Methan ist die einfachste Kohlenwasserstoffverbindung. Das Gas ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Wie sich Methan aus chemischer Sicht zusammensetzt und welche Eigenschaften es aufweist, erfährst du in diesem Artikel-
Die chemische Formel für Methan
Wahrscheinlich hast du im Chemie-Unterricht bereits gelernt, dass es deswegen so viele Kohlenstoffverbindungen gibt, weil es zu seinen vier Außenelektronen vier Außenelektronen anderer Elemente aufnehmen und so Moleküle bilden kann. Außerdem führt dies zu Ring- und Kettenbildung.
[quads id=1]Methan setzt sich aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammen, und zwar auf eine ganz einfache Weise: Ein Kohlenstoffatom bindet vier Wasserstoffatome. Die chemische Formel für Methan lautet also CH4. Damit gehört dieses Gas zu den Kohlenwasserstoffverbindungen. Dies sind Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen zusammengesetzt sind.
Außerdem zählt Methan zu den Alkialen. Dies sind solche Kohlenwasserstoffverbindungen, die nur Einfachbindungen aufweisen und keine Ringe enthalten. Andere Alkane sind zum Beispiel Ethan oder Propan.
Die Methan-Moleküle haben eine besondere Form, die sogenannt Tetraeder-Form. Ein Tetraeder ist ein Körper mit vier dreieckigen Flächen. Diese Form kommt zustande, da die Elektronen auf der Außenhülle sich gegenseitig abstoßen und so in gleichmäßigen Abständen bleiben. In der Mitte des Tetraeders liegt das Kohlenstoffatom, an den Eckpunkten liegen die Wasserstoffatome.
Eigenschaften von Methan
Methan ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es ist brennbar und wird daher als Heizgas eingesetzt. Methan wird bei 161,7 °C flüssig und bei 182,6 °C fest. Löslich ist es vor allem in Ethanol (Alkohol) und in Diethylether. Wasserlöslich ist es kaum.
Methan ist hoch entzündlich und verbrennt an der Luft mit einer blauen Flamme, die du vielleicht schon einmal bei einem Gasherd gesehen hast. Die Flamme entwickelt dabei keinen Ruß. Wenn du einen Katalysator einsetzt, kann Methan sogar gemeinsam mit Sauerstoff oder Chlor eine Explosionsreaktion hervorrufen. Methangemische sind häufig explosiv. Dies kann zum Beispiel in Bergwerken zu Explosionen führen.
Die Dichte von Methan beträgt 0,67 g/l.
[quads id=2]Reaktionen von Methan
In der Oxidation, also der Reaktion mit Sauerstoff, wird das Methanmolekül aufgespalten. Aus einem Methan- und zwei Sauerstoffmolekülen entstehen ein Kohlenstoffdioxid- und zwei Wassermoleküle. Die Reaktionsgleichung für die Oxidation sieht folgendermaßen aus:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Diese Reaktion ist jedoch nur möglich, wenn ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, d.h. wenn je Methanmolekül zwei Sauerstoffmoleküle vorhanden sind. Ist weniger Sauerstoff vorhanden, spaltet sich das Methan trotzdem durch die Oxidation auf. Es entstehen so viele Wassermoleküle wie aufgrund der vorhandenen Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle möglich sind. Daneben bleibt entweder Kohlenstoff oder Kohlenstoffmonoxid übrig.
2 CH4 + 3 O2 → CO + 4 H2O
CH4 + O2 → C + 2 H2O
Methan und der Treibhauseffekt
Wahrscheinlich weißt du, dass Kohlenstoffdioxid (CO2) ein sogenanntes Treibhausgas ist. Diese sammeln sich in der Atmosphäre an, reflektieren die vom Boden ausgestrahlte Wärme und sorgen dafür, dass sie nicht ungehindert ins Weltall abstrahlen kann. Grundsätzlich ist der Treibhauseffekt etwas Positives, denn ohne ihn wäre es auf der Erde zu kalt für Leben.
Die Konzentration der verschiedenen Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan, Lachgas, FCKW, Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid) hat jedoch in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen, sodass der Treibhauseffekt ebenfalls gestiegen ist. Den größten Anteil daran hat das Kohlenstoffdioxid, direkt gefolgt vom Methan. Der Anteil von Methan in der Atmosphäre ist geringer als der von Kohlenstoffdioxid. Der Effekt, den Methan auslöst, ist aber deutlich stärker.
Der gestiegene Methan-Ausstoß ist fast ausschließlich durch den Menschen verursacht. Beispielsweise strömt Gas aus Lecks in Pipelins ungehindert in dei Atmosphäre, obwohl das Gas leicht aufgefangen werden könnte und ein wertvoller Brennstoff ist.
[quads id=3]Ein weiterer wichtiger Verursacher für den gestiegenen Methan-Ausstoß ist die Massentierhaltung. Rinder produzieren – wie alle Wiederkäuer – Methangas. Je mehr Tiere gezüchtet werden, damit der Mensch Milch oder Fleisch konsumieren kann, desto mehr Methan wird ausgestoßen. Hier besteht also eine Möglichkeit, durch die eigenen Gewohnheiten den Treibhauseffekt einzudämmen.
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