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  Methan   CH4 
 Strukturformel Methan   
   
Farbloses Gas  

Vorkommen
 
Erdgas, Grubengas, bei Fäulnisprozessen (Sumpfgas, Darmgas), Reisfelder
Molmasse  16,043 g/mol   



AGW  keine Angaben
Dichte  0,7175 g/l (Gas, 0 °C, 1013 hPa)  
(Methan : Luft = 0,56)   
Schmelzpunkt  -182,47 °C   
Siedepunkt  -161,48 °C   
Wasserlöslichkeit 
Konz. bei 25 °C 0,0277g/l  
Explosionsgrenzen  4,4 - 17 Vol.-% (Luft) 
Zündpunkt  +595 °C
Piktogramme  
GHS 02   
GHS 04   
Gefahr 
Gefahrenklassen + Kategorie   
  
Entzündbare Gase 1   
Gase unter Druck, verdicht. Gas 
HP-Sätze (siehe Hinweis)     
H 220, 280   
P 210, 377, 280.3, 381, 410+403   
Entsorgung  besondere Hinweise 
  Dt. Bezeichnung Engl. Bezeichnung
CAS  74-82-8 Methan Methane
          
Bemerkung für Schulen: Im Laborhandel sind Druckgasdosen mit dem reinen Gas erhältlich. Bei einem Erdgasanschluss kann das Gas unter Beachtung der Sicherheitsvorkehrungen entnommen werden. Dieses Gas ist jedoch mit Ethan und anderen Komponenten verunreinigt. Methan-Luft-Gemische sind explosiv. In höheren Konzentrationen wirkt Methangas betäubend und erstickend. 


Eigenschaften 
  
Methan ist der einfachste Vertreter der Kohlenwasserstoffe und der erste Vertreter in der homologen Reihe der Alkane. Es ist in Aceton und Wasser nur wenig löslich. In Benzol, Diethylether und Ethylalkohol ist es dagegen gut löslich. Das farb- und geruchlose Gas verbrennt unter geringer Rußbildung zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.   
   
CH4  +  2 O2 reagiert zu  CO2  +  2 H2O      ΔHR = -802 kJ/mol 

Methan bildet bei Volumenkonzentrationen von 4,4 bis 17 Prozent in Luft explosive Gemische. Die Methan-Luft-Gemische verursachen in Steinkohlebergwerken zusammen mit dem Kohlestaub die "schlagenden Wetter", die bei Bergleuten sehr gefürchtet sind. Gemische mit reinem Sauerstoff und mit Chlor können heftig detonieren. Methan geht eine ganze Reihe weiterer chemischer Reaktionen ein, was für die industrielle Verwendung des Gases eine bedeutende Rolle spielt.
    
 
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Methan verbrennt mit einer fast rußlosen Flamme.
  Film erhältlich auf >DVD


Weiterführende Infos zum Molekülbau

Hybridorbitalmodell beim Methan nach Linus Pauling
   
  
Herstellung 
  
Im Labor ist Methan aus Aluminiumcarbid und Wasser zugänglich:  
   
Al4C +  12 H2reagiert zu  4 Al(OH)3  +  3 CH4   
   
Oder man erhält es durch starkes Erhitzen eines Gemisches von Natriumacetat und Natriumhydroxid:  
   
CH3-COONa  +  NaOH reagiert zu  Na2CO3  +  CH4   
   
In der chemischen Industrie kann Methan durch eine Reinigung von Erdgas gewonnen werden. Erdgas enthält bis zu 90 Prozent Methan. Das Gas entsteht auch in großen Mengen bei der Erdöldestillation und bei der Fischer-Tropsch-Synthese. Hierbei wird Synthesegas, ein Gemisch aus Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff, in einem Kontaktofen mit einem Cobaltkatalysator zu Erdölfraktionen umgesetzt, woraus das Methan abdestilliert werden kann:  
   
CO  +  3 H2 reagiert zu  CH4  +  H2O      ΔHR = -206 kJ/mol 
   
Bei der bakteriellen Zersetzung organischer Stoffe wie Gras, Stalldung, Jauche und Klärschlamm entsteht vorwiegend Methan. Methanbakterien bauen die Abfallstoffe in einer biochemischen Reaktion zu Methan, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff um, wobei Methan den Hauptanteil in diesem Biogas ausmacht. Eine Kuh produziert pro Tag bis zu 20 Kilogramm Mist, daraus können etwa zwei Kubikmeter Biogas hergestellt werden. Biogas lässt sich auch aus Pflanzenabfällen gewinnen. Der so gewonnene Biogas-Treibstoff ist umweltfreundlich, es werden bei der Verbrennung nur die Mengen an Treibhausgasen erzeugt, die sonst beim Verrotten der Pflanzen entstehen würden.     



Im Fermenter einer Biogasanlage wird Methangas und Kohlenstoffdioxid durch Vergärung aus Bioabfall produziert.

Nach einer Aufbereitung erhält man ein brennbares Gasgemisch mit einem Methangehalt von mehr als 97 Prozent.
 
   
Verwendung

Methan dient zum Heizen und als Treibstoff zum Gasmotoren-Betrieb. LNG ist die Abkürzung für Liquified Natural Gas. Es handelt sich dabei um tiefgekühltes, verflüssigtes Erdgas mit einem Methangehalt von bis zu 98 Prozent. Methan wird beim Abkühlen unter -162°C flüssig. LNG hat einen sehr hohen Brennwert, es kann in Tanks direkt beim Endverbraucher gelagert werden und wird auch in flüssiger Form transportiert. Verflüssigtes Methan benötigt nur etwa ein Sechshundertstel des Volumens im Vergleich zum gasförmigen Methan.

Methan
ist auch ein wichtiger Rohstoff für Synthesen in der chemischen Industrie:
Bei der Synthesegaserzeugung reagiert Methan mit Wasser bei 900° Celsius und dem Vorhandensein von Katalysatoren zu Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff. Synthesegas wird für die Ammoniaksynthese oder zur Herstellung von Methanol benötigt:

CH4  +  H2O
reagiert zu  CO  +  3 H2

Methan kann auch zur Herstellung von Ethin verwendet werden. Bei der Pyrolyse bei 1400° Celsius im Lichtbogen unter Anwesenheit von Wasserdampf entsteht Ethin und Wasserstoff:

2 CH4 reagiert zu  C2H2  +  3 H2   

Mit Methan lassen sich in einer Chlorierung Halogenalkane wie Dichlormethan herstellen:


CH +  2 Cl2 reagiert zu  CH2Cl2  +  2 HCl  


Auch Blausäure kann aus Methan dargestellt werden. Hierbei reagiert Methan mit Ammoniak und Luftsauerstoff am Platinkatalysator zu Cyanwasserstoff und Wasser:

2 CH4  +  2 NH3  +  3 O2 reagiert zu  2 HCN  +  6 H2  

Methan reagiert mit Schwefel bei 600° Celsius und dem Vorhandensein eines Aluminiumoxid-Katalysators zu Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff:

CH4  +  4 S reagiert zu  CS2  +  2 H2S
    

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