گاز طبیعی: فرمول. فرمول شیمیایی گاز. تمام انواع گاز طبیعی

امروزه بسیاری از گازهای مختلف شناخته شده است. بعضی از آنها یک فرد به روش آزمایشگاهی، از مواد شیمیایی دریافت می کنند، بعضی از آنها به علت واکنش به عنوان محصولات جانبی شکل می گیرند. و گازها در طبیعت متولد می شوند؟ اصلی ترین گازهای طبیعی طبیعی، چهار منبع اصلی هستند:

• گاز طبیعی، که فرمول آن CH _{4 است} ؛
• نیتروژن، N ₂ ؛
• هیدروژن، H2؛
• دی اکسید کربن، CO ₂ .

البته، برخی دیگر نیز وجود دارند - اکسیژن، سولفید هیدروژن، آمونیاک، گازهای غیر مستقیم، مونوکسید کربن. با این حال، لیست شده در بالا عمدتا برای مردم قابل توجه است و توسط آنها برای مقاصد مختلف، از جمله به عنوان سوخت استفاده می شود.

گاز طبیعی چیست؟

طبیعی نوعی گاز است که طبیعت به ما می دهد. به این معناست که محتوای موجود در رودههای زمین بسیار بالاتر از میزانی است که در صنعت به عنوان یک نتیجه از واکنشهای شیمیایی دریافت می شود.

متادون گاز طبیعی گاز معمول است، اما این کاملا درست نیست. اگر ترکیب این گاز را با کسری در نظر بگیریم، می توانیم ترکیب مولکولی آن را ببینیم:

• متان (تا 96٪)؛
• اتان؛
• پروپان
• بوتان؛
• هیدروژن؛
• دی اکسید کربن؛
• نیتروژن؛
• سولفید هیدروژن (مقدار کمی و کمیاب).

بنابراین، به نظر می رسد که گاز طبیعی مخلوطی از چندین گاز طبیعی است.

گاز طبیعی: فرمول

از دیدگاه شیمیایی، گاز طبیعی مخلوطی از هیدروکربنهای خطی ساده - متان، اتان، پروپان و بوتان است. اما از آنجایی که یک حجم بزرگتر هنوز متان است، روش معمولی برای بیان فرمول کلی گاز طبیعی با فرمول به طور مستقیم متان است. بنابراین، معلوم می شود که فرمول شیمیایی گاز طبیعی methane-CH ₄ .

اجزای باقی مانده از فرمول های تجربی زیر در شیمی هستند:

• اتان - C ₂ H ₆ ؛
• پروپان C ₃ H ₈ ؛
• بوتان C ₄ H ₁₀ ؛
• دی اکسید کربن - СО ₂ ؛
• نیتروژن - N ₂ ؛
• هیدروژن H ₂ ؛
• سولفید هیدروژن - H ₂ S.

مخلوطی از این مواد یک گاز طبیعی است. فرمول ترکیب اصلی متان نشان می دهد که محتوای کربن در آن بسیار کوچک است. به عنوان مثال، این خواص فیزیکی خود را، مانند توانایی سوزاندن با شعله بدون رنگ و کاملا غیر سیگاری، تحت تاثیر قرار می دهد. در حالی که نمایندگان دیگر سری هومولوگ (تعدادی از هیدروکربن های اشباع یا آلکان ها) در طول احتراق شعله سیاهی سیاهی ایجاد می کنند.

بودن در طبیعت

در طبیعت، این گاز در عمق زیرزمینی، تحت لایه های ضخیم و متراکم سنگ های رسوبی یافت می شود. دو نظریه اصلی مبداء گاز طبیعی در طبیعت وجود دارد.

1. تئوری حرکات زمین شناسی سنگها. حامیان این نظریه معتقدند که هیدروکربن ها در داخل زمین همیشه در معرض حرکت جنبش های تکتونیکی قرار می گیرند و باعث می شود که آن ها کاهش یابد. در بالا، فشار بالا و تغییر دما آنها را به عنوان یک نتیجه از واکنش های شیمیایی به دو ماده طبیعی - نفت و گاز تبدیل می کند.
2. نظریه بیوژنیک از یک روش دیگر سخن می گوید که منجر به تشکیل گاز طبیعی می شود. فرمول آن ترکیب ترکیب کیفی - کربن و هیدروژن را نشان می دهد، که نشان می دهد که تشکیل آن شامل موجودات زنده ای ارگانیک است که بدن آنها بیشتر از این عناصر ساخته شده است مانند همه موجودات موجود در سیاره ما که تا کنون وجود دارد. با گذشت زمان، باقیمانده های مرده حیوانات و گیاهان به پایین زمین به اقیانوس فرو می ریزند، جایی که اکسیژن و باکتری ها قادر به تجزیه و پردازش این توده ارگانیک نیستند. در نتیجه اکسیداسیون بی هوازی، زیست توده تجزیه شد و برای دو میلیون سال دو منبع مواد معدنی - نفت و گاز تشکیل شد. در عین حال، اساس هر دو همان است - هیدروکربن ها و مواد نیمه مولکولی جزئی. فرمول شیمیایی گاز و روغن این را ثابت می کند. با این حال، تحت تاثیر شرایط مختلف، محصولات مختلف شکل می گیرد: فشار بالا و دما - گاز، شاخص های کم - نفت.

تا به امروز، ذخایر اصلی و ذخایر گاز کشورهایی مانند روسیه، ایالات متحده، کانادا، ایران، نروژ و هلند است.

با توجه به وضعیت کلی آن، گاز طبیعی نمی تواند همیشه در حالت گاز باشد. برای چگالی آن چندین گزینه وجود دارد:

1. گاز در مولکول های نفت حل شده است.
2. گاز در مولکول های آب حل می شود.
3. این گاز هیدراتهای گاز جامد را تشکیل می دهد.
4. در شرایط عادی یک ترکیب گازدار.

هر یک از این ایالات دارای سپرده خود و برای انسان بسیار ارزشمند است.

دریافت در آزمایشگاه و صنعت

علاوه بر مکان های طبیعی تشکیل گاز، راه های متعددی برای دریافت آن در آزمایشگاه وجود دارد. با این حال، این روش ها، البته، فقط برای بخش های کوچکی از محصول استفاده می شود، زیرا سودآوری اقتصادی ترکیب گاز طبیعی در آزمایشگاه نیست.

روش های آزمایشگاهی:

1. هیدرولیز ترکیب کم مولکولی - کاربید آلومینیوم: AL ₄ C ₃ + 12H ₂ O = 3CH ₄ + 4AL (OH) _3.
2. از استات سدیم در حضور قلیایی: CH ₃ COOH + NaOH = CH ₄ + Na ₂ CO _3.
3. از گاز سنتز: CO + 3H ₂ = CH ₄ + H ₂ O.
4. از مواد ساده - هیدروژن و کربن - در دمای و فشار بالا.

فرمول شیمیایی گاز طبیعی با فرمول متان منعکس شده است، بنابراین تمام واکنش های مشخص شده برای آلکان ها نیز برای یک گاز مشخص مشخص می شوند.

در صنعت، متان از رسوبات طبیعی استخراج می شود و بیشتر توسط بخش ها پردازش می شود. همچنین تولید گاز الزامی باید تمیز شود. پس از همه، فرمول گاز طبیعی متان نشان می دهد تنها بخشی از آن اجزای موجود در آن است. و برای استفاده خانگی، شما نیاز به یک گاز تمیز است که شامل مواد دیگر، به جز متان نیست. اتان، پروپان، بوتان و سایر گازهای جدا شده نیز کاربرد گسترده ای دارند.

خواص فیزیکی

فرمول گازی ایده ای را درباره خواص فیزیکی آن ارائه می دهد. بیایید در نظر بگیریم، این ویژگی ها چیست؟

1. یک ماده بی رنگ که بوجود نیاورد
2. تراکم تقریبی بین 0.7-1 کیلوگرم در مترمربع است ^.
3. دمای احتراق 650 ^{درجه سانتی} گراد است.
4. تقریبا دو برابر سبکتر از هوا.
5. گرمای آزاد شده توسط سوزاندن یک متر مکعب گاز 46 میلیون ژول است.
6. در غلظت بالا (بیش از 15٪) در هوا، گاز بسیار انفجاری است.
7. هنگامی که به عنوان سوخت استفاده می شود، تعداد اکتان 130 را نشان می دهد.

گاز خالص تنها پس از گذراندن آن از طریق تاسیسات تصفیه (تاسیساتی) خاص که در محل استخراج معدنی ساخته می شود، به دست می آید.

درخواست

چندین زمینه اصلی کاربرد گاز طبیعی وجود دارد. علاوه بر اجزای اصلی آن، فرمول گازی که CH ₄ ، تمام اجزای مخلوط نیز استفاده می شود.

1. زمینه زندگی مردم. این شامل گاز برای پخت و پز، گرمایش ساختمان های مسکونی، سوخت برای اتاق های دیگ بخار و غیره است. به گاز مورد استفاده برای پخت و پز، مواد خاصی را که متعلق به گروه merkaptans هستند اضافه کنید. این کار به گونه ای انجام می شود که در صورت یک لوله یا دیگر جریان گاز از بین برود، مردم می توانند بوی آن را بگیرند و اقدام کنند. مخلوط گاز داخلی (ترکیبی از پروپان و بوتان) در غلظت های بالا بسیار انفجاری است. Mercaptans همچنین گاز طبیعی را ناخوشایند می کند. فرمول آنها شامل عناصر مانند گوگرد و فسفر است که به آنها این خاصیت را می دهد.

2. تولید مواد شیمیایی. در این زمینه یکی از اصلی ترین مواد اولیه برای واکنش های بسیاری برای به دست آوردن ترکیبات مهم گاز طبیعی است که فرمول آن نشان می دهد که در آن سنتز می تواند شرکت کند:

• اساس تولید پلاستیک، که شایع ترین مواد مدرن برای تقریبا تمام صنایع است؛
• مواد اولیه در سنتز اتان، سیانید هیدروژن و آمونیاک. محصولات خود را در آینده به ساخت بسیاری از الیاف مصنوعی و پارچه، کود و بخاری در ساخت و ساز در آینده؛
• لاستیک، متانول، اسید های ارگانیک - از متان و مواد دیگر تشکیل شده است. آنها عملا در همه حوزه های زندگی انسان کاربرد دارند
• پلی اتیلن و بسیاری از ترکیبات دیگر از طبیعت مصنوعی به لطف متان تولید شده است.

3. به عنوان یک سوخت استفاده کنید. و برای هر نوع فعالیت انسانی، اعم از پر کردن نوع مناسب لامپهای جدول و قبل از بهره برداری از نیروگاههای حرارتی. این نوع سوخت در برابر تمام روش های جایگزین، سازگار با محیط زیست و مناسب است. با این حال، در طول احتراق متان دی اکسید کربن، مانند هر ماده آلاینده دیگر، تشکیل می دهد. و شناخته شده است که باعث اثر گلخانه ای زمین می شود. بنابراین، مردم با وظیفه یافتن منبع پاک کننده و کیفی انرژی حرارتی مواجه هستند.

تا کنون، اینها همه منابع اصلی هستند که از گاز طبیعی استفاده می کنند. فرمول او، اگر ما تمام اجزای پیچیده را بگیریم، نشان می دهد که این یک منبع تجربی عملا تجدید شده است، اما برای مدت زمان بسیار طولانی لازم است. کشور ما با ذخایر گاز بسیار خوش شانس است، چرا که چنین مقدار فسیلی طبیعی برای صدها سال نه تنها برای خود روسیه بلکه برای بسیاری از کشورهای جهان از طریق صادرات کافی است.

نیتروژن

این بخشی جدایی ناپذیر از ذخایر نفت و گاز طبیعی است. علاوه بر این، این گاز بیشترین میزان هوای (78٪) را اشغال می کند و همچنین به عنوان ترکیبات طبیعی نیترات در لیتوفسفر رخ می دهد.

به عنوان یک ماده ساده، نیتروژن عملا توسط موجودات زنده استفاده نمی شود. فرمول آن به شکل N _{2 است} ، یا از نقطه نظر پیوندهای شیمیایی N≡N. وجود چنین پیوند قوی نشان دهنده ثبات بالا و بی حرکتی شیمیایی مولکول در شرایط عادی است. این امکان وجود مقدار زیادی از این گاز را در یک شکل آزاد در جو توضیح می دهد.

در فرم یک ماده ساده، نیتروژن می تواند توسط ارگان های خاص - باکتری گره ها ثابت شود. سپس آنها را به این فرم مناسب برای گیاهان تبدیل می کنند و به همین دلیل مواد معدنی سیستم های ریشه را انجام می دهند.

چندین ترکیب اساسی وجود دارد که به شکل نیتروژن در طبیعت وجود دارد. فرمول آنها به شرح زیر است:

• اکسید - NO _2، N ₂ O، N ₂ O _5؛
• اسیدها - نیتروژن HNO ₂ و نیتروژن HNO ₃ (تشکیل شده در هنگام تخلیه رعد و برق از اکسید در هوا هوا)؛
• نیترات - KNO ₃ ، NaNO ₃ و غیره.

انسان از نیتروژن استفاده می کند نه تنها در قالب گاز، بلکه در حالت مایع. این توانایی برای رفتن به حالت مایع در دمای زیر -170 ⁰ C، که اجازه می دهد آن را برای بستن بافت های گیاهی و حیوانی، بسیاری از مواد استفاده می شود. به همین دلیل است که نیتروژن مایع در پزشکی به طور گسترده ای استفاده می شود.

همچنین، نیتروژن پایه ای برای به دست آوردن یکی از ترکیب اصلی آن - آمونیاک است. تولید این ماده چند قطبی است، زیرا در زندگی روزمره و صنعت (تولید رغبت، رنگ، پلاستیک، الیاف مصنوعی، اسیدهای آلی، رنگ و لاک، مواد منفجره و غیره) بسیار کاربرد دارد.

دی اکسید کربن

فرمول ماده چیست؟ دی اکسید کربن به عنوان CO ₂ ثبت می شود. پیوند در مولکول، نیروی شیمیایی دوگانه قوی بین کربن و اکسیژن است. این نشان می دهد ثبات و انعطاف پذیری مولکول در شرایط عادی است. این واقعیت توسط وجود آزاد دی اکسید کربن در جو زمین ثابت شده است.

این ماده یک بخشی جدایی ناپذیر از گاز طبیعی و نفت است و همچنین در لایه های بالایی جو زمین به وجود می آید و به همین دلیل اثر گلخانه ای را ایجاد می کند.

مقدار زیادی دی اکسید کربن بوسیله احتراق هر نوع سوخت آلی تولید می شود. این که آیا زغال سنگ، چوب، گاز یا سایر سوخت ها، احتراق کامل منجر به تشکیل آب و این ماده می شود.

از این رو معلوم است که انباشت آن در جو اجتناب ناپذیر است. بنابراین، یک وظیفه مهم جامعه مدرن، جستجوی سوخت جایگزین است که حداقل اثر گلخانه ای را به ارمغان می آورد.

هیدروژن

ترکیب دیگری که در ترکیب مواد معدنی طبیعی اتفاق می افتد، هیدروژن است. گاز، که فرمول آن H _{2 است} . ساده ترین ماده از همه تا به امروز شناخته شده است.

با توجه به ویژگی های خاص آن، در دو مقطع در جدول تناوبی - در میان فلزات قلیایی و هالوژن قرار دارد. داشتن یک الکترون، می تواند آن را (خواص فلز، کاهش)، و (خواص غیر فلزی، اکسیداسیون).

محدوده اصلی استفاده سوخت سوخت سازگار با محیط زیست است، که دانشمندان آینده را ببینند. علل:

• مقدار نامحدود سهام این گاز؛
• تشکیل تنها آب به عنوان یک نتیجه از احتراق.

با این حال، تکنولوژی کامل توسعه هیدروژن به عنوان منبع انرژی نیاز به اتمام بسیاری از تفاوت های بیشتر دارد.

فرمول برای محاسبه جرم، تراکم و حجم گازها

در فیزیک و شیمی چند روش اساسی برای محاسبه گازها استفاده می شود. بنابراین، برای مثال، اگر ما در مورد یکی از ساده ترین پارامترها مانند توده گاز صحبت کنیم، فرمول محاسبه به شرح زیر خواهد بود:

M = V * þ، جایی که þ چگالی ماده است، و V حجم آن است.

به عنوان مثال، اگر ما نیاز به محاسبه توده گاز طبیعی از 1 متر مکعب در شرایط عادی داشته باشیم، سپس مقدار استانداردی از تراکم آن را در مواد مرجع می گیریم. این مقدار برابر با 0.68 کیلوگرم در متر مربع خواهد بود. اکنون ما حجم و تراکم گاز را می دانیم، فرمول محاسبه به طور کامل با الزامات مطابقت دارد. سپس:

M (CH ₄ ) = 0.68 کیلوگرم / متر ³ * 1 متر ³ = 0.68 کیلوگرم، به عنوان متر مکعب کاهش می یابد.

از سوی دیگر، فرمول حجم گاز، از شاخص های جرم و تراکم تشکیل شده است. این است که ما می توانیم این مقدار را از پیکربندی بالا بیان کنیم:

V = m / þ، و سپس در شرایط استاندارد حجم 2 کیلوگرم متان برابر خواهد بود: 2 / 0،68 = 2،914 متر ³ .

همچنین در موارد پیچیده تر (زمانی که شرایط غیر استاندارد است) معادله مندیلف و کلایپیرن برای محاسبه جرم و حجم گازها استفاده می شود که دارای فرم است:

P * V = m / M * R * T، جایی که p فشار گاز است، V حجم آن است، m و M به ترتیب جرم و مولی است، R ثابت ثابت جهان است که برابر با 8344 است و T دما در کلوین است.

چنین فرمول حجمی گاز باعث می شود که محاسبات بسیار تقریبی به ارزش یک گاز ایده آل که صرفا فرضی است وجود داشته باشد و برای یک مفهوم انتزاعی در حل مشکلات در فیزیک و شیمی استفاده می شود. شما همچنین می توانید حجم را با استفاده از معادله Boyle-Mariotte محاسبه کنید که به صورت زیر است:

V = p n * V n * T / p * T n، جایی که مقادیر با index n در شرایط استاندارد عادی ارزش دارند.

به محاسبه شد دقیق ترین و با واقعیت، چنین گزینه در نظر گرفته شود، به عنوان چگالی گاز. فرمول محاسبه این پارامتر است که هنوز هم یک مسئله. تصمیم به استفاده از ساده رایج ترین، این است که:

þ = متر ₀ * n که در آن متر ₀ - واحد غلظت - - جرم مولکولی (کیلوگرم) N 1 / متر ^3.

با این حال، در برخی موارد لازم است به استفاده از دیگر، محاسبات پیچیده تر و کامل تر با متغیرهای چند گانه به تولید دقیق و به نتیجه ایده آل نزدیک تر است.