Хімічні властивості метану: горіння, термічний розклад, хлорування. Застосування метану та його галогенопохідних

Метан має такі хімічні властивості. Він горить, утворюючи вуглекислий газ і воду.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

Горіння метану супроводжується виділенням великої кількості теплоти. У разі нестачі кисню метан окиснюється не повністю. І тоді замість карбон(IV) оксиду CO₂ утворюється карбон(II) оксид CO, відомий як чадний газ.

2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O.

При нагріванні метан може розкладатися на прості речовини вуглець і водень. Це реакція повного розкладу.

CH₄ → C + 2H₂

А при температурі понад 1500 °С метан розкладається з утворенням ацетилену C₂H₂ і водню. Це реакція неповного розкладу або дегідрування.

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

За звичайних умов метан не окислюється розчином калій перманганату, лугами і кислотами; не знебарвлює бромну воду.

Метан не вступає в реакції приєднання, але вступає в реакції заміщення. Серед реакцій заміщення найбільше значення мають реакції галогенуваня (хлорування, бромування) та нітрування. Реакція хлорування відбувається при освітленні суміші метану і хлору розсіяним ультрафіолетовим промінням (або при нагріванні). У ході реакції відбувається поступове заміщення атомів Гідрогену в молекулі метану атомами хлору. Продуктами реакції є відповідно на першій стадії хлорометан CH₃Cl і HCl, на другій стадії - дихлорометанCH₂Cl₂ і HCl, на третій - трихлорометан CHCl₃ і HCl; і на четвертій - тетрахлорометан CHCl₄ і HCl.

CH₄  CH₃Cl  CH₂Cl₂  CHCl₃  CCl₄

Це ланцюгова реакція, яка відбувається за вільнорадикальним механізмом. Вивченням механізму таких реакцій займався російський учений Микола Миколайович Семенов, за що й був нагороджений Нобелівською премією.

Механізм реакції нітрування метану вперше дослідив російський учений Коновалов, і тому ця реакція носить його ім’я. Реакція нітрування метану відбувається при температурі 140 °С у присутності суміші двох концентрованих кислот - нітратної і сульфатної. Суміш цих кислот називають нітруючою сумішшю. У результаті реакції нітрування утворюється нітроментан CH₃NO₂ і вода.

CH₄ + HNO₃  CH₃NO₂ + H₂O

Застосування метану досить різноманітне і базується на його властивостях. Завдяки великій теплотворній здатності метан у великих кількостях витрачається як паливо у побуті і промисловості. Широко застосовують речовини, які добувають із метану: водень, ацетилен, сажу. Він є вихідною сировиною у виробництві формальдегіду, метилового спирту, а також різних синтетичних продуктів. Хлорометан використовується в органічному синтезі; дихлорометан і трихлорометан - як розчинники; тетрахлорометан - як засіб для гасіння вогню.