Methan

Strukturformel
Allgemeen
Naam	Methan
Annere Naams	Methylwaterstoff
Summenformel	CH4
CAS-Tall	74-82-8
Kortbeschrieven	Gas ahn Klöör
Egenschoppen
Molar Masse	16,04 g·mol−1
Phaas	gasförmig
Dicht	0,72 g·l−1 (0°C, 1013 mbar) 0,42 g·cm−3 (fletig, an’n Kaakpunkt)
Smöltpunkt	-182 °C
Kaakpunkt	−162 °C
Dampdruck	1470 hPa (115,6 K)
Löslichkeit	so goot as nich löslich in Water (26 ml·l−1), in Ethanol un Diethylether goot löslich
Sekerheitshenwiesen
Gefahrstoffkennteken ut RL 67/548/EWG, Anh. 1
Gefahrenteken F+ Hooch- tünnernd
R- un S-Sätz	R: 12
	S: (2)-9-16-33
Wietere Sekerheitshenwiesen
MAK	Weert fehlt
Ümweltegenschoppen
WGK	keen Gefahr för Water
GWP	23
Thermodynaamsch Egenschoppen
ΔHf0	−74,87 kJ·mol−1
Sowiet mööglich un tyypsch, warrt dat SI-Eenheitensystem bruukt. Wenn nich anners anmarkt, gellt de angeven Daten bi Standardbedingen.

Methan (oder Methylwaterstoff) is en Gas ahn Röök un Klöör. Dat Woort kummt woll ut dat Greeksche Μεθάνιον αέριον (Methanion Aerion) un wiest, dat ok de Greken al vun das licht tünnern Gas wüssen. So geev dat in Lüttasien Öörd, woneem Methangas-Borns tünnern weern. En Vulkanrebeet, woneem dat Methanborns geev, hett na dat Gas den Naam Methana.

Dat Gas ist dat eenfackste Alkan un de eenfackste Kohlenwaterstoff överhaupt. Sien Summenformel is CH₄, wobi de C-H-Binnen in de Ecken vun en Tetraeder wiesen doot. Methan is de Hööftbestanddeel vun Eerdgas, Biogas, Fuulgas un en bedüden Bestanddeel vun Holtgas. Na Kohlenstoffdioxid is dat dat wichtigste vun Minschen freesette Drievhuusgas, wobi Methan 20 bit 30 mol wirksomer is, man in lüttere Mengden in de Atmosphäär vörkummt. Dor reageert dat mit Suerstoff to Kohlenstoffdioxid un Water, wat aver teemlich langsom vör sik geiht. De Halfweertstiet vun dissen Vörgang warrt op 14 Johr schätzt. Methan warrt as Heizgas bruukt un deent as Utgangsstoff för vele annere orgaansche Verbinnen. Bi bioloogsche un geologsche Vörgäng warrt Methan jümmer nee billt un freesett.

Histoorsch Informatschonen

Methan weer al bi de Alchemisten in’t Middelöller as Fuulgas ünner de Beteken Sumpluft bekannt.

Opdeckt weer Methan 1667 vun Thomas Shirley. Eerst 1772 hett Joseph Priestley rutfunnen, dat dat Gas bi Fuulvörgäng tostannenkummt un 1856 hett Marcellin Berthelot to’n eersten mol Methan herstellt ut Kohlenstoffdisulfid un Swevelwaterstoff.

Egenschoppen

Physikaalsch

Methan is en Gas ahn Klöör un Röök. De Dicht vun Methan is lütter as de vun Luft, dorüm stiggt dat in de högeren Schichten vun de Atmosphäär. Methan verbrennt mit en blaue Flamm, de keen Sott afgifft, ünnerhollt dat Verbrennen aver nich. De Smöltpunkt vun Methan liggt bi -182 °C un bi -161,7 °C fangt dat an to kaken. Vun wegen sien unpolar Egenoort lööst sik dat Gas kuum in Water, man in Ethanol un Diethylether lööst sik dat fein.

Smöltwarms un Verdampenwarms sünd mit 1,1 kJ/mol un 8,17 kJ/mol teemlich hooch för en Gas, man in’n Vergliek to Metallen is dat jümmer noch teemlich wenig. De Hittweert H_i liggt bi ruchweg 35,89 MJ·m⁻³. De Standardentropie bedriggt 188 J/mol·K, de Warmskapazität 35,69 J/mol·K. Methan hett en Tripelpunkt bi 90,67 K un 0,117 bar, bi 190,56 K un 45,96 bar liggt sien kritischen Punkt.

De UN-Tallen vun verdicht un deepküllt Methan sünd 1971 un 1972.

Cheemsch

Methan kann en explosionsordige Reakschoon mit Luft, Suerstoff oder Chlor maken. Bi’t Chloreren kaamt Methylchlorid, Dichlormethan, Chloroform un Tetrachlormethan tostannen. Bi de Oxidatschoon dorgegen geiht dat Molekül vullstännig in’n Dutt. Ut de Reakschoon vun en Methanmolekül mit twee Suerstoffmolekülen entstaht twee Water- un en Kohlenstoffdioxidmolekül. Vun’t Methan leidt sik Methylverbinnen af, as t. B. Methanol un de Methylhalogeniden, as ok de Alkanen mit längere Keden af.

Vörkamen un Entstahn

Methanandeel in de Atmosphäär

Planet	Andeel
Eer	1,75 ppm
Mars	10,5 ppb
Jupiter	3000 ± 1000 ppm
Saturn	4500 ± 2000 ppm
Neptun	1,5 % ± 0,5 %

Methan kummt op vele Oort vör un warrt op de Eer jümmer nee billt. Un ok op annere Planeten gifft dat Methanvörkamen. Op Seebödden kann fast Methanhydrat vörkamen. De Methanvörkamen op de helen Eer warrt op 500 bit 3000 Gt C schätzt. To’n Vergliek: De nawiesten Kohlenreserven bedrägt ruchweg 900 Gt C. Man, üm de Kohlen aftoboen gifft dat noch nich recht en Middel. Dat Winnen vun Methanhydrat künn to’t Lösen vun’t Energieproblem bidrägen, man en groot Problem is, dat dorbi veel Methan in de Atmosphäär afgeven warrn de, wat denn wedder as gresig Drievhuusgas wirken un de globale Ophitten noch wieter verstarken de. Dordör weer denn noch mol wedder mehr Methan freesett. Butendem is dat Föddern vun Methanhydrat, also Methan, dat dör den hogen Druck un de depen Temperaturen an’n Seebodden to Methanhydrat tosamendrückt warrt, nich ahn Gefahr. Eerste Versöken, dat Methanhydrat to Föddern loopt al. De Folgen vun en Afbo in’n groden Rahmwn sünd opstünns noch nich klor. Enige Wetenschoppler vermodt, dat dordör de Kontinentalhangen afrutschen künnen. De bestaht neemlich to’n groden Deel ut Methanies, dat dör dat Föddern unbestännig warrn künn.

Methan is de Hööftbestanddeel vun Eerdgas, un maakt ruchweg 85–98 % ut. Ok dat in Steenkohllagersteden inslaten Gruvengas besteiht vör allen ut Methan.

Nattriesfeller sünd Öörd, woneem Methan freesett warrt.

Op de Welt warrt na en Schätzen jeed Johr 500 Millionen Tunnen Methan utstött, wovun üm un bi 70 % vun de Minschen bidragen warrt. Ok dör den landweertschopplichen Anbo un de Veehtucht warrt Methan freesett. 39  dorvun gaht op dat Hollen vun Rinner torüch un 17 % op den natten Anbo vun Ries. in Düütschland sünd 1994 üm un bi 833.0000 t Methan freesett worrn. De Konzentratschoon in de Atmosphäär is vun 1750 bit 2000 vun 0,8 op 1,75 ppm anstegen.

Bi’t Fulen vun orgaansche Stoffen ünner Afsluten vun Luft in Sümp oder an’n grund vun bannig dreckige Waters billt sik Fuulgas (oder Sumpgas), wat en Mischen ut Methan un Kohlenstoffdioxid is. Biogas besteiht vör allen ut Methan (ruchweg 60 %) un Kohlenstoffdioxid (ruchweg 35 %), dor blangen bargt dat noch Waterstoff, Stickstoff un Swevelwaterstoff.

Bi Stoffwesselvörgäng vun de Methanbillner kummt Methan na de folgen Reakschoonsglieken tostannen:

$\mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\rightarrow 3\,CH_{4}+3\ CO_{2}}$

Druvenzucker reageert to Methan un Kohlendioxid.

Wieter entsteiht Methan ok in depere Eerdschichten bi hoge Temperaturen un Drück. Ut disse Borns kummt de Methan, de bi vulkaansche Aktivitäten freesett warrt.

Op annere Planeten is ok Methan nawiest worrn. In de Atmosphäär vun’n Mars sünd dat blots ruchweg 10,5 ppb. Normalerwies kann sik dat Gas nich in de Atmosphäär hollen, un op Meteoriten as Born gifft dat ok keen Henwiesen. Dorut warrt slaten, dat sik dat Methan op den Planeten nee billt hett. Dat künn en Henwies op Leven op’n Mars wesen, man ok vulkaansche Borns kaamt dorför in Fraag. Methanvörkamen gifft dat ok in de Athmosphären vun Titan, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun un Pluto. Buten uns Sünnsystem is Methan as eerst Molekül op annere Planeten nawiest worrn. In’t Weltall gifft dat Methan also in gröttere Mengden op Planeten, Kometen un Maanden.

Methan op Titan

Radarbild: Methanseen in de Neeg vun’n Titannoordpool

Op den Saturnmaand Titan herrscht bi -180 °C un ruchweg 1,6 bar Atmosphärendruck ungefähr de Tripelpunkt vun Methan. Dorüm kann Methan op den Maand in all dree klassische Phasen vörkamen. Dat gifft Wulken ut Methan, worut dat Methan regnen deit, wat sik in Strööm un Seen sammelt. Dor verdampt dat wedder un billt en slaten Methankreisloop, jüst so as dat mit den Waterkreisloop op de Eer vör sik geiht.

Man, för den Ontario Lacus, wat en See dicht bi’n Süüdpool vun Titan is, is dat sworere Ethan as Hööftbestanddeel nawiest worrn.

In’n März 2008 is Methangas to’n eersten mol op en Planeten buten uns Sünnsystem nawiest worrn, op den Exoplaneten HD 189733b vun’n Tyyp vun de hot Jupiters.

Herstellen

Dat gifft twee Oorden, ut Aluminumcarbid Methan to winnen, de aver tomeist blots in’t Labor bruukt warrt. De Synthees ut Kohlenstoffmonoxid hett sünnere Bedüdem, as op de Wies dat giftige Kohlenstoffmonoxid sinnvull bruukt warrn kann, ofschoonst dat normalerwies nich wünscht is. Man, de Born för’n Waterstoff stellt bi disse Synthees en Problem dor.

• $\mathrm {Al_{4}C_{3}+12\,H_{2}O\longrightarrow 4\,Al(OH)_{3}+3\,CH_{4}}$

Aluminiumcarbid reageert mit Water to Aluminiumhydroxid un Methan, wenn dat hitt maakt warrt.

• $\mathrm {Al_{4}C_{3}+12\,HCl\longrightarrow 4\,Al^{3+}+12\,Cl^{-}+3\,CH_{4}}$

Aluminiumcarbid reageert mit Soltsüür to Aluminiumchlorid un Methan.

• $\mathrm {CH_{3}-COONa+NaOH\longrightarrow Na_{2}CO_{3}+CH_{4}}$

Natriumacetat warrt tosamen mit Natriumhydroxid hitt maakt, dorbi entsteiht Natriumcarbonat un Methan.

• $\mathrm {CO+3\,H_{2}\;{\overrightarrow {\leftarrow }}\;CH_{4}+H_{2}O\,|\,\Delta H=-206\,kJ/mol}$

Kohlenstoffmonoxid reageert mit Waterstoff to Methan un Wasser.

• $\mathrm {CO_{2}+4\,H_{2}\longrightarrow CH_{4}+2\,H_{2}O}$

Kohlenstoffdioxid reageert mit Waterstoff to Methan un Water.
Disse Reakschoon weer in’t 19. Johrhunnert vun’n Franzosen un Nobelpriesdräger Paul Sabatier opdeckt un warrt dorüm Sabatier-Vörgang nöömt.

Methan warrt vundaag ok veel as Brennstoff in Biogasanlagen herstellt. Dat Gas kann ok dör Holtvergasen wunnen warnn.

Gefahren un Sekerheit

Methan kann mit de Luft en explosiv Mischen maken, wenn de Volumenandeel twüschen 4,4 un 16,5 Prozent liggt. Gasexplosionen mit swore Naklapp kaamt jümmer wedder vör, wenn Gas utströömt, ahn dat een dat markt. Ok de gresigen Grunvengasexplosionen in Kohlenbargwarken (Slagweder-Explosion) kaamt vun Luft-Methan-Mischen. Methan is hoochtünnern un hett en Flammpunkt vun -188 °C. De Tünnertemperatur liggt bi 600 °C. Methanfatten schüllt an Steden opbewahrt warrn, wo goot lüft is. Tünnerborns mööt weghollen warrn un gegen elektrostaatsch Opladen schüll ok wat doon warrn. Tomeist warrt dat Gas ünner hogen Druck un tomeist bi siete Temperaturen opbewahrt. In Gasbuddels herrscht tomeist 150 bar, in Tankerscheep sünd üm un bi -160 °C.

Methan warrt bi depe Temperaturen fletig lagert, vun wegen dat dordör de Dicht bannig anstiegen deit. Bi’t Utströmen vun Methan kann dat doröm licht to Sehren dör Freren kamen. Giftig is Methan nich, man dat Opnehmen kann de Aten- (Hyperventilatschoon) un Hartfrequenz hooch setten. Kortfristig kann sieten Blooddruck, keen Geföhl in de Arms un Been, Slaapigkeit, Verwirren un Gedächtnisverlust utlöst warrn, wat all’ns op Suerstoffmangel torüch geiht. De Schaden blifft aver nich. Wenn sik disse Anteken wiesen doot, schall man opbest ut dat Rebeet weggahn un deep döraten. Wenn dat dorna nich beter warrt, mutt de Person in en Krankenhuus bröcht warrn.

Bruuk

De Verfall vun orgaansche Verbinnen dör Bakterien warrt hüüt jümmer mehr weertschopplich nütt, dordör dat ut Mest, Gülle, Kläärschlamm oder orgaanschen Müll Biogas wunnen warrt. Al fröher weer Methan dör Pyrolys vun Holt wunnen (Holtvergasen).

Dat Biogas un de wieteren Methangasmischen warrt to’n Winnen vun Warms un Energie bruukt. Holtgas is in’n Tweeten Weltkrieg to’n Andrieven vun Automobilen bruukt worrn.

Methan is en wichtigen Utgangsstoff för technische Synthesen vun Waterstoff, Methanol, Ethin, Blausüür, Swevelkohlenstoff un Methylhalogeniden.

Reakschonen

Reakschoon mit Suerstoff

Mit Suerstoff kann Methan ünnerscheedliche Reakschonen ingahn, afhangig dorvun, woveel Suerstoff togegen is. Blots wenn noog dorvun dor is, kann Methan vullstännig un mit de besten Energiebüüt verbrennen.

$\mathrm {CH_{4}+2\,O_{2}\rightarrow CO_{2}+2\,H_{2}O\qquad \Delta H^{0}=-891\;kJ\cdot mol^{-1}}$

Is aver nich noog Suerstoff dor, denn entstaht blangento Nevenprodukten, de nich wünscht sünd, as Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Sott (C). Ok de Nüttenergie is in den Fall lütter.

• $\mathrm {2\,CH_{4}+3\,O_{2}\rightarrow 2\,CO+4\,H_{2}O}$
• $\mathrm {CH_{4}+O_{2}\rightarrow C+2\,H_{2}O}$

Wietere Reakschonen

Man, ok annere Stoffen reageert mit Methan. Enige vun disse Reakschonen sünd düchtig wichtig för de cheemsche Industrie, vun wegen dat de produkten dorut ’n grode Bedüden hebbt.

• $\mathrm {CH_{4}+4\,S\rightarrow CS_{2}+2\,H_{2}S}$

Methan reageert mit Swevel bi 700 °C un ünner Aluminiumoxidkatalysater to Kohlenstoffdisulfid un Swevelwaterstoff.

• $\mathrm {2\,CH_{4}+2\,NH_{3}+3\,O_{2}\rightarrow 2\,HCN+6\,H_{2}O}$

Methan reageert mit Ammoniak un Suerstoff an’n Platinkatalysater to Blausüür un Water.

• $\mathrm {CH_{4}+2\,Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl_{2}+2\,HCl}$

Methan reageert mit Halogenen to Methylhalogeniden un Halogenwaterstoffen, hier an’t Bispeel Chlor.

• $\mathrm {2\,CH_{4}\rightarrow C_{2}H_{2}+3\,H_{2}}$

Methan reageert bi 1400 °C un Waterdamp to Ethin un Wasserstoff.

• $\mathrm {CH_{4}+H_{2}O\rightarrow CO+3\,H_{2}\,|\,\Delta H=+206\,kJ/mol}$

Methan reageert bi 800 °C an’n Nickelkuntakt mit Water to Kohlenstoffmonoxid un Waterstoff.

Biologie, Geologie un Klimatologie

Reknermodellen vun’n Methanandeel an de Eerdbavenflach (baven) un in the Stratosphäär (ünnen)

Methan is en wichtig Drievhuusgas. Dat Warmspotenzial vun 1 kg Methan is, op’n Tietduer vun Hunnert Johren rekent, 25 mol höger as dat vun 1 kg Kohlenstoffdioxid. Disse Tall hett ehr Grundlaag ut en Reeg vun Annahmen as to’n Bispeel de Afbosnelligkeit un kann je na Bewerten vun de Tall, de dat IPCC angifft, üm bit to 20 % afwieken. De tonehmen Hollen vun Rinner, de fakene Nattriesanbo un de Emissionen vun Deponiegas föhrt to en Verstarken vun’n Drievhuuseffekt.

För dat stännige Neebilln vun Methan sünd vör allen de Methanbillner verantwoortlich. En Huusrind stött an’n Dag ruchweg 120-250 l Methan ut, vun wegen dat Methanbillner in’n Rinnermagen bi’t Opslitten vun Zelluloos helpt. Ne’e Insichten wiest, dat Planten ok stännig Methan produzeert un dormit ok al jümmer to’n Methanandeel in de Atmosphäär bidragen hebbt.

Blangen Ammoniak un Waterdamp weer Methan en wichtigen Bestanddeel vun de Ooratmosphäär. Na Stanley Miller schall dat en bedüden Rull speelt hebben bi’t Tostannenkamen vun de Eerdatmosphäär. In en Versöök hett he disse Gasen een Week lang elektrische Entladungen utsett, wobi tallrieke orgaansche Verbinnen tostannenkamen sünd, dorünner ok Aminosüren.

In en Atmosphäär, de Suerstoff bragt, warrt Methan langsom oxideert, sünners dör de Hydroxyl-Radikalen. Wenn dat eenmol in de Atmosphäär is, blifft en Methan-Molekül in’n Dörsnitt twölf Johren dor binnen.

Kiek ok

• Biogas
• Drievhuusgas
• Global Ophitten

Literatur

Böker

• Reichelt Pfeifer: H₂O & Co Organische Chemie. Ollnborg, München 2003, ISBN 3-486-16032-X (Kapitel över Methan un Informatschonen ok to de annern Alkanen)
• Christian Felske: Minimierung von Restgasemissionen aus Siedlungsabfalldeponien durch Methanoxidation in Deponieabdeckschichten, ISBN 3-8322-2168-9
• Christiane Werth: Zur Methanaktivierung in Salzschmelzen, ISBN 3-8322-2597-8

Tietschriftenartikel

• o.A.: Pflanzen - eine vergessene Methanquelle. in: Bergbau Heft 1/2007, S. 7-8 (Digitalisat, pdf, 72.2 kB)

Weblenken

Methan. Mehr Biller, Videos oder Audiodateien to’t Thema gifft dat bi Wikimedia Commons.

• Methan in de Atmosphäär vun’n Mars
• Egenschoppen, Herstellen un Vörkamen
• Entstahn, Vörkamen un klimaatsch Bedüden