Метан

Метан

Метан (лат. Methanum) - Газ түріндегі көмірсутек СН₄, метанды немесе парафинді көмірсутектері тізбегінің алғашқы мүшесі.

Метанның құрылысы

Заттардың осы көмірсутектер тобына жатуы олардың құрылысына қараи сипатталады. Алдымен өте қарапайым көмірсутек метанның құрылысын қарастырайық . Метан СН4-түссіз және иіссіз,ауадан екі есе дерлік жеңіл газ.Ол табиғатта өсімдік және жануарлар ағзалары қалдығының ауасыз жерде ыдырауы нәтежиесінде түзіледі.Сондықтан ол батпақты суларда,тас көмір шахталарында кездеседі.Қазір отын ретінде тұрмыста және өндірісте пайдаланатын табиғи газ құрамында метан едәуір мөлшерде ковалентті сипатта болады. Органикалық химияда молекулалардың кеңістік құрылысы жөніндегі ілімнің дамуы нәтежесінде метан молекуласының шынында біз қағаз бетінде беинелейтініміздей жалпақ емес,тетраедр пішінді екені анықталады Метан молекуласының неге тетраедр екенін қарастырайық.Сірә,біз көміртегі атомның құрылысына сүйенуіміз керек шығар.Бірақ мұнда біз қайшылыққа кездесеміз.Көміртегі атомының төрт валенттік электроны бар,олардың екеуі жұптасқан s-электроны,олар сутегі атомдарымен химиялық байланыс түзе алмайды.Химиялық баиланыс тек жұптаспаған екі р-электрон есебінен болады.Ал ондай жағдаида метанның формуласы СН4 емес,СН2 болуы керек,ол шындыққа саи келмейді.Химиялық байланыстарды төмендегідей түсіндіру нәтижесінде мұндай қайшылықтар жойылады. Көміртегі атомы сутегінің атомдарымен өзара әрекеттескен кезде оның сыртқы қабатының s-электрондары ажырап,олардың біреуі үшінші р-электронның бос орнын алады және өзінің қозғалысы кезінде көлемдік сегіздік түрінде бұлт түзіп,ол басқа екі р-электрон бұлтына перпендикуляр болады.Бұл кезде атом қозған күйі деп аталатын жағдайға ауысады.Енді төрт валенттік электронның барлығы да жұптаспаған күйде қалып,химиялық төрт байланыс жасайды.Бірақ жаңа қайшылықтар пайда болады.3р-электрон сутегі атомдарымен өзара перпендикуляр бағытта,яғни 90(градус)бұрыш жасап,химиялық үш байланыс жасауға тиісті,ал онда сутегінің төртінші атомы еркін бағытта қосылыса алар еді,өиткені s-электронның бұлты сфералық пішінді және бұл баиланыстардың,сірә, қасиеттері өзгеше болар еді.Сол кезде метан малекуласындағы С-Н баиланысының барлығы бірдеи екені белгілі және109◦28 бұрыш жасап орналасқан.Бұл қайшылықты шешуге электрондар гибриттенуі жөніндегі түсінік жәрдемдеседі. Химиялық байланыстар түзілу процесі кезінде көміртегі атомының барлық валенттік электрондарының (бір s-және үш p-электрондарының) бұлты теңесіп,бірдей болады.Бұл кезде олардың бәрі тетраедрдың төбесіне қарай бағыттала созылған,семметриясыз көлемдік сегіздік пішінді болады (электрон тығыздығының таралуы ядроның бір жағында екінші жағына қарағанда электрондар көбірек болатынын көрсетеді). Гибридті электрон бұлттарының осьтері аралығындағы бұрыш 109◦28 -ке тең болып шығады да бұл олардың аттас зарядтылар тәрізді бірінен-бірінің барынша алшақтауына мүмкүндік береді.Тетраедрдың төбесіне қараи созылған мұндаи бұлттар сутегі атомдарының бұлттарымен едәуір қаптасып жатады.Соның нәтижесінде энергия көп бөлініп,қасиеттері бірдей,берік химиялық байланыстар түзеді. Гибридтену электрон бұлтының әр түрлі санына тарала алады.Көміртегінің атомы сутегінің төрт атомымен ковалентті байланыс түзген осы жағдаида гибридтенуге,қозған атомдағы сыртқы,барлық төрт электронның –бір s-электронның және үш р-электронның бұлттары қатысады.Гибриттенудің мұндаи түрі sp3 гибриттену деп аталады(эс-пи-үш деп оқылады). Сөйтіп,метан молекуласының тетраедрлік пішіні химиялық қосылыстағы көміртегі атомының гибриттік төрт электрон бұлтының тетраедрлік бағытына байланысты болады. Электрондар ковалентті байланыс түзген кезде екі ядроны да қамтитын және байланысатын атомдардың бәріне ортақ бұлт түзетіндіктен,метан малекуласының электрондық құрылысын беруге болады. Алмаздың құрылысын еске түсірейік.Мұнда көміртегі атомдарының әрқайсысы көміртегінің басқа төрт атомымен ковалентті түрде мықты байланысқан,ол байланыстар тетраедрдың ортасынан төбесіне қарай бағытталған.Енді біз алмаздың құрылысын атомдардың валентті электрон бұлттарының sp3 –гибридтенуі арқылы түсіндіре аламыз. Органикалық заттарды оқыған кезде біз молекулалар моделін жиі-жиі пайдаланамыз.Элементтер атомдарын бейнелеуші модельдің детальдары белгілі масштабта жасалады,сондықтан модель атомдардың үлкен-кішілігін және молекуласының сыртқы тетраедрлік пішінін шамамен дұрыс береді.Онда атомдарды бейнелейтін детальдар бірінен-бірі едәуір қашықта,стержень арқылы байланысқан,ал стерженьдер валенттік байланыстарды бейнелейді.Мұндай модель қайсы атомның қайсысымен байланысқаны жөнінде айқын түсінік береді,бірақ ол малекуланың үлкен-кіші шамамен және сыртқы пішінін көрсетпейді.

Жалпы мәліметтер

Қайнау температурасы — 161,6 °С, 1 литр метанның қалыпты жағдайындағы (Т = 0 °С, Р = 760 мм) массасы 0,7168 г. Метан биологиялық процестер нәтижесінде (батпақ газы), шірінділі көмірдің және органикалық заттарға тән өзге де шірінді түрлерінің метаморфтың өзгерістері жағдайында қалыптасқан көмірсутекті газдардың ең басты құрамбөлшегі.

Спиртте, эфирде және суда ериді, ауамен қауіпті қосылыстар түзеді және түссіз жалынмен жанады. Метан табиғи (97 – 99%), мұнайға серіктес (31 – 90%) және кен (34 – 40%) газдарының негізгі құраушысы. Ол шектелген ауа жағдайында (батпақ газы, суарылатын алқаптағы газ) метан түзетін бактериялар әсерінен органикалық заттар шірігенде пайда болады. Сатурн және Юпитер атмосферасы Метаннан тұрады. Метан мұнай және мұнай өнімдерін термоиялық өңдегенде, тас көмірлерді кокстегенде және гидрлегенде түзіледі. Лабароторияда натрий ацетатын сілтімен балқыту, алюминий карбидіне сумен әсер ету арқылы алады. Метан синтез-газ, ацетилен, көгерткіш қышқыл, метил және метиленхлорид, хлороформ, техникалық көміртектер алуда қолданылады. Табиғи газ құрамындағы метанды отын ретінде пайдаланады. Метанның әлсіз есірткілік әсері бар.

Дереккөздер

• Л.А.Цветков,"Органикалық химия"(1997),19б., ISBN 5-625-03385-4