Khí thiên nhiên: công thức. khí công thức hóa học. Tất cả các loại khí thiên nhiên

Ngày nay, nhiều loại khí khác nhau được biết đến. Một số người trong số họ nhận được trong phòng thí nghiệm, từ hóa chất, một số được hình thành như là kết quả của phản ứng như sản phẩm phụ. Và khí nào được sinh ra trong tự nhiên? Các khí chính đó có nguồn gốc tự nhiên, tự nhiên là bốn:

• Khí tự nhiên, công thức của nó là CH ₄ ;
• Nitơ, N ₂ ;
• Hydro, H ₂ ;
• Carbon dioxide, CO ₂ .

Tất nhiên, có một số khác - oxy, hydrogen sulphide, ammonia, khí trơ, carbon monoxide. Tuy nhiên, danh sách trên là thực tế quan trọng đối với người dân và được sử dụng bởi chúng cho các mục đích khác nhau, bao gồm cả nhiên liệu.

Khí tự nhiên là gì?

Tự nhiên là loại khí mà tự nhiên mang lại cho chúng ta. Tức là, chất có trong ruột của trái đất cao hơn và lớn hơn nhiều so với số lượng nó nhận được trong công nghiệp do phản ứng hóa học.

Thường gọi là metan khí tự nhiên, nhưng điều này không hoàn toàn đúng. Nếu chúng ta xem xét thành phần của khí như vậy bằng các phân số, chúng ta có thể thấy thành phần thành phần sau:

• Methane (lên đến 96%);
• Ethane;
• Propane;
• Butan;
• Hydro;
• Carbon dioxide;
• Nitơ;
• Sulfua hydro (nhỏ, theo dõi lượng).

Như vậy, dường như khí tự nhiên là một hỗn hợp của một số khí có nguồn gốc tự nhiên.

Khí tự nhiên: Công thức

Theo quan điểm hóa học, khí tự nhiên là hỗn hợp các hydrocacbon tuyến tính đơn giản - metan, ethane, propan và butan. Nhưng vì một thể tích lớn hơn vẫn là khí mê-tan nên phổ biến công thức để thể hiện công thức chung của khí tự nhiên với công thức methane trực tiếp. Vì vậy, hóa ra công thức hóa học của khí tự nhiên metan-CH4.

Các thành phần còn lại có các công thức thực nghiệm sau đây trong hóa học:

• Ethan - C ₂ H ₆ ;
• Propane-C ₃ H ₈ ;
• Butan-C ₄ H ₁₀ ;
• Carbon dioxide - СО ₂ ;
• Nitơ - N ₂ ;
• Hydro-H ₂ ;
• Hydro sunfua - H ₂ S.

Một hỗn hợp các chất như vậy là một loại khí tự nhiên. Công thức của hợp chất metan chính của nó cho thấy hàm lượng cacbon trong nó rất nhỏ. Điều này ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của nó, chẳng hạn như khả năng đốt cháy bằng ngọn lửa không màu, hoàn toàn không hút thuốc. Trong khi các đại diện khác của chuỗi tương đồng của nó (một số hydrocarbon bão hòa hoặc alkanes) tạo thành một ngọn lửa khói màu đen trong quá trình đốt.

Đang trong tự nhiên

Trong tự nhiên, khí này được tìm thấy sâu dưới lòng đất, dưới lớp dày và dày đặc của đá trầm tích. Có hai lý thuyết chính về nguồn gốc của khí tự nhiên trong tự nhiên.

1. Lý thuyết về các chuyển động kiến tạo của đá. Những người ủng hộ lý thuyết này tin rằng hydrocacbon chứa trong nội thất của trái đất luôn luôn và tăng lên như là kết quả của phong trào kiến tạo và cắt lên. Ở phía trên, áp suất cao và nhiệt độ thay đổi biến đổi chúng thành phản ứng hóa học thành hai loại khoáng chất tự nhiên - dầu và khí.
2. Lý thuyết sinh học nói về một phương pháp khác, dẫn đến sự hình thành khí tự nhiên. Công thức của nó phản ánh thành phần định lượng - cacbon và hydro, cho thấy sự hình thành của nó liên quan đến sinh vật sống hữu cơ, phần thân chúng được xây dựng từ các nguyên tố này, giống như tất cả các sinh vật sống trên hành tinh chúng ta hiện nay. Với thời gian trôi qua, các tàn tích của động vật và thực vật đã xuống dưới đáy đại dương, nơi không có ôxy hoặc vi khuẩn có khả năng phân hủy và xử lý khối lượng hữu cơ này. Do quá trình oxy hóa k an khí, sinh khối bị phân hủy, và trong hai triệu năm, hai nguồn khoáng sản - dầu và khí - được hình thành. Đồng thời, cơ sở của cả hai là cùng một - hydrocacbon và một phần các chất phân tử thấp. Công thức hóa học của khí đốt và dầu chứng minh điều này. Tuy nhiên, dưới ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau, các sản phẩm khác nhau được hình thành: áp suất cao và nhiệt độ - khí, chỉ số thấp - dầu.

Đến nay, các khoản tiền gửi chính và trữ lượng khí đốt là các nước như Nga, Hoa Kỳ, Canada, Iran, Na Uy và Hà Lan.

Theo trạng thái tổng hợp của nó, khí tự nhiên không phải lúc nào cũng chỉ chứa trong trạng thái khí. Có một số lựa chọn cho ngưng tụ của nó:

1. Khí này tan trong các phân tử dầu.
2. Khí tan trong các phân tử nước.
3. Loại khí này tạo thành khí hydrat rắn.
4. Trong điều kiện bình thường, một hợp chất khí.

Mỗi tiểu bang có tiền gửi riêng và rất có giá trị đối với con người.

Lấy trong phòng thí nghiệm và công nghiệp

Ngoài các vị trí tự nhiên của sự hình thành khí, có một số cách để có được nó trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, các phương pháp này, tất nhiên, chỉ được sử dụng cho một phần nhỏ của sản phẩm, vì không có lợi nhuận để kinh tế nhận ra sự tổng hợp của khí tự nhiên trong phòng thí nghiệm.

Phương pháp xét nghiệm:

1. Thủy phân của hợp chất phân tử thấp hợp kim nhôm: AL ₄ C ₃ + 12H ₂ O = 3CH ₄ + 4AL (OH) _3.
2. Từ natri axetat với sự hiện diện của kiềm: CH ₃ COOH + NaOH = CH ₄ + Na ₂ CO _3.
3. Từ khí tổng hợp: CO + 3H ₂ = CH ₄ + H ₂ O.
4. Trong số các chất đơn giản - hydro và cacbon - ở nhiệt độ và áp suất cao.

Công thức hoá học của khí tự nhiên được phản ánh bằng công thức của mêtan, do đó tất cả các phản ứng đặc trưng của alkan cũng là đặc trưng cho một loại khí cụ nhất định.

Trong ngành công nghiệp, khí mê-tan được chiết xuất từ các trầm tích tự nhiên và được gia công thêm bằng các phân số. Ngoài ra, khí đốt sản xuất nhất thiết phải được làm sạch. Nói cho cùng, công thức khí tự nhiên mê-tan chỉ cho thấy một phần của những thành phần chứa trong nó. Và để sử dụng trong gia đình, bạn cần một khí sạch mà không chứa các chất khác, ngoại trừ khí mê-tan. Các ethane, propan, butan và các loại khí khác được tách ra cũng được ứng dụng rộng rãi.

Tính chất vật lý

Các công thức khí cho một ý tưởng về những tính chất vật lý cần có. Hãy xem xét những đặc điểm này là gì?

1. Một chất không màu mà không có mùi.
2. Mật độ xấp xỉ khoảng 0,7-1 kg / m ^3.
3. Nhiệt độ đốt cháy là 650 ^° C.
4. Gần hai lần nhẹ hơn không khí.
5. Nhiệt phát ra bằng cách đốt một mét khối khí là 46 triệu Joules.
6. Trong nồng độ cao (trên 15%) trong không khí, khí rất bùng nổ.
7. Khi được sử dụng làm nhiên liệu, nó thể hiện số octan là 130.

Khí sạch sẽ thu được sau khi đi qua các nhà máy xử lý đặc biệt (lắp đặt), được xây dựng tại khu vực khai thác khoáng sản.

Ứng dụng

Có một số lĩnh vực chính áp dụng khí tự nhiên. Ngoài các thành phần chính, công thức khí CH ₄ , tất cả các thành phần khác của hỗn hợp cũng được sử dụng.

1. Hộ gia đình sinh sống. Điều này bao gồm khí để nấu ăn, sưởi ấm của các tòa nhà dân cư, nhiên liệu cho các phòng lò hơi và như vậy. Đối với khí dùng để nấu, thêm các chất đặc biệt thuộc nhóm mercaptans. Điều này được thực hiện sao cho trong trường hợp có đường ống hoặc sự bỏ qua khí gas khác, người ta có thể ngửi thấy nó và hành động. Một hỗn hợp khí đốt trong nước (hỗn hợp propan và butan) cực kỳ bùng nổ ở nồng độ cao. Mercaptans cũng làm cho khí tự nhiên khó chịu. Công thức của chúng bao gồm các nguyên tố như lưu huỳnh và photpho, điều này cho chúng đặc trưng này.

2. Sản xuất hoá chất. Trong lĩnh vực này, một trong những chất ban đầu chính cho nhiều phản ứng để có được các hợp chất quan trọng là khí tự nhiên, công thức của nó cho thấy trong đó syntheses nó có thể tham gia:

• Cơ sở để sản xuất nhựa, là vật liệu hiện đại phổ biến nhất cho hầu hết các ngành công nghiệp;
• Nguyên liệu thô trong tổng hợp ethane, hydrogen cyanide và amoniac. Các sản phẩm tự sản xuất nhiều sợi tổng hợp, vải, phân bón và lò sưởi trong xây dựng trong tương lai;
• Cao su, methanol, axit hữu cơ - được hình thành từ mêtan và các chất khác. Họ tìm thấy ứng dụng thực tế trong mọi lĩnh vực của cuộc sống con người;
• Polyetylen và nhiều hợp chất khác có tính chất tổng hợp đã được tạo ra nhờ khí mê-tan.

3. Dùng làm nhiên liệu. Và đối với bất kỳ hoạt động nào của con người, từ việc bơm lại đúng loại đèn bàn và trước khi vận hành các nhà máy nhiệt điện. Loại nhiên liệu này được coi là thân thiện với môi trường và phù hợp với tất cả các phương pháp thay thế. Tuy nhiên, trong quá trình đốt cháy, mêtan tạo thành carbon dioxide, giống như bất kỳ vật chất hữu cơ khác. Và nó được biết là gây ra hiệu ứng nhà kính của trái đất. Vì vậy, mọi người đang phải đối mặt với nhiệm vụ tìm kiếm một nguồn năng lượng nhiệt hơn và sạch hơn.

Cho đến nay, đây là tất cả các nguồn chính sử dụng khí tự nhiên. Công thức của ông, nếu chúng ta lấy tất cả các thành phần phức tạp, cho thấy đó là một tài nguyên có thể tái tạo thực tế, chỉ cần một thời gian rất dài cho việc này. Đất nước chúng ta có trữ lượng khí đốt rất là may mắn, bởi vì một lượng hóa thạch tự nhiên như vậy đã đủ cho hàng trăm năm không chỉ đối với Nga, mà còn cho nhiều nước trên thế giới thông qua xuất khẩu.

Nitơ

Đây là một phần không thể tách rời của các mỏ dầu tự nhiên. Ngoài ra, khí này chiếm hầu hết khối lượng trong không khí (78%), và cũng xảy ra như các hợp chất tự nhiên của nitrat trong thạch quyển.

Như một chất đơn giản, nitơ là thực tế không được sử dụng bởi các sinh vật sống. Công thức của nó có dạng N2, hoặc, theo quan điểm của các liên kết hoá học, N≡N. Sự hiện diện của một liên kết mạnh như vậy cho thấy sự ổn định cao và sự trơ hoá hóa học của phân tử trong điều kiện bình thường. Điều này giải thích khả năng tồn tại một lượng lớn khí này trong một dạng tự do trong bầu khí quyển.

Ở dạng một chất đơn giản, nitơ có thể được cố định bởi các sinh vật đặc biệt - vi khuẩn nấm. Sau đó, chúng sẽ tiến triển thành một dạng phù hợp hơn cho các loại khí này và do đó thực hiện dinh dưỡng khoáng sản của hệ thống gốc.

Có một số hợp chất cơ bản dưới hình thức có nitơ trong tự nhiên. Công thức của họ là như sau:

• Oxides - NO _2, N ₂ O, N ₂ O _5;
• Axit - nitơ HNO ₂ và nitric HNO ₃ (được hình thành trong quá trình xả sét từ các oxit trong không khí);
• Nitrate - KNO ₃ , NaNO ₃ và như vậy.

Con người sử dụng nitơ không chỉ ở dạng khí, mà còn trong trạng thái lỏng. Nó có khả năng đi vào trạng thái lỏng ở nhiệt độ dưới -170 ⁰ C, cho phép nó được sử dụng để đóng băng các mô thực vật và động vật, nhiều vật liệu. Đây là lý do tại sao nitơ lỏng được sử dụng rộng rãi trong y học.

Ngoài ra, nitơ là cơ sở để có được một trong những hợp chất chính của nó - amoniac. Việc sản xuất chất này rất đa dạng, vì nó được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày và trong ngành công nghiệp (sản xuất cao su, thuốc nhuộm, chất dẻo, sợi tổng hợp, axit hữu cơ, sơn và vecni, chất nổ, vv).

Carbon dioxide

Công thức cho chất đó là gì? Carbon dioxide được ghi nhận là CO ₂ . Liên kết trong phân tử là hợp hóa trị cực cực, hai lực mạnh hóa học giữa cacbon và oxy. Điều này cho thấy sự ổn định và tính trơ của phân tử trong điều kiện bình thường. Thực tế này được xác nhận bởi sự tồn tại tự do của carbon dioxide trong bầu khí quyển của trái đất.

Chất này là một phần không thể tách rời của khí đốt tự nhiên và dầu, và cũng tích tụ trong các tầng trên của bầu khí quyển của hành tinh, gây ra hiệu ứng nhà kính được gọi là.

Một lượng lớn carbon dioxide được tạo ra bởi sự đốt cháy của bất kỳ loại nhiên liệu hữu cơ. Cho dù than, gỗ, khí đốt hoặc nhiên liệu khác, đốt hoàn toàn dẫn đến sự hình thành của nước và chất này.

Do đó nó chỉ ra rằng tích tụ của nó trong bầu khí quyển là không thể tránh khỏi. Do đó, một nhiệm vụ quan trọng của xã hội hiện đại là tìm kiếm một nhiên liệu thay thế cho hiệu quả nhà kính tối thiểu.

Hydro

Một hợp chất ngẫu nhiên xảy ra trong thành phần khoáng chất tự nhiên là hydro. Gas, công thức của nó là H ₂ . Chất dễ dàng nhất của tất cả được biết đến ngày.

Do tính chất đặc biệt của nó, nó chiếm hai vị trí trong bảng tuần hoàn - trong số các kim loại kiềm và halogen. Có một điện tử, nó có khả năng cho nó (kim loại tài sản, tái tạo), và chấp nhận (tài sản phi kim loại, oxy hoá).

Diện tích sử dụng chính là nhiên liệu thân thiện với môi trường, mà các nhà khoa học nhìn thấy trong tương lai. Nguyên nhân:

• Không giới hạn số lượng cổ phiếu của khí này;
• Sự hình thành của nước chỉ là kết quả của sự cháy.

Tuy nhiên, công nghệ đầy đủ của phát triển hydro như một nguồn năng lượng đòi hỏi phải hoàn thành nhiều sắc thái khác nhau.

Công thức tính khối lượng, mật độ và thể tích khí

Trong vật lý và hóa học, một số phương pháp cơ bản để tính toán khí được sử dụng. Ví dụ, nếu chúng ta nói về một trong những thông số cơ bản nhất, chẳng hạn như khối lượng khí, công thức tính như sau:

M = V * þ, trong đó þ là mật độ vật chất, và V là thể tích của nó.

Ví dụ, nếu chúng ta cần tính toán khối lượng khí tự nhiên 1 mét khối trong điều kiện bình thường thì chúng ta lấy giá trị trung bình của mật độ trong các vật liệu tham khảo. Nó sẽ bằng 0,68 kg / m ³ . Bây giờ chúng ta biết khối lượng và mật độ của khí, công thức tính toán hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu. Sau đó:

M (CH ₄ ) = 0,68 kg / m ³ * 1 m ³ = 0,68 kg, khi lượng mét khối giảm.

Công thức cho khối lượng khí, mặt khác, bao gồm các chỉ số khối lượng và mật độ. Tức là, chúng ta có thể biểu diễn giá trị này từ cấu hình trên:

V = m / þ, sau đó trong điều kiện tiêu chuẩn thể tích 2 kg khí mê-tan sẽ bằng: 2 / 0,68 = 2,914 m ³ .

Trong các trường hợp phức tạp hơn (khi điều kiện không đạt tiêu chuẩn), phương trình Mendeleev-Clapeyron được sử dụng để tính toán khối lượng và thể tích khí, có dạng:

Trong đó p là áp suất khí, V là khối lượng của nó, m và M là khối lượng và khối lượng mol, R là hằng số khí phổ quát bằng 8.314, và T là nhiệt độ trong Kelvin.

Công thức khối lượng khí như vậy làm cho có thể có được tính toán rất gần với giá trị của một khí lý tưởng tồn tại giả thuyết thuần túy và được sử dụng cho một khái niệm trừu tượng trong việc giải quyết các vấn đề trong vật lý và hóa học. Bạn cũng có thể tính toán thể tích sử dụng phương trình Boyle-Mariotte, trông như sau:

Trong đó các giá trị với chỉ số n là các giá trị trong các điều kiện chuẩn bình thường. V = p _τ * V _τ * T / p * T _н ,

Để tính toán là chính xác nhất và phù hợp với thực tế, như một lựa chọn để được xem xét, như mật độ của khí. Công thức tính thông số này vẫn là một điểm tranh luận. Quyết định sử dụng đơn giản phổ biến nhất, đó là:

þ = m ₀ * n, trong đó m ₀ - đơn vị tập trung - - khối lượng phân tử (kg) n 1 / m ^3.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp nó là cần thiết để sử dụng các tính toán khác, phức tạp hơn và hoàn chỉnh với nhiều biến để sản xuất chính xác và gần gũi hơn với kết quả lý tưởng.