גז טבעי: נוסחא. גז נוסחה כימית. כל סוגי גז טבעי

כיום, גזים רבים ושונים ידועים. כמה מהם אדם מקבל במעבדה דרכים, מן כימיקלים, חלקם נוצרים כתוצאה של תגובות כמו תוצרי לוואי. ומה גזים נולדים בטבע? הגזים העיקריים של מקור טבעי וטבעי הם ארבעה:

• גז טבעי, הנוסחה שלו היא CH ₄ ;
• חנקן, N ₂ ;
• מימן, H ₂ ;
• פחמן דו חמצני, CO ₂ .

כמובן, יש כמה אחרים - חמצן, מימן גופרתי, אמוניה, גזים אינרטי, חד תחמוצת הפחמן. עם זאת, המפורטים לעיל הם משמעותיים עבור אנשים המשמשים אותם למטרות שונות, כולל דלק.

מהו גז טבעי?

טבעי הוא סוג של גז הטבע נותן לנו. כלומר, מי שתכולתו במעיים של כדור הארץ גבוהה בהרבה מהכמות שהיא מקבלת בתעשייה כתוצאה מתגובות כימיות.

נהוג לקרוא גז מתאן טבעי, אבל זה לא לגמרי נכון. אם ניקח בחשבון את הרכב הגז על ידי שברים, אנו יכולים לראות הרכב הרכב הבאים שלה:

• מתאן (עד 96%);
• אתאן;
• פרופאן;
• בוטאן;
• מימן;
• פחמן דו חמצני;
• חנקן;
• מימן גופרתי (קטן, עקבות כמויות).

לפיכך, נראה כי גז טבעי הוא תערובת של כמה גזים ממוצא טבעי.

גז טבעי: פורמולה

מנקודת מבט כימית, גז טבעי הוא תערובת של פחמימנים ליניאריים פשוטים - מתאן, אתאן, פרופן ובוטאן. אבל מאז נפח גדול יותר הוא עדיין מתאן, זה נוהג נפוץ להביע את הנוסחה הכללית של גז טבעי עם הנוסחה ישירות מתאן. לכן, מתברר כי הנוסחה הכימית של גז טבעי methane-CH ₄ .

לרכיבים הנותרים יש את הנוסחאות האמפיריות הבאות בכימיה:

• אתאן - C ₂ H ₆ ;
• Propane-C ₃ H ₈ ;
• בוטאן-ג ₄ H ₁₀ ;
• פחמן דו חמצני - СО ₂ ;
• חנקן - N ₂ ;
• מימן-H ₂ ;
• מימן גפרתי - H ₂ S.

תערובת של חומרים כאלה היא גז טבעי. הנוסחה של המתחם הראשי מתאן שלה מראה כי התוכן פחמן בו הוא קטן מאוד. זה משפיע על התכונות הפיזיות שלו, למשל, את היכולת לשרוף עם להבה ללא צבע, ללא עישון לחלוטין. בעוד נציגים אחרים של הסדרה ההומולוגית שלה (מספר פחמימנים רוויים או אלקאנים) יוצרים להבה עשן שחור במהלך הבעירה.

להיות בטבע

בטבע, גז זה נמצא עמוק מתחת לפני הקרקע, מתחת לשכבות עבות וצפופות של סלעי משקע. ישנן שתי תיאוריות עיקריות על מקור הגז הטבעי בטבע.

1. התיאוריה של תנועות טקטוניות של סלעים. תומכי תיאוריה זו מאמינים כי פחמימנים כלולים בפנים של כדור הארץ תמיד ולעלות כתוצאה תנועות טקטוניות וחתכים. בחלק העליון, לחץ גבוה וטמפרטורה משתנה הופכים אותם כתוצאה מתגובה כימית לשני מינרלים טבעיים - נפט וגז.
2. התיאוריה הביוגנית מדברת על שיטה אחרת, שהביאה להיווצרות של גז טבעי. הנוסחה שלה משקפת את ההרכב האיכותי - פחמן ומימן, המעיד על כך שהיווצרותו מורכבת מיצורים אורגניים חיים, שגופיהם נבנו בעיקר מאלמנטים אלה, כמו כל היצורים החיים על הפלנטה שלנו, הקיימים עד כה. עם חלוף הזמן נותרו שרידי בעלי חיים וצמחים נמוכים יותר אל קרקעית האוקיינוס, שבה לא היה חמצן או חיידק המסוגל לפרק ולעבד את המסה האורגנית. כתוצאה מחמצון אנאירובי, התפוררה ביומסה, ובמשך שני מיליון שנה, שני מקורות של מינרלים - נפט וגז - נוצרו. יחד עם זאת, הבסיס של שניהם זהה - פחמימנים וחומרים מולקולריים נמוך חלקית. הנוסחה הכימית של גז ונפט מוכיחה זאת. עם זאת, תחת השפעת תנאים שונים, מוצרים שונים נוצרים: לחץ גבוה וטמפרטורה - גז, אינדיקטורים נמוכים - שמן.

עד כה, הפיקדונות העיקריים ורזרבות הגז הן מדינות כמו רוסיה, ארצות הברית, קנדה, איראן, נורבגיה והולנד.

על פי מצבו המצטבר, גז טבעי לא תמיד יכול להיכלל רק במצב של גז. ישנן מספר אפשרויות עבור עיבוי שלה:

1. הגז מומס במולקולות השמן.
2. הגז מומס במולקולות מים.
3. הגז יוצר טמפרטורות גז מוצקות.
4. בתנאים רגילים, תרכובת גזי.

כל המדינות הללו יש להפקיד שלה הוא בעל ערך רב לבני אדם.

קבלת במעבדה ובתעשייה

בנוסף למקומות הטבעיים של היווצרות הגז, ישנן מספר דרכים לקבל את זה במעבדה. עם זאת, שיטות אלה, כמובן, משמשים רק חלקים קטנים של המוצר, שכן אין זה רווחי מבחינה כלכלית לממש את הסינתזה של גז טבעי במעבדה.

שיטות מעבדה:

1. הידרוליזה של תרכובת נמוכה מולקולרית - קרביד אלומיניום: AL ₄ C ₃ + 12H ₂ O = 3CH ₄ + 4AL (OH) _3.
2. מ אצטט נתרן בנוכחות אלקלי: CH ₃ COOH + NaOH = CH ₄ + Na ₂ CO _3.
3. מגז הסינתזה: CO + 3H ₂ = CH ₄ + H ₂ O.
4. חומרים פשוטים - מימן ופחמן - בטמפרטורות גבוהות ובלחץ.

הנוסחה הכימית של גז טבעי באה לידי ביטוי בנוסחה של מתאן, ולכן כל התגובות האופייניות לאלקנים אופייניות גם לגז נתון.

בתעשייה, מתאן מופק מפיקדונות טבעיים ומעובד עוד יותר על ידי שברים. כמו כן, הגז המיוצר בהכרח צריך לנקות. אחרי הכל, הנוסחה גז טבעי מתאן מראה רק חלק מרכיבים אלה שהוא מכיל. ולשימוש ביתי, אתה צריך גז נקי שאינו מכיל חומרים אחרים, למעט מתאן. מופרדים אתאן, פרופאן, בוטאן וגזים אחרים גם למצוא יישום רחב.

תכונות פיסיקליות

נוסחת הגז נותנת מושג לגבי התכונות הפיזיות שיש לה. הבה נבחן, מה הם המאפיינים האלה.

1. חומר חסר צבע שאין לו ריח.
2. הצפיפות המשוערת משתנה בין 0.7-1 ק"ג למ"ק ^.
3. טמפרטורת הבעירה היא 650 ^° C.
4. כמעט פי שניים קל יותר מהאוויר.
5. החום המשתחרר על ידי שריפת מטר מעוקב אחד של גז הוא 46 מיליון ג'אול.
6. בריכוז גבוה (מעל 15%) באוויר, הגז הוא חומר נפץ מאוד.
7. כאשר משמש דלק, הוא מציג מספר אוקטן של 130.

גז נקי מתקבל רק לאחר העברתו באמצעות מתקני טיפול מיוחדים (מתקנים), הנמצאים באתר הפקת המינרלים.

יישום

ישנם מספר תחומים עיקריים של יישום של גז טבעי. בנוסף למרכיב העיקרי שלה, את הנוסחה גז אשר CH ₄ , כל שאר המרכיבים של תערובת משמשים גם.

1. תחום משקי הבית של חיי אדם. זה כולל גז לבישול, חימום של בנייני מגורים, דלק עבור חדרי הדוודים וכן הלאה. כדי הגז המשמש לבישול, להוסיף חומרים מיוחדים השייכים לקבוצה של mercaptans. זה נעשה כך שבמקרה של צינור או השמטה אחרת של גז זורם, אנשים יכולים להריח אותו ולפעול. תערובת של גז מקומי (תערובת של פרופאן ו בוטאן) הוא חומר נפץ מאוד בריכוזים גבוהים. Mercaptans גם להפוך את הגז הטבעי לא נעים. הנוסחה שלהם כוללת אלמנטים כגון גופרית וזרחן, אשר נותן להם את הספציפיות.

2. ייצור כימי. באזור זה, אחד החומרים הראשוניים העיקריים עבור תגובות רבות כדי להשיג תרכובות חשובות הוא גז טבעי, הנוסחה של אשר מראה שבו syntheses זה יכול להשתתף:

• בסיס לייצור של פלסטיק, שהם החומר המודרני הנפוץ ביותר כמעט בכל הענפים;
• חומרי גלם בסינתזה של אתאן, ציאניד מימן ואמוניה. המוצרים עצמם ממשיכים לייצר סיבים סינתטיים רבים, בדים, דשנים ותנורים בבנייה בעתיד;
• גומי, מתנול, חומצות אורגניות - נוצרים מתאן וחומרים אחרים. הם מוצאים את היישום כמעט בכל תחומי החיים האנושיים;
• פוליאתילן ותרכובות רבות אחרות בעלות אופי סינתטי הופקו הודות למתאן.

3. השתמש כדלק. ועל כל סוג של פעילות אנושית, החל מילוי הסוג המתאים של מנורות שולחן ולפני ההפעלה של תחנות כוח תרמיות. סוג זה של דלק נחשב לסביבה ולצלול כנגד כל השיטות החלופיות. עם זאת, במהלך הבעירה, מתאן צורות פחמן דו חמצני, כמו כל חומר אורגני אחר. וזה ידוע כדי לגרום את אפקט החממה של כדור הארץ. לכן, אנשים מתמודדים עם המשימה של מציאת מקור אפילו נקי ואיכותי של אנרגיה תרמית.

עד כה, אלה הם כל המקורות העיקריים המשמשים גז טבעי. הנוסחה שלו, אם ניקח את כל המרכיבים המורכבים, מראה כי זה משאב מתחדשת כמעט, רק זמן רב מאוד נדרש לכך. המדינה שלנו עם עתודות גז הוא בר מזל, כי כמות כזו של מאובן טבעי מספיק במשך מאות שנים רבות לא רק עבור רוסיה עצמה, אלא גם עבור מדינות רבות בעולם באמצעות הייצוא.

חנקן

זהו חלק בלתי נפרד של נפט וגז פיקדונות טבעיים. בנוסף, זה גז תופסת את רוב נפח באוויר (78%), וכן מתרחשת כמו תרכובות טבעיות של חנקה ב ליתוספירה.

כחומר פשוט, חנקן הוא כמעט לא בשימוש על ידי אורגניזמים חיים. הנוסחה שלה יש את הטופס N ₂ , או, מנקודת מבט של קשרים כימיים, N≡N. נוכחות של קשר חזק כל כך מעידה על היציבות הגבוהה והאינדקס הכימי של המולקולה בתנאים רגילים. זה מסביר את האפשרות של קיומו של כמות גדולה של גז זה בצורה חופשית באטמוספרה.

בצורה של חומר פשוט, חנקן יכול להיות קבוע על ידי אורגניזמים מיוחדים - חיידקים גידולים. לאחר מכן הם תהליך לתוך צורה מתאימה יותר עבור צמחים זה גז ובכך לבצע תזונה מינרלית של מערכות צמח השורש.

ישנם מספר תרכובות בסיסיות בצורה שבה יש חנקן בטבע. הנוסחה שלהם היא כדלקמן:

• תחמוצות - NO _2, N ₂ O, N ₂ O _5;
• חומצות - חנקן HNO ₂ וחנקן HNO ₃ (נוצר במהלך הפרשות ברק מתחמוצות באווירת האוויר);
• ניטראט - KNO ₃ , NaNO ₃ וכן הלאה.

האדם משתמש בחנקן לא רק בצורה של גז, אלא גם במצב נוזלי. יש לו את היכולת להיכנס למצב נוזלי בטמפרטורה מתחת -170 ⁰ C, אשר מאפשר לה לשמש להקפיא רקמת הצמחים ובעלי חיים, חומרים רבים. זו הסיבה חנקן נוזלי הוא בשימוש נרחב ברפואה.

כמו כן, חנקן הוא הבסיס להשגת אחד המרכיבים העיקריים שלה - אמוניה. הייצור של חומר זה הוא multitonous, כפי שהוא נמצא בשימוש נרחב מאוד בחיי היומיום והתעשייה (ייצור של גומי, צבעים, פלסטיק, סיבים סינתטיים, חומצות אורגניות, צבע ולכה, חומרי נפץ, וכו ').

פחמן דו חמצני

מהי הנוסחה של החומר? פחמן דו חמצני נרשם כמו CO ₂ . הקשר במולקולה הוא קוולנטי חלש, כפול כוח כימי חזק בין פחמן וחמצן. זה מציין את היציבות ואת האינרטיות של המולקולה בתנאים רגילים. עובדה זו מאוששת על ידי קיום חופשי של פחמן דו חמצני באטמוספירה של כדור הארץ.

חומר זה הוא חלק בלתי נפרד של גז טבעי ושמן, וכן מצטבר בשכבות העליונות של האטמוספירה של כדור הארץ, מה שמכונה אפקט החממה שנקרא.

כמות עצומה של דו תחמוצת הפחמן נוצרת על ידי הבעירה של כל סוג של דלק אורגני. בין אם פחם, עץ, גז או דלקים אחרים, שריפה מלאה מובילה להיווצרות של מים זה חומר.

מכאן מתברר כי הצטברותו באטמוספירה היא בלתי נמנעת. לכן, משימה חשובה של החברה המודרנית היא למצוא דלק חלופי שנותן אפקט החממה המינימלי.

מימן

מתחם מקרי נוסף המתרחש בהרכב המינרלים הטבעיים הוא מימן. גז, הנוסחה של אשר הוא H ₂ . החומר הכי קל של כל הידוע עד כה.

בשל המאפיינים המיוחדים שלה, היא תופסת שתי עמדות בטבלה המחזורית - בין מתכות אלקליות לבין הלוגנים. לאחר אלקטרון אחד, הוא מסוגל לתת את זה (תכונות מתכת, regenerative), וכן קבלת (תכונות nonmetallic, חמצון).

השטח העיקרי של השימוש הוא דלק ידידותי לסביבה, אשר המדענים רואים את העתיד. סיבות

• כמות בלתי מוגבלת של מניות של גז זה;
• היווצרות של מים רק כתוצאה של בעירה.

עם זאת, הטכנולוגיה המלאה של פיתוח מימן כמקור אנרגיה דורש השלמת ניואנסים רבים יותר.

נוסחאות לחישוב מסת, צפיפות ונפח גזים

בפיסיקה ובכימיה נעשה שימוש במספר שיטות בסיסיות לחישוב גזים. כך, למשל, אם אנחנו מדברים על אחד הפרמטרים הבסיסיים ביותר, כגון מסה של גז, הנוסחה לחישוב יהיה כדלקמן:

M = V * þ, כאשר þ היא צפיפות החומר, ו- V הוא נפח.

לדוגמה, אם אנחנו צריכים לחשב את המסה של גז טבעי של מטר מעוקב אחד בתנאים רגילים, אז אנחנו לוקחים את הערך הממוצע הסטנדרטי של הצפיפות שלה בחומרי עזר. זה יהיה שווה ל 0.68 ק"ג / מ ' ³ . עכשיו שאנחנו יודעים את נפח וצפיפות של גז, הנוסחה חישוב מלא עונה על הדרישות. ואז:

M (CH ₄ ) = 0.68 kg / m ³ * 1 m ³ = 0.68 ק"ג, כאשר הקוביות מופחתות.

הנוסחה להיקפי הגז, לעומת זאת, מורכבת ממדדי המסה והצפיפות. כלומר, אנו יכולים לבטא את הערך הזה מן התצורה לעיל:

V = m / þ, ולאחר מכן בתנאים סטנדרטיים נפח של 2 ק"ג של מתאן יהיה שווה ל: 2 / 0,68 = 2,914 מ ' ³ .

גם במקרים מורכבים יותר (כאשר התנאים אינם סטנדרטיים), משוואת מנדלייב-קלפירון משמשת לחישוב מסת וגודל של גזים, אשר יש את הטופס:

P = V = m / M * R * T, כאשר p הוא לחץ הגז, V הוא נפחו, m ו- M הם המונית והמוסה הטוחנת בהתאמה, R הוא קבוע הגז האוניברסלי השווה ל- 8,314, ו- T הוא הטמפרטורה בקלווין.

נוסחה כזו של נפח גז מאפשרת להשיג חישובים משוערים מאוד לערך של גז אידיאלי שקיים באופן היפותטי בלבד, והוא משמש למושג מופשט בפתרון בעיות בפיסיקה ובכימיה. ניתן גם לחשב את עוצמת הקול באמצעות משוואת Boyle-Mariotte, שנראית כך:

V = p _≥ * V * T / p * T _н , כאשר הערכים עם המדד n הם ערכים בתנאים רגילים רגילים.

החישוב היה הכי מדויק ועקבי עם המציאות, כגון אופציה להיחשב, כמו צפיפות של גז. הנוסחה לחישוב פרמטר זה הוא עדיין נקודה שנויה במחלוקת. החלטתי להשתמש פשוט הנפוצה ביותר, כי הוא:

Þ = m ₀ * N, כאשר m ₀ - מסה מולקולרית (ק"ג) n - יחידת ריכוז - 1 / m ^3.

עם זאת, במקרים מסוימים יש צורך להשתמש אחרים, יותר חישובים מורכבים ומלאים עם משתנים מרובים כדי לייצר מדויק קרובה לתוצאות האידיאליות.