Kegunaan Metana: Pengertian, sifat, sumber

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tidak berwarna, extremely flammable, asphyxian (mampu menggeser oksigen), tidak beracun dan tidak korosif. Namun jika dipergunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi.

Kita dapat mencium bau metana, hanya bila gas ini di campur dengan zat tambahan atau bila gas ini bercampur dengan gas H2S dan timbul bau rotten eggs atau telur busuk. Jika anda mencium bau ini, maka konsentrasinya berarti sudah tinggi dan berbahaya untuk kesehatan. Metana merupakan komponen utama dari gas alam.

Komposisi gas alam adalah : 75% methane, 15% ethane, 5% hidrocarbon lain seperti: propane, butane. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air): CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Metana termasuk salah satu gas rumah kaca atau (greenhouse gas) disingkat GHG dan merupakan penyebab terbesar pemanasan global dalam beberapa tahun terakhir.

Konsentrasi metana di atmosfer pada tahun 1998, dinyatakan dalam fraksi mol, adalah 1.745 nmol/mol (bagian per miliar), naik dari 700 nmol/mol pada tahun 1750. Pada tahun 2008, kandungan gas metana di atmosfer sudah meningkat kembali menjadi 1.800 nmol/mol. Karakteristik Kimia dan Ikatan Metana adalah molekul tetrahedral dengan empat ikatan C-H yang ekuivalen.

Struktur elektroniknya dapat dijelaskan dengan 4 ikatan orbital molekul yang dihasilkan dari orbital valensi C dan H yang saling melengkapi. Energi orbital molekul yang kecil dihasilkan dari orbital 2s pada atom karbon yang saling berpasangan dengan orbital 1s dari 4 atom hidrogen. Pada suhu ruangan dan tekanan standar, metana adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Bau dari metana (yang sengaja dibuat demi alasan keamanan) dihasilkan dari penambahan odoran seperti metanathiol atau etanathiol.

Metana mempunyai titik didih −161 °C (−257.8 °F) pada tekanan 1 atmosfer. Sebagai gas, metana hanya mudah terbakar bila konsentrasinya mencapai 5-15% di udara. Metana yang berbentuk cair tidak akan terbakar kecuali diberi tekanan tinggi (4-5 atmosfer) Efek Terhadap Kesehatan Berbahaya Gas Metana mudah terbakar Efek akut dari terpapar oleh gas metana adalah kekurangan oksigen, yaitu < 16%.

Masalah kesehatan akan timbul bila terpapar metana dalam konsentrasi tinggi. Dan seperti disebutkan diatas, gejala timbul karena efek kekurangan oksigen( asphixia ), yaitu : – napas menjadi cepat, – denyut nadi meningkat, – koordinasi otot menurun, – emosi meningkat, – mual, muntah, – kehilangan kesadaran, – gagal napas, – dan kematian. Bagaimana pekerja terpapar gas metana Tenaga kerja dapat terpapar metana melalui : – Jalan pernapasan : yaitu tenaga kerja menghirup gas metana melalui : bocoran limbah, bocoran gas LPG, atau ketika memasuki confined space : septik tank, manholes dsb.

Metana adalah molekul hidrokarbon organik, molekul yang paling sederhana di antara alkana. Ikatan yang membentuk molekul metana adalah ikatan kovalen dengan geometri tetrahedral.

Metana adalah yang paling sederhana dari senyawa organik, adalah topik dari artikel ini. Struktur dasar, ikatan, dan dua reaksi kimia dasar disajikan dalam artikel ini.

Pengertian Metana

Apakah gas yang terdapat pada tanaman yang membusuk, gas alam, dan atmosfer di bulan Saturnus, Titan, semua memiliki kesamaan? Menyerah? Mereka semua mengandung metana! Metana adalah sesuatu zat yang tidak berwarna, tidak berbau, gas mudah terbakar pada suhu kamar dan dapat ditemukan dalam berbagai sumber di bumi.

Metana (CH4), adalah gas yang diproduksi oleh sekelompok organisme anaerob kolon, diserap dari usus besar dan diekskresikan dalam udara kadaluarsa. Akibatnya, ekskresi CH4 napas dapat digunakan sebagai indikator aktivitas in situ flora metanogenik.

Metana yang ada bumi dapat ditemukan sebagai komponen utama gas alam yang disimpan dalam kerak bumi. Metana juga yang produk sampingan yang umum dari dekomposisi bahan biologis, seperti tanaman yang membusuk atau hewan.

Bumi, bagaimanapun, bukanlah satu-satunya lokasi di mana metana dapat ditemukan di alam semesta. Metana hadir dan dapat dirasakan di wilayah luas ruang serta sistem tata surya di luar kita sendiri. Banyak planet-planet di tata surya kita, termasuk Venus, Saturnus, Uranus, dan Neptunus, mengandung sejumlah besar metana di atmosfer mereka. Bahkan misi Cassini yang baru untuk bulan Saturnus, Titan, menemukan badan besar metana cair dicampur dengan senyawa sejenis lainnya.

Semua metana yang diproduksi dalam manusia adalah produk metabolisme dari bakteri usus, dan sekitar 50% dari CH4 yang diproduksi di usus diserap dan diekskresikan dalam udara kadaluarsa.

Sifat Metana

Metana adalah gas yang tidak berbau dan tidak berwarna. Ia juga dikenal sebagai gas rawa atau metil hidrida. Metana mudah dinyalakan. Uapnya lebih ringan dari udara. Karena terpapar api atau panas dalam waktu yang lama, wadah dapat pecah dengan keras dan roket.

Metana digunakan dalam pembuatan bahan kimia lain dan sebagai bahan bakar, gas alam.

Metana adalah senyawa satu karbon di mana karbon terikat oleh ikatan tunggal pada empat atom hidrogen. Ini adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun tetapi mudah terbakar (b. -161 ℃).

Metana memiliki peran sebagai bahan bakar fosil, anggota gas rumah kaca dan metabolit bakteri. Ini adalah hidrida induk mononuklear, senyawa satu-karbon, entitas molekul gas dan alkana. Metana adalah asam konjugat dari metanida.

Ikatan Dasar

Metana diklasifikasikan sebagai senyawa organik, zat yang terdiri terutama dari karbon dan hidrogen. Bahkan, metana adalah senyawa yang dibuat secara eksklusif dari karbon dan hidrogen, atau hidrokarbon. Dengan rumus CH4, yaitu, empat atom hidrogen terikat pada atom karbon, metana adalah yang paling sederhana dari hidrokarbon, kelompok ini juga disebut sebagai alkana.

Gambar Metana
Gambar Metana

Ikatan kimia yang ditemukan dalam metana diklasifikasikan sebagai ikatan kovalen. Sebuah ikatan kovalen terbentuk ketika dua atau lebih atom berbagi satu atau lebih elektron yang terletak di tingkat energi terluar, juga dikenal sebagai kulit valensi. Elektron valensi dari setiap bentuk atom donor berpasangan melalui awan elektron yang overlap untuk menciptakan ikatan kovalen.

Metana membentuk ikatan kovalen dari berbagi elektron tunggal dari masing-masing hidrogen dengan empat elektron valensi berpasangan dari atom karbon tunggal. Atom hidrogen yang disusun di sekitar atom karbon pusat dalam geometri yang dikenal sebagai geometri tetrahedral. Geometri tetrahedral berarti bahwa, jika Anda menarik garis untuk menghubungkan tiga atom hidrogen di sisi yang sama dari molekul, Anda akan memiliki piramida dengan empat muka segitiga.

Reaksi Fundamental

Meskipun metana yang terlibat dalam berbagai reaksi, dua reaksi khususnya yang penting mendasar, pembakaran dan halogenasi. Pembakaran metana oleh sumber industri atau bila dicampur dengan hidrokarbon lainnya dalam gas alam digunakan secara luas dalam industri untuk menghasilkan tenaga listrik dan di dalam rumah untuk menghasilkan panas. Halogenasi melibatkan penambahan halogen, salah satu unsur yang ditemukan dalam kelompok 17 dari tabel periodik, untuk menghasilkan senyawa yang dikenal sebagai metil halida. Produk halogenasi digunakan dalam produksi segala sesuatu dari plastik untuk obat-obatan.

Pembakaran Metana

Pembakaran, reaksi yang sangat umum di kalangan hidrokarbon, melibatkan reaksi metana dengan gas oksigen (O2). Dengan penambahan panas, api yang terbuka atau percikan, metana mengalami reaksi oksidasi, reaksi yang melibatkan transfer elektron, dalam hal ini, elektron dari setiap atom karbon disumbangkan ke oksigen. Jika pembakaran metana sangat lengkap, produk-produk dari reaksi hanya karbon dioksida (CO2), air (H2O), dan panas. Jika tidak tidak hadir oksigen yang cukup untuk pembakaran yang sempurna, karbon monoksida (CO) yang dihasilkan selain karbon dioksida dan air selama proses pembakaran tidak sempurna.

Pembakaran sempurna

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + energi

Pembakaran tidak sempurna

4CH4 + 7O2 → 2CO + 2CO2 + 8H2O

Halogenasi dari Metana

Reaksi Halogenasi dari metana, seperti yang dinyatakan sebelumnya, melibatkan reaksi metana dengan halogen. Halogen ini bisa ( F2) menjadi fluorin, klorin (Cl2), bromin (Br2), atau yodium I2). Reaksi terjadi ketika halogen, Cl2 misalnya, disambar dengan sinar ultraviolet. Lampu ultraviolet memecah ikatan antara dua atom klorin untuk membentuk radikal bebas, atau atom yang mengandung elektron yang tidak berpasangan. Klorin bebas bereaksi dengan radikal molekul metana dengan membentuk ikatan dengan atom karbon untuk membentuk halida metil, klorometana (CH3Cl), dan menyebabkan hidrogen akan hilang untuk membentuk hidrogen klorida, atau HCl.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

Kegunaan metana

Metana digunakan dalam proses kimia industri dan dapat diangkut sebagai cairan yang didinginkan (gas alam cair, atau LNG). Sementara kebocoran dari wadah cair yang didinginkan pada awalnya lebih berat dari udara karena meningkatnya kepadatan gas dingin, gas pada suhu sekitar lebih ringan dari udara. Pipa gas mendistribusikan sejumlah besar gas alam, di mana metana adalah komponen utama.

1. Bahan bakar

Metana digunakan sebagai bahan bakar untuk oven, rumah, pemanas air, kiln, mobil, turbin, dan hal-hal lainnya. Karbon aktif digunakan untuk menyimpan metana. Metana cair juga digunakan sebagai bahan bakar roket jika dikombinasikan dengan oksigen cair, seperti pada mesin BE-4 dan Raptor.

Sebagai unsur utama gas alam, metana penting untuk pembangkit listrik dengan membakarnya sebagai bahan bakar dalam turbin gas atau pembangkit uap. Dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon lainnya, metana menghasilkan lebih sedikit karbon dioksida untuk setiap unit panas yang dilepaskan. Pada sekitar 891 kJ / mol, panas pembakaran metana lebih rendah daripada hidrokarbon lainnya. Namun, itu menghasilkan lebih banyak panas per massa (55,7 kJ / g) daripada molekul organik lainnya karena kandungan hidrogen yang relatif besar, yang menyumbang 55% dari panas pembakaran tetapi hanya berkontribusi 25% dari massa molekul metana. Di banyak kota, metana disalurkan ke rumah-rumah untuk pemanasan dan memasak rumah tangga. Dalam konteks ini biasanya dikenal sebagai gas alam, yang dianggap memiliki kandungan energi 39 megajoule per meter kubik, atau 1.000 BTU per kaki kubik standar. Liquefied natural gas (LNG) sebagian besar adalah metana (CH4) yang dikonversi menjadi bentuk cair untuk kemudahan penyimpanan atau transportasi.

Metana cair halus digunakan sebagai bahan bakar roket. Metana dilaporkan menawarkan keuntungan lebih dari minyak tanah karena menyimpan lebih sedikit karbon pada bagian internal dari motor roket, mengurangi kesulitan penggunaan kembali penguat.

2. Bahan baku kimia

Gas alam, yang sebagian besar terdiri dari metana, digunakan untuk menghasilkan gas hidrogen pada skala industri. Steam Methane Reforming (SMR), adalah metode yang paling umum menghasilkan gas hidrogen massal komersial. Lebih dari 50 juta metrik ton diproduksi setiap tahun di seluruh dunia (2013), terutama dari SMR gas alam. Sebagian besar hidrogen ini digunakan dalam kilang minyak bumi, dalam produksi bahan kimia dan dalam pemrosesan makanan. Jumlah hidrogen yang sangat besar digunakan dalam sintesis industri amonia.

Pada suhu tinggi (700 – 1100 ° C) dan di hadapan katalis berbasis logam (nikel), uap bereaksi dengan metana untuk menghasilkan campuran CO dan H2, yang dikenal sebagai “Gas air” atau “Syn-gas”:

CH4 + H2O ⇌ CO + 3 H2

Reaksi ini sangat endoterm (mengkonsumsi panas, ΔHr = 206 kJ / mol). Hidrogen tambahan diperoleh dengan reaksi CO dengan air melalui reaksi pergeseran air-gas.

CO + H2O ⇌ CO2 + H2

Reaksi ini agak eksoterm (menghasilkan panas, ΔHr = -41 kJ / mol).

Metana juga mengalami klorinasi radikal bebas dalam produksi klorometana, meskipun metanol adalah prekursor yang lebih khas.

3. Penggunaan industri

Metana digunakan dalam proses maternal kimia industri dan dapat diangkut sebagai cairan pendingin (gas alam cair, atau LNG). Sementara kebocoran dari wadah berpendingin pada awalnya lebih berat dari udara karena tingginya kepadatan gas dingin, pada suhu kamar gas lebih ringan dari udara. Pipa gas mengangkut gas alam dalam jumlah besar, di mana metana adalah komponen utama.

Dalam industri kimia, metana adalah bahan baku pilihan untuk produksi hidrogen, metanol, asam asetat, dan asetat anhidrat. Ketika digunakan untuk memproduksi bahan kimia ini, metana pertama-tama diubah menjadi gas sintesis, campuran karbon monoksida dan hidrogen, dengan pembentukan uap. Dalam proses ini, metana dan uap air bereaksi dengan bantuan katalis nikel pada suhu tinggi (700-1.100 ° C).

CH4 + H2O → CO + 3H2

Rasio karbon monoksida dengan hidrogen dapat disesuaikan dengan memindahkan gas dari air ke nilai yang diinginkan.

CO + H2O → CO2 + H2

Bahan kimia lain yang kurang penting yang berasal dari metana termasuk asetilena yang diperoleh dengan melewatkan metana melalui busur listrik, dan klorometana (klorometana, diklorometana, kloroform, dan karbon tetraklorida), diproduksi dengan mereaksikan metana dengan klor dalam bentuk Dari gas. Namun, penggunaan produk ini menurun, asetilena digantikan oleh pengganti dan klorometana yang lebih murah karena alasan kesehatan dan lingkungan.

Sumber

Sumber asal utama metana adalah:

  • Dekomposisi limbah organik oleh bakteri.
  • Sumber alam (rawa): 23%.
  • Ekstraksi bahan bakar fosil: 20% (metana secara tradisional dibakar dan dipancarkan langsung. Hari ini kita mencoba menyimpan sebanyak mungkin untuk menggunakannya kembali membentuk gas alam yang disebut).
  • Proses dalam pencernaan dan buang air besar hewan. 17%. (Terutama dari ternak).
  • Bakteri di perkebunan padi: 12%.
  • Pencernaan biomassa anaerob.
  • Materi tanaman hidup: (Tumbuhan dan pohon telah ditemukan mengeluarkan sejumlah besar gas metana).

Sumber alami

60% emisi di seluruh dunia berasal dari antropogenik. Mereka terutama berasal dari kegiatan pertanian dan kegiatan manusia lainnya.

Sumber terbesar metana adalah ekstraksi dari endapan geologis yang dikenal sebagai ladang gas alam. Ini dikaitkan dengan hidrokarbon yang mudah terbakar lainnya dan kadang-kadang disertai dengan helium dan nitrogen. Gas, terutama yang terletak di formasi dangkal (tekanan rendah), dibentuk oleh dekomposisi anaerobik bahan organik dan sisanya diyakini berasal dari peluruhan lambat bahan-bahan primordial yang terletak di bagian terdalam planet ini, seperti ini ditunjukkan oleh adanya helium hingga 7% di ladang gas alam tertentu. Secara umum, deposit gas dihasilkan dalam sedimen yang terkubur pada kedalaman yang lebih besar dan suhu yang lebih tinggi daripada yang menghasilkan minyak.

Metana juga dapat diekstraksi dari endapan batubara (CMB) dengan mengebor sumur di lapisan batubara, kemudian memompa air dari lapisan untuk menghasilkan depressurisasi yang memungkinkan desorpsi metana dan yang naik ke permukaan. Dengan teknik ini, 7% gas alam Amerika Serikat diproduksi, meskipun mungkin ada masalah lingkungan karena penurunan tingkat akuifer dan adanya kontaminan dalam air yang diekstraksi.

Metana hidrat atau klatrat (kombinasi es dan metana di dasar laut) adalah sumber potensial metana di masa depan, meskipun sampai sekarang belum ada eksploitasi komersial terhadapnya.

Metanogenesis dalam jalur metabolisme organisme anaerob yang disebut organisme metanogenik. Proses pencernaan dan defekasi hewan (terutama ternak): 17%. Bakteri di perkebunan padi: 12%. Pencernaan biomassa anaerob.

Sumber alternatif

Selain ladang gas alam, cara alternatif untuk mendapatkan metana adalah melalui biogas yang dihasilkan oleh fermentasi bahan organik yang ditemukan di kotoran ternak, di lumpur limbah, di limbah rumah tangga, atau di bahan mentah lainnya. biodegradable, dalam kondisi anaerob.

Metana juga dapat diperoleh secara industri menggunakan hidrogen (yang dapat diperoleh dengan elektrolisis) dan karbon dioksida sebagai proses Sabatier sebagai bahan baku.

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O.

Ringkasan Metana

Metana adalah molekul hidrokarbon organik, molekul yang paling sederhana di antara alkana. Ikatan yang membentuk molekul metana adalah ikatan kovalen dengan geometri tetrahedral. Metana ditemui di bumi dalam bentuk gas alam atau produk dari dekomposisi, dan senyawa ini ditemui di planet lain di dalam dan di luar tata surya kita. Reaksi pembakaran dengan metana menghasilkan karbon dioksida, air, panas, dan dalam kasus pembakaran tidak sempurna, karbon monoksida. Halogenasi Reaksi terjadi ketika halogen bereaksi dengan metana membentuk halida metil.

 

Related Posts