INTRODUCCIÓN
El elemento carbono es único: en combinación con, aproximadamente, media docena de otros elementos forma más de un millón de compuestos conocidos, y de este modo tiene una química más extensa que la de cualquier otro elemento. No es de sorprender que haya un enorme interés en el estudio del carbono y sus derivados, ya que sus compuestos intervienen en todos los procesos vitales. Uno de los problemas más intrigantes en la ciencia es el descubrimiento de las relaciones que hay entre la estructura molecular y la actividad fisiológica.
Entre los derivados del carbono se encuentran los hidrocarburos, que como su nombre indica, son compuestos formados únicamente por carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos también reciben el nombre de alcanos, siendo el metano el compuesto de estructura más sencilla, constando únicamente de una molécula de carbono y cuatro de hidrógeno.
Ya en la antigüedad se observó la existencia en la naturaleza de corrientes gaseosas combustibles que salen del interior de la tierra; sin embargo el conocimiento concreto del metano se debe a Volta (1778) y a Henry (1805), que enseñaron a diferenciarlo de otros gases combustibles.
El metano durante mucho tiempo no ha tenido aprovechamiento alguno, pero ahora comienza a ser utilizado como fuente de energía en numerosas aplicaciones; así por ejemplo, en Italia, aprovechando la inagotable producción y por falta de combustibles líquidos, se utiliza como carburante para automóviles y se sirve a presión en depósitos especiales que pueden ser fácilmente intercambiados en las estaciones de servicio; de la misma forma se emplea en Alemania, particularmente en Renania.
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ORÍGENES Y YACIMIENTOS
Orígenes
El metano se produce por la descomposición de substancias vegetales, principalmente celulosa, por la acción de microorganismos, y se desprende del cieno de algunos pantanos, por lo que también suele denominarse gas de los pantanos.
El metano se desprende también, más o menos puro, de los volcanes de fango y de algunas aguas y fuentes no cenagosas.
Se produce asimismo en las minas de carbón de piedra y de lignito, por descomposición lenta de las materias orgánicas, acumulándose en las hendeduras y cavidades mezclado con nitrógeno y anhídrido carbónico. Este compuesto al contacto con el aire, gas grisú, produce terribles explosiones, que causan numerosas muertes entre los trabajadores del sector minero, a pesar del uso de la lámpara de seguridad Davy y del metanómetro.
Yacimientos
En algunos lugares mana naturalmente de la tierra, como en Italia, Irán, la República Popular China, América del Norte, etc.
Los Fuegos Sagrados de Baku (en el mar Caspio) no son más que metano que arde y que va mezclado con nitrógeno, gas carbónico y vapores de petróleo.
Asimismo por formar parte del petróleo y del gas natural se encuentra en todos aquellos lugares ricos en dichos compuestos.
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OBTENCIÓN
Petróleo
El petróleo, al igual que el gas natural que le acompaña en bolsas, constituye la principal fuente de alcanos hasta el C40, así como de otras sustancias orgánicas.
El petróleo crudo carece de utilidad comercial, pero por destilación pueden separarse de él multitud de productos útiles, denominados fracciones. El metano se desprende, al igual que otros hidrocarburos como el etano, el propano y el butano, en la primer fracción de la destilación del petróleo, consistente en calentarlo por debajo de los 20ºC.
Gas Natural
Está compuesto por hidrocarburos muy bajos, desde C1 a C8 aproximadamente. Los porcentajes máximos corresponden a los más volátiles. Así al metano suele corresponderle un 80% de la mezcla. El propano y butano se separan por licuefacción y se expenden en el comercio en cilindros a presión. El resto, conducido por gaseoductos a las ciudades, se emplea también como combustible. Aunque una buena parte de él se utiliza en la fabricación de negro de humo siguiendo un procedimiento de pirólisis:
CH4 > 1200ºC > C + 2H2
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Procedimientos Sintéticos
Proceso Bergius: se hidrogena carbón en presencia de catalizadores a altas temperaturas y presiones.
Proceso Fischer-Tropsch: se parte de gas de agua enriquecido con hidrógeno y se le hace pasar por un catalizador en caliente.
Destilación Seca: de esta forma se obtiene metano de muchas sustancias orgánicas, como la madera, turba, hulla, rocas bituminosas, etc.
Síntesis Directa: se hace actuar el hidrógeno sobre el carbono a 1200ºC.
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PROPIEDADES
Físicas
El punto de fusión y el punto de ebullición en los hidrocarburos depende de la longitud de la cadena, debido a las fuerzas de Van Der Waals. Debido a ésto, al ser el metano el hidrocarburo más sencillo sus puntos de fusión y ebullición son relativamente bajos, situándose el primero en -183ºC y el segundo en -162ºC.
Su estado natural es gaseoso, al igual que el etano, el propano y el butano; y a diferencia de los alcanos desde C5 hasta C16 que son líquidos; de ahí en adelante son sólidos de aspecto céreo.
Al ser un compuesto prácticamente no polar resulta insoluble en agua, pero sí en disolventes apolares como el benceno, éter, tetracloruro de carbono, etc.
Químicas
La mínima polaridad de los enlaces de los hidrocarburos saturados es la causa de su inercia química, razón por la cual han sido llamados parafinas (poca afinidad). Únicamente dan reacciones de tipo radical, generalmente de sustitución.
Halogenación: si se expone una mezcla de cloro y metano a la luz solar se produce una reacción muy violenta. La luz violeta o ultravioleta escinde la molécula Cl2 en 2Cl, que son las que inician la reacción en cadena.
Pirólisis o Craqueo: es la descomposición de un compuesto por el calor. Cuando se calienta el metano a unos 600ºC en ausencia de aire tienen lugar rupturas de las uniones C-H.
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Nitración: se realiza la reacción con ácido nítrico en fase de vapor a temperaturas superiores a 400ºC, produciéndose la sustitución de un hidrógeno del alcano por un grupo nitro.
Combustión: si se aporta energía suficiente para iniciar la reacción, todos los alcanos arden en aire u oxígeno formando agua y anhídrido carbónico, desprendiendo gran cantidad de calor. La oxidación controlada de hidrocarburos constituye un método industrial de obtención de alcoholes y ácidos orgánicos.
Nomenclatura
El gran número de moléculas orgánicas presenta un formidable problema en cuanto a su nomenclatura. Muchas moléculas orgánicas conocidas tienen nombres comunes basados en su origen biológico, en el capricho de su descubridor o en algún otro accidente histórico. Hay métodos sistemáticos para nombrar a los compuestos que, como base de nomenclatura común, emplean los caracteres estructurales distintivos de la molécula para su identificación.
Se designa el número de átomos de carbono de la cadena mediante un prefijo derivado del griego, y se le añade el sufijo ano de Alcano. De esta manera la designación del metano procede del griego méthy con el sufijo ano.
Como expliqué anteriormente, la molécula de metano está formada por cuatro enlaces equivalentes de carbono - hidrógeno, quedando los cuatro átomos de carbono en los vértices de un tetraedro regular, con el átomo de carbono en el centro. La equivalencia de los átomos de hidrógeno es un carácter estructural importante del metano, y se debe observar cuidadosamente, no siendo válida la práctica común de representar al metano y a otras moléculas orgánicas por fórmulas que desfiguran esta propiedad, tales como CH4. Se admiten como válidas las siguientes representaciones:
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BIBLIOGRAFÍA
Enciclopedia Universal Ilustrada Europeo - Americana
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Tomo 34
Diccionario Básico Espasa
Espasa-Calpe
Madrid, 1986
Tomo 11
Gran Larousse Universal
Plaza & Janés
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Tomos 15 y 27
Nuevo Diccionario Enciclopédico Ilustrado
Instituto Lexicográfico Durván
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Tomo 7
Química
Bruce H. Mahand
Fondo Educativo Interamericano
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Introducción a la Química Superior
Manuel Fernández González
Ediciones Anaya
Salamanca, 1975
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El Metano
El Metano
El Metano
