Methaan: verschil tussen versies

11.608 bytes toegevoegd ,  1 maand geleden
k
Wijzigingen door 2A02:1810:2F15:8F00:C502:F858:B4E6:90E8 (Overleg) hersteld tot de laatste versie door Joost
Labels: Visuele tekstverwerker Misbruikfilter: Schuttingtaal Misbruikfilter: Leeghalen Ongedaan gemaakt
k (Wijzigingen door 2A02:1810:2F15:8F00:C502:F858:B4E6:90E8 (Overleg) hersteld tot de laatste versie door Joost)
Label: Terugdraaiing
mijn lul{{Infobox chemische stof
| Naam= Methaan
| afbeelding1=Methane-2D-stereo.svg
}}
 
'''Methaan''' (CH<sub>4</sub>) is de eenvoudigste [[koolwaterstof]] en behoort tot de groep der [[Alkaan|alkanen]]. Het bezit een [[tetraëdrische moleculaire geometrie]]. Het centrale [[Hybridisatie (scheikunde)|sp<sup>3</sup>-gehybridiseerde]] [[koolstof]]atoom is volledig verzadigd. Methaan is bij [[kamertemperatuur]] en bij atmosferische druk een [[Gas (aggregatietoestand)|gas]]. Het werd in [[1778]] ontdekt door [[Alessandro Volta]].
 
Methaan, ook bekend onder de naam [[moerasgas]], is het voornaamste bestanddeel van [[aardgas]]. Aardgas wordt in de natuur aangetroffen in samenhang met [[aardolie]] en andere [[fossiele brandstof]]fen, en heeft een vergelijkbare geologische oorsprong, ontstaan uit vergane resten organisch materiaal.
 
== Ontstaan en bronnen ==
Methaan kan ontstaan uit verschillende natuurlijke processen (aardkorst, zeebodem, draslanden en venen) of uit antropogene bronnen (fossiele industrie, bio-industrie, vuilnisbelten). Hoewel vrij nauwkeurig kan gemeten worden hoeveel methaan jaarlijks wordt uitgestoten, is het veel moeilijker precies na te gaan welke de bronnen zijn.<ref name="physfeb20">{{en}}{{Citeer web |url=https://phys.org/news/2020-02-methane-emitted-humans-vastly-underestimated.html |titel= Methane emitted by humans vastly underestimated, researchers find|auteur= |uitgever=phys.org |datum= 19 februari 2020|bezochtdatum=21 februari 2020 }}</ref>
 
===Geologische bronnen===
De twee belangrijkste routes voor geologische methaanproductie zijn:
# organisch (thermisch gegenereerd, of thermogeen) . Thermogeen methaan komt voor door het uiteenvallen van organische materie bij hoge temperaturen en hoge druk in diepe sedimentaire lagen. Het meeste methaan in sedimentatiebekkens is thermogeen; daarom is thermogeen methaan de belangrijkste bron van aardgas.
# anorganisch of [[Abiotische factor|abiotisch]], dit betekent dat methaan wordt gevormd uit anorganische verbindingen, zonder biologische activiteit, hetzij door magmatische processen of via water-rots-reacties die optreden bij lage temperaturen en drukken, zoals bij de vorming van [[serpentiniet]].
 
===Biologische bronnen===
{{Zie hoofdartikel|Methanogenese}}
Methaan ontstaat onder andere bij afbraak van organische stoffen door bacteriën onder [[anaeroob|anaerobe]] (zuurstofloze) omstandigheden. Anaerobe omstandigheden komen veelal in moerasbodems voor. Ook in zuurstofarme grond wordt onder andere door de afbraak van dode plantenwortels methaan gevormd. Ook bij bosbranden kan methaan ontstaan door verhitting van organische stof.
 
====Veeteelt====
[[Herkauwers]], maar vooral [[rund]]eren, leveren met hun [[Boer (geluid)|boeren]] en [[Winderigheid|winden]] een grote bijdrage aan de wereldwijde uitstoot van methaangassen. Juist een hoog aandeel ruwvoer zorgt voor deze methaanproductie in de pens door middel van fermentatie door de [[bacterie|bacteriën]]. De veeteelt zou zelfs bijna 40% van de menselijke uitstoot van methaan vertegenwoordigen.<ref name="MOjul19">{{Citeer web |url=https://www.mo.be/nieuws/slim-kruisen-verlaagt-methaanuitstoot-koeien |titel=Slim kruisen verlaagt methaanuitstoot koeien |auteur= |uitgever=[[MO*]] |datum= 10 juli 2019|bezochtdatum=21 februari 2020 }}</ref> Mits aanpassingen van de samenstelling van krachtvoer zijn er mogelijkheden om dit te verminderen, alsmede met uitgekiend graslandbeheer.<ref>[http://edepot.wur.nl/87073 Veevoedermaatregelen ter vermindering van methaanproductie door herkauwers], WUR, dr. W.A.G Veen, 2001. Geraadpleegd 14 april 2019.</ref><ref>[https://www.bnr.nl/radio/bnr-spitsuur/wetenschap-vandaag/10302680/koeienscheten-zijn-slecht-voor-het-milieu Een antwoord op het milieuleed van de koeienscheet], BNR, Didi Levison, 9 mei 2016, 21:00. Geraadpleegd 17 juni 2018.</ref> Ook het gericht kruisen van rassen zou helpen.<ref name="MOjul19" /> In de omgeving van [[rundvee]]houderijen is dan ook een verhoogde concentratie van methaan aanwezig. Er zijn gevallen bekend waarin [[Stal (bouwwerk)|stallen]] in brand vlogen door een verhoogde concentratie methaan.<ref>[http://www.deredactie.be/permalink/1.1850654 Koeien doen eigen stal ontploffen], [[deredactie.be]], 27 januari 2014</ref>
 
====Zeebodem====
Het grootste deel van de diepere zeebodem is [[anoxisch]] omdat zuurstof wordt onttrokken door [[Celademhaling#Aerobe_dissimilatie|aërobe]] [[micro-organisme]]n in de bovenste paar centimeters van het sediment. In de zeebodem produceren methanogenen methaan dat door andere organismen wordt gebruikt, of in gashydraten wordt opgesloten. Deze andere organismen die methaan voor energie gebruiken, staan bekend als methanotrofen (methaaneters), en zijn de belangrijkste reden waarom weinig methaan uit de zeebodem het zeeoppervlak bereikt.
 
===Industriële bronnen===
====Methaanproductie====
Methaan wordt geproduceerd door [[hydrogenering]] van kooldioxide in een [[Sabatierreactie]]. Methaan is ook een bijproduct van de hydrogenering van koolmonoxide in het [[Fischer-Tropschbrandstoffen|Fischer-Tropsch proces]]. Voor praktische toepassingen wordt methaangas verkocht in stalen cilinders.
 
Uit [[anaerobe]] vergisting van biologische afvalstoffen wordt methaan gewonnen voor productie van groene stroom of warmtekrachtkoppeling.
 
====Fossiele energiebedrijven====
Bij de productie, verwerking en transport van fossiele energiebronnen (olie, aardgas, steenkool) komt methaangas vrij. En bij de [[fracking]] van [[schaliegas]] en [[schalieolie]] zou de uitstoot nog groter zijn.<ref>{{Citeer web |url=https://www.volkskrant.nl/wetenschap/waar-komt-al-dat-methaan-ineens-vandaan~bd2d6519/ |titel= Waar komt al dat methaan ineens vandaan?|auteur= |uitgever=[[de Volkskrant]] |datum=28 juni 2019 |bezochtdatum= 21 februari 2020}}</ref> Het aandeel van de fossiele industrie in de methaanuitstoot zou volgens onderzoek uit 2020 in het verleden sterk onderschat zijn geweest.<ref>{{en}}{{Citeer web |url=https://www.theguardian.com/environment/2020/feb/19/oil-gas-industry-far-worse-climate-impact-than-thought-fossil-fuels-methane |titel= Oil and gas firms 'have had far worse climate impact than thought' |auteur= |uitgever=[[The Guardian (krant)|The Guardian]] |datum=19 februari 2020 |bezochtdatum= 21 februari 2020}}</ref>
 
== Chemie ==
=== Moleculaire structuur ===
Een methaanmolecule bestaat uit een centraal koolstofatoom met daarom vier waterstofatomen, gerangschikt volgens een symmetrische [[Tetraëdrische moleculaire geometrie|tetraëder]]. Deze [[Moleculaire symmetrie|symmetrie]] bepaalt in belangrijke mate de eigenschappen van methaan. Zo leidt de symmetrie ertoe dat methaan strikt [[Apolaire verbinding|apolair]] is, waardoor het gasvormig en weinig reactief is onder standaard omstandigheden.
 
Deze symmetrie kan theoretisch worden voorspeld met [[molecuulorbitaaltheorie|MO-theorie]], en is ook experimenteel aangetoond met onder andere [[röntgendiffractie]] en [[UV/VIS-spectroscopie]]. Deze ontdekkingen hebben geleid tot de vorming van het [[hybridisatie (scheikunde)|hybridisatiemodel]]. Het koolstofatoom in methaan is sp<sup>3</sup>-gehybridiseerd. Dientengevolge zijn de [[koolstof-waterstofbinding]]en in methaan zeer sterk en verloopt bijvoorbeeld de deprotonering bijzonder moeizaam (de [[Zuurconstante|p''K''<sub>a</sub>]] van methaan ligt namelijk boven de 50).
 
=== Reacties ===
Methaan is net als alle alkanen weinig reactief. Eigenlijk reageert het alleen met sterke oxidatoren zoals zuurstof(verbranding) of de halogenen. Een andere belangrijke reactie is [[stoomreforming]].
 
==== Verbrandingsreacties ====
De verbranding is als volgt:<ref>Standardreaktionsenthalpie für die Verbrennung von Methan und diversen Erdölprodukten vgl. S. 3 ff. in: [http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/mayr/Lehre/Vorl09SS.pdf Herbert Mayr: ''Vorlesung 9: Erdölverarbeitung'', LMU München: Physikalisch-organische Chemie, 2006 (PDF-Datei; ca. 190 kB)]</ref> ([[vormingsenthalpie]] Δ<sub>f</sub>H<sup><s>o</s></sup> = −891 kJ · mol<sup>−1</sup>)
: <chem>CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O</chem>
 
Als er niet genoeg zuurstof is, zal de verbranding onvolledig zijn en ontstaat ook [[koolstofmonoxide]] (CO):
: <chem>2 CH4 + 3 O2 -> 2 CO + 4 H2O</chem>
 
Of ook [[cokes]]:
: <chem>CH4 + O2 -> C + 2H2O</chem>
 
==== Chloormethaanproductie ====
Chloormethanen worden gemaakt door [[Radicaal (scheikunde)|radicalaire reactie]] met chloorgas:<ref>[http://www.chemguide.co.uk/mechanisms/freerad/ch4andcl2.html The reaction between methane and chlorine]</ref>
: <chem>CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl</chem> ([[chloormethaan]])
: <chem>CH3Cl + Cl2 -> CH2Cl2 + HCl</chem> ([[dichloormethaan]])
: <chem>CH2Cl2 + Cl2 -> CHCl3 + HCl</chem> ([[chloroform]])
: <chem>CHCl3 + Cl2 -> CCl4 + HCl</chem> ([[tetrachloormethaan]])
 
==== Stoomreforming ====
Methaan bevat de hoogste H/C verhouding van alle koolwaterstoffen, en daarom wordt methaan vaak gebruikt om waterstof te produceren. Hierbij worden methaan (doorgaans aardgas) en stoom onder verhoogde druk en temperatuur over een metalen katalysator geleid:
: <chem>CH4{} + 2 H2O ->[\text{katalysator}] CO2{} + 4H2</chem>
 
Deze reactie wordt vooral toegepast in het [[Haber-Boschproces]], waarbij grote hoeveelheden waterstof nodig zijn voor de productie van [[ammoniak]], en bij vergassing van biomassa om [[synthesegas]] te produceren.
 
== Synthese ==
Methaan kan worden gevormd uit gemakkelijk afbreekbare organische stoffen, zoals [[azijnzuur]]:
:<chem>CH3COOH -> CH4 + CO2</chem>
 
[[Natriumacetaat]] kan ook samen met [[natriumhydroxide]] methaan vormen:
:<chem>CH3COONa + NaOH -> CH4 + Na2CO3</chem>
 
Methaan kan ook uit [[koolstofdioxide]] en [[diwaterstof|waterstofgas]] gevormd worden volgens een langzaam verlopende reactie:
:<chem>CO2 + 4 H2 -> CH4 + 2 H2O</chem>
 
== Methaanhydraat ==
Sedimenten op de oceaanbodems en in [[permafrost]]gebieden aan de onderzijde van de bevroren bodemlaag bevatten heel grote methaanvoorraden: methaan dat onder hoge druk een [[wikt:clatraat|clatraat]] of insluitverbinding vormt met water (ijs), [[methaanhydraat]] of methaanijs, waarin methaan als [[gashydraat]] in [[vaste stof|vaste vorm]] aanwezig is. Soms ontsnapt een deel van dit methaan in gasvorm naar de oppervlakte. De methaanclatraten zouden, vanwege de grote omvang van de voorraden, potentieel een belangrijke energiebron kunnen vormen, maar de winning ervan op de bodem van de oceaan is met de huidige stand der techniek nog zeer moeilijk.
 
== Schadelijkheid ==
Methaan is schadelijk voor het klimaat, omdat het bijdraagt aan het versterkte [[broeikaseffect]]. Het is als broeikasgas ongeveer 25 keer zo sterk als [[koolstofdioxide]].<ref>Dit getal wordt ook wel het [[aardopwarmingsvermogen]] genoemd, en wordt berekend over een periode van 100 jaar, zodat rekening gehouden wordt met de verschillende retentietijden van broeikasgassen.</ref> Sinds 1750 is de hoeveelheid methaan in de lucht meer dan verdubbeld. De levensduur van methaan in de atmosfeer is om en nabij de tien jaar.
 
Er wordt gevreesd dat stijging van de temperatuur op aarde zal leiden tot het ontdooien van de [[permafrost]]. Dit zou kunnen leiden tot het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan en een verdere toename van het broeikaseffect.
 
== Zie ook ==
* [[Dwaallicht]]
 
== Externe links ==
* {{Link International Chemical Safety Card|id=0291}}
* {{Link GESTIS|ZVG=10000}}
* {{en}} [https://web.archive.org/web/20120906072712/http://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/methane.pdf MSDS van ''methaan'']
* [http://www.kennislink.nl/web/show?id=109109 Methaangas op Mars] (Kennislink-artikel)
* {{en}} [http://www.chemguide.co.uk/basicorg/bonding/methane.html Bonding in methane]
 
{{Appendix}}
{{Commonscat|Methane}}
{{Navigatie alkanen}}
78.071

bewerkingen