць такой моцнай сувязі кажа аб высокай стабільнасці і хімічнай інэртнасці малекулы пры звычайных умовах. Менавіта гэта і тлумачыць магчымасць існавання вялікай колькасці гэтага газу ў вольным выглядзе ў атмасферы.

У выглядзе простага рэчывы азот здольны фіксавацца адмысловымі арганізмамі - клубеньковых бактэрыямі. Яны затым перапрацоўваюць ў больш прыдатную форму для раслін гэты газ і такім чынам ажыццяўляюць мінеральнае харчаванне каранёвых раслінных сістэм.

Ёсць некалькі асноўных злучэнняў, у выглядзе якіх існуе ў прыродзе азот. Формула іх наступная:

• аксіды - NO _2, N ₂ O, N ₂ O _5;
• кіслоты - азоцістых HNO ₂ і азотная HNO ₃ (утвараюцца пры навальнічных разрадах з аксідаў ў атмасферы паветра);
• салетры - KNO _3, NaNO ₃ і гэтак далей.

Чалавекам азот выкарыстоўваецца не толькі ў выглядзе газу, але і ў вадкім стане. Ён валодае здольнасцю пераходзіць у вадкі стан пры тэмпературы ніжэй -170 ⁰ З, што дазваляе ўжываць яго для замарожвання раслінных і жывёл тканін, многіх матэрыялаў. Менавіта таму шырокае прымяненне вадкі азот знаходзіць у медыцыне.

Таксама азот з'яўляецца асновай для атрымання аднаго з галоўных сваіх злучэнняў - аміяку. Вытворчасць дадзенага рэчыва многотоннажного, так як яна вельмі шырока ўжываецца ў побыце і прамысловасці (атрыманне каўчук, фарбавальнікаў, пластмас, сінтэтычных валокнаў, арганічных кіслот, лакафарбавае вытворчасць, выбуховыя рэчывы і гэтак далей).

дыяксід вугляроду

Якая формула рэчывы? Вуглякіслы газ запісваецца як СА _2. Сувязь у малекуле кавалентная слабополярная, двайныя трывалыя хімічныя сілы паміж вугляродам і кіслародам. Гэта сведчыць пра стабільнасць і інэртнасці малекулы пры звычайных умовах. Дадзены факт пацвярджаецца свабодным існаваннем вуглякіслага газу ў атмасферы Зямлі.

Гэта рэчыва з'яўляецца складовай часткай прыроднага газу і нафты, а таксама назапашваецца ў верхніх пластах атмасферы планеты, выклікаючы так званы парніковы эфект.

Вялікая колькасць вуглякіслага газу фармуецца пры згаранні любога віду арганічнага паліва. Няхай гэта будзе вугаль, дровы, газ або іншае паліва, поўнае згаранне прыводзіць да адукацыі вады і гэтага рэчыва.

Адсюль і атрымліваецца, што назапашванне яго ў атмасферы непазбежна. Таму важнай задачай сучаснага грамадства з'яўляецца пошук альтэрнатыўнага, які дае мінімум парніковага эфекту паліва.

вадарод

Яшчэ адно спадарожнае злучэнне, якое сустракаецца ў складзе прыродных карысных выкапняў, - гэта вадарод. Газ, формула якога - Н _2. Самае лёгкае рэчыва з усіх вядомых на сённяшні дзень.

Дзякуючы сваім адмысловым уласцівасцям займае ў перыядычнай сістэме два становішча - сярод шчолачных металаў і галагенаў. Маючы адзін электрон, здольны яго як аддаваць (металічныя ўласцівасці, аднаўленчыя), так і прымаць (неметалічныя ўласцівасці, акісляльныя).

Асноўная вобласць выкарыстання - гэта экалагічна чыстае паліва, за якім навукоўцы бачаць будучыню. прычыны:

• неабмежаваная колькасць запасаў гэтага газу;
• адукацыю ў выніку гарэння толькі вады.

Аднак поўная тэхналогія асваення вадароду як крыніцы энергіі патрабуе дапрацоўкі яшчэ многіх нюансаў.

Формулы для разлікаў масы, шчыльнасці і аб'ёму газаў

У фізіцы і хіміі прымяняюцца некалькі асноўных спосабаў для разлікаў па газах. Так, напрыклад, калі гаворка ідзе пра адзін з самых асноўных параметраў, такіх як маса газу, формула для разліку будзе наступнай:

m = V * þ, дзе þ - гэта шчыльнасць рэчывы, а V - яго аб'ём.

Напрыклад, калі нам трэба разлічыць масу прыроднага газу аб'ёмам 1 метр кубічны пры нармальных умовах, то мы бярэм стандартнае сярэдняе значэнне яго шчыльнасці ў даведачных матэрыялах. Яно будзе роўна 0,68 кг / м ^3. Цяпер, калі мы ведаем аб'ём і шчыльнасць газу, формула для разліку цалкам задавальняе патрабаванням. тады:

m (CH ₄₎ = 0,68 кг / м ³ * 1 м ³ = 0,68 кг, так як метры кубічныя скарачаюцца.

Формула аб'ёму газу, насупраць, складваецца з паказчыкаў масы і шчыльнасці. Гэта значыць, мы можам выказаць гэта значэнне з прыведзенай вышэй канфігурацыі:

V = m / þ, тады пры стандартных умовах аб'ём 2 кг метану будзе роўны: 2 / 0,68 = 2,914 м ^3.

Таксама ў больш складаных выпадках (калі ўмовы нестандартныя) для разліку масы і аб'ёму газаў выкарыстоўваюць раўнанне Мендзялеева-Клапейрона, якое мае выгляд:

p * V = m / M * R * T, дзе р - ціск газу, V - яго аб'ём, m і M - маса і малярная маса адпаведна, R - універсальная газавая пастаянная, роўная 8,314, Т - тэмпература ў Кельвіна.

Такая формула аб'ёму газу дазваляе атрымліваць разлікі вельмі набліжаныя да значэння ідэальнага газу, які існуе чыста гіпатэтычна і выкарыстоўваецца для таго, каб абстрактна паняцці пры вырашэнні задач у фізіцы і хіміі. Таксама разлічыць аб'ём можна па раўнанні Бойля-Мариотта, якое мае выгляд:

V = p _н * V _н * T / p * T _н, дзе значэння з індэксам н - гэта значэння пры нармальных стандартных умовах.

Каб разлік быў максімальна дакладны і адпавядаў рэчаіснасці, неабходна ўлічваць такі параметр, як шчыльнасць газу. Формула для вылічэння гэтага параметру пакуль яшчэ пытанне спрэчнае. Прынята карыстацца самай звычайнай просты, якая мае выгляд:

þ = m ₀ * n, дзе m ₀ - маса малекулы (кг), а n - канцэнтрацыя, адзінка вымярэння - 1 / м ^3.

Аднак у шэрагу выпадкаў неабходна выкарыстоўваць іншыя, больш складаныя і поўныя разлікі з некалькімі зменнымі для атрымання дакладнага і блізкага да ідэальнага выніку.