Ключові особливості
Стандартний склад, хімічна формула газу болотного – все це наочно демонструє його приналежність до найпростіших сполук вуглецю. Навколо даного елемента групуються інші компоненти. Болотний Газ зустрічається в природі у вільному стані в якості суміші з вуглекислим газом або азотом. Він виникає в результаті розкладання органічних речовин. Як правило, це опинилися під водою і позбавлені доступу до повітря рослини.Кам'яновугільні копальні – ще одне місце, де формується горючий болотний газ. Він накопичується серед порід після розкладання органічних залишків. Цьому сприяють численні порожнечі. Такі гази вириваються при появі випадково виниклого отвори.
Місця освіти
Незважаючи на своє досить однозначне назва, газ болотний (а точніше, метан) виділяється ще й із земляних тріщин поруч з родовищами нафти. Перші подібні випадки були зафіксовані в Сполучених Штатах Америки на берегах річки Аллегейни, а також в Росії в Каспійському краї. В Баку з цієї причини з давніх часів існувало переказ про загадкових бакинських вогнях. Природний феномен виявився змішаним з вуглекислим газом, азотом і нафтовими парами болотним газом.З розвитком промисловості і технології видобутку корисних копалин люди навчилися утилізувати виділявся метан. Перший такий завод з'явився в Пенсільванії. Болотний Газ відрізняється тим, що утворюється безперервно, його можна виявити в будь-якому болоті або ставку. Часто для цього досить просто доторкнутися палицею до мулу. Після цього бульбашки газу спливають на водну поверхню.
Основа болотного газу
Утворення основного компоненту природного газу (метану) допомагають бактерії. З-за них починається бродіння клітковини рослин, що сприяє появі метану. Самий чистий метан, як вважається, характерний для грязьових вулканів Апшеронського і Керченського півостровів. Крім того, він виникає в соляних залежах, джерелах і фумаролах – отворах і тріщинах, розташованих біля підніжжя вулканів. Метан присутня в кишечнику людини. Його містять продукти видихания деяких тварин. Одним з перших письмових свідчень про цю речовину можна вважати твори античного письменника Плінія, згадуваного про газоподібних горючих з'єднаннях.
Вибухонебезпечність
Найбільше болотний газ відомий завдяки своїм руйнівним властивостями. При запаленні в суміші з повітрям він викликає вибух. Причиною тому служать властивості метану. Вибух болотного газу і схожих сполук довгий час наводив жах на людей, що пояснювали відбувалося забобонами. Причини аномалії стали зрозумілі тільки після наукового дослідження даного феномену. Болотний газ, метан та інші вибухонебезпечні з'єднання спонукали людей винайти лампу Деві. Її стали використовувати як на болотах, так і у вугільних шахтах. У цій лампі продукти горіння відводилися з допомогою спеціальної сітки, завдяки якій виключалась можливість займання горючої газової суміші.Історія відкриття
Великий внесок у вивчення болотного газу (метану) вніс італійський вчений Аллесандро Вольта. У 1776 році він довів, що дана речовина відрізняється від водню, так як йому необхідно вдвічі більше кисню для спалювання. Крім того, саме Вольта визначив, що болотний газ – це джерело вугільної кислоти. Італієць виявив метан на кордоні Швейцарії та Італії, поруч з озером Лаго-Маджоре. Натхненням для вченого стала стаття американського вченого і політика Бенджаміна Франкліна про феномен «пального повітря». Вольта першим отримав метан, збираючи газ, що виділяється болотом.
Продовження досліджень
Іншими важливими дослідниками природного феномена були французький хімік Клод Бертолле і британський хімік Вільям Генрі. Останній з них в 1805 році визначив склад болотного газу і відрізнить його від етилену (так званого маслородного газу). Загадка вибухонебезпечної речовини ховалася в його основному компоненті – метані. Він був визначений як легкий вуглеводневий газ (на відміну від важкого вуглеводневого газу етилену). З часом устоявся інший термін – водородистий метил. Дослідження Генрі продовжили Джон Дальтон і Йенс Якоб Берцеліус. У 1813 році англійський хімік і геолог Гемфрі Деві провів аналіз рудникового газу і прийшов до висновку, що ця речовина – суміш метану, вугільного ангідриду та азоту. Так було доведено, що горюча суміш, виділяється в рудниках, тотожна схожою суміші на болотах.
Вплив на екологію
Характерний для болотного газу метан виникає внаслідок певних хімічних реакцій. В першу чергу це суха перегонка органіки (наприклад, торфу або дерева). Хімічно чистий метан отримують з допомогою розкладання цинкметила водою (при цьому виробляється окис цинку). Сьогодні дана речовина привертає увагу багатьох екологів з-за своєї участі у формуванні парникового ефекту. Відбувається це внаслідок накопичення метану в атмосфері Землі. Болотний газ поглинає теплове випромінювання в інфрачервоній області спектру. За цим параметром він поступається тільки чистого вуглекислого газу. Екологи оцінюють внесок метану в посилення парникового ефекту приблизно в 30%.Властивості, склад, хімічна формула газу болотного сьогодні вивчаються в рамках дослідження його впливу на атмосферу нашої планети. У природних кількостях, виробляються самою природою, він не був небезпечний в якості причини парникового ефекту. Однак проблема полягає в тому, що величезна кількість метану потрапляє в атмосферу з вини самих людей. Аналог болотного газу виробляється на різних підприємствах. Це так званий абиогенний метан. Той, який виникає на болотах, вважається біогенним – тобто виникли внаслідок трансформацій органічної речовини.
Метаногенез
Біосинтез метану (а отже, і виникнення болотного газу) також називається метаногенезом. У цьому процесі беруть участь бактерії археи. Вони аеробни, тобто можуть отримувати енергію для життєдіяльності, обходячись без кисню. Археи не мають мембранних органел і ядра. Бактерії виробляють метан, відновлюючи одноуглеродние з'єднання за допомогою вуглецевих спиртів і одновуглецевих сполук. Інший спосіб – диспропорционирование ацетату. Виробляється бактеріями енергія трансформується ферментами АТФ-синтазами. У метаногенезе беруть участь самі різні молекули: коферменти, метанофуран, тетрагидрометаноптерин і т. д.
Метаногени
Науці відомо 17 родів і 50 видів архей, здатних генерувати основу болотного газу. Вони утворюють примітивні багатоклітинні колонії. Найбільш вивчений геном подібних архей – Methanosarcina acetivorans. Вони перетворять в ацетати та метан монооксид вуглецю, використовуючи для цього ферменти ацетаткинази і фосфотрансацетилази. Також існує теорія про те, що ці археи в давнину могли трансформуватися в тиоефир за умови, що в тодішньому мулі була висока концентрація сульфіду заліза.Причина лісових пожеж
При достатній емісії та концентрації болотний газ, возгоревшись, може викликати великий природний торф'яної і лісова пожежа. Сьогодні існує цілий комплекс боротьби з подібними явищами. Спеціальні служби проводять газовий моніторинг найбільш заболочених областей. Вони відповідають за профілактику та кількісний контроль співвідношення компонентів потенційно небезпечного газу. Наприклад, одним з найбільш заболочених в Московській області є східний Шатурський район. В його водоймах водиться багато риби (карасів, окунів, бичків, коропів, щук, сазанів), тритонів, жаб, змій, ондатр, птахів (чапель, випий, куликів, качок). В кістках всіх цих тварин міститься фосфор. Він переробляється бактеріями, після чого з'являються дещо інші речовини. Це дифосфин і фосфін. Саме вони є головними ініціаторами ланцюгової реакції по самозаймання. Почалися подібним чином пожежі – серйозна екологічна проблема. Від загорянь на болотах горять не тільки ліси, а й торфовища. Пожежа може поширитися углиб них. Такі торфовища можуть горіти цілими роками. У Росії зосереджено близько двох третин усіх боліт світу. Вони зустрічаються в центрі європейської частини країни, Західного Сибіру та на Камчатці. Загальна площа боліт в Росії – близько 340 мільйонів гектарів, 210 з яких покриті лісовим покривом. Найбільше газу виробляється влітку. В такий період за добу на площі в один гектар може виділитися близько двох з половиною кілограмів метану.
Взаємодія з киснем і хлором
Природний болотний газ, хімічна формула якого – CH 4 горить ледь світиться блідим полум'ям. Найсильніший вибух з ним відбувається при запаленні в суміші, що містить 7-8 обсягів повітря і 2 об'єму кисню. Газ малорозчинний у воді (на відміну від алкоголю). Він вступає в реакції виключно з галогенами. При взаємодії з хлором болотний газ утворює хлористий метил CH 3 Cl. Дана речовина отримують лабораторним шляхом. Для цього хлористоводородний газ пропускають в киплячий розчин з метилного алкоголю і розплавленого хлористого цинку. У результаті виходить безбарвний газ, характерною рисою якого є приємний ефірний запах з солодкуватим смаком. При сильному тиску або охолодженні він згущується в рідину.Застосування та реакції з галогенами
Метан (болотний газ), формула і застосування якого в якості палива вивчаються у шкільній програмі, активно взаємодіє з галогенами. В результаті реакцій заміщення з цими речовинами утворюються такі сполуки: бромистий, хлористий, фтористий і фтористий метилен. Останній з них вперше був отриманий російським хіміком Олександром Бутлеровим. Йодистий метилен – сильно заломлює світло жовтувата рідина. Температура її кипіння – 180 °C. Як називається болотний газ, повністю замещенний галогенами? Це чотирихлористий вуглець. Він був відкритий французьким хіміком Анрі Реньо в 1839 році. Це рідина з характерним пряним запахом. Вона має анестезуючу ефектом. Інше подібне речовина – четирехбромистий вуглець. Він видобувається з золи від морських рослин.