گاز ساطع شده از کف مخازن گاز مرداب با بوی نامطبوع است (نام عمومی دیگر متان است). از نظر علمی، فرمن یا متیل هیدروژن است. بیشتر آن متان است (CH4). همچنین ممکن است حاوی نیتروژن، آرگون، هیدروژن، فسفین و دی اکسید کربن باشد.
ویژگی های کلیدی
ترکیب استاندارد، فرمول شیمیایی گاز باتلاق - همه اینها به وضوح تعلق آن را به ساده ترین ترکیبات کربن نشان می دهد. اجزای دیگر حول این عنصر گروه بندی شده اند. گاز مرداب در طبیعت در حالت آزاد به صورت مخلوط با دی اکسید کربن یا نیتروژن یافت می شود. از تجزیه مواد آلی حاصل می شود. به عنوان یک قاعده، اینها گیاهانی هستند که زیر آب هستند و از دسترسی به هوا محروم هستند.
معادن زغال سنگ محل دیگری است که در آن گاز قابل احتراق باتلاق تشکیل می شود. پس از تجزیه بقایای آلی در بین سنگها تجمع می یابد. حفره های متعدد به این امر کمک می کند. چنین گازهایی با ظاهر شدن یک حفره تصادفی فرار می کنند.
مکان آموزش
علیرغم نام نسبتاً واضحی که دارد، گاز مرداب (یا بهتر است بگوییم متان) نیز از آن متصاعد می شود.ترک های زمین در نزدیکی میدان های نفتی اولین چنین مواردی در ایالات متحده آمریکا در سواحل رودخانه آلگنی و همچنین در روسیه در منطقه خزر ثبت شد. به همین دلیل در باکو از زمان های قدیم افسانه ای در مورد آتش سوزی های مرموز باکو وجود داشته است. معلوم شد که این پدیده طبیعی با دی اکسید کربن، نیتروژن و بخارات نفت، گاز مرداب مخلوط شده است.
با توسعه فناوری صنعت و معدن، مردم یاد گرفتند که چگونه از متان آزاد شده استفاده کنند. اولین چنین گیاهی در پنسیلوانیا ظاهر شد. گاز باتلاق با این واقعیت مشخص می شود که به طور مداوم تشکیل می شود، می توان آن را در هر باتلاق یا برکه ای یافت. غالباً کافی است فقط با یک چوب لجن را لمس کنید. پس از آن، حباب های گاز به سطح آب شناور می شوند.
پایه گاز مرداب
باکتری ها به تشکیل جزء اصلی گاز طبیعی (متان) کمک می کنند. به دلیل آنها، تخمیر فیبر گیاهی شروع می شود و به ظاهر متان کمک می کند. اعتقاد بر این است که خالص ترین متان مشخصه آتشفشان های گلی شبه جزیره آپشرون و کرچ است.
علاوه بر این، در رسوبات نمک، چشمه‌ها و فومارول‌ها - سوراخ‌ها و شکاف‌هایی که در پای آتشفشان‌ها قرار دارند، وجود دارد. متان در روده انسان وجود دارد. حاوی محصولات بازدم برخی از حیوانات است. یکی از اولین شواهد مکتوب این ماده را می توان نوشته های نویسنده باستانی پلینی دانست که از ترکیبات گازی قابل احتراق یاد کرده است.
انفجار
بیشتر از همه گاز باتلاقبه دلیل خواص مخرب خود شناخته شده است. هنگامی که در مخلوط با هوا مشتعل می شود، باعث انفجار می شود. دلیل این امر خواص متان است. انفجار گاز مرداب و ترکیبات مشابه برای مدت طولانی باعث وحشت مردمی شد که توضیح می دادند با خرافات چه اتفاقی می افتد. دلایل این ناهنجاری تنها پس از مطالعه علمی این پدیده مشخص شد.
گاز مارش، متان و سایر ترکیبات منفجره مردم را بر آن داشت تا لامپ دیوی را اختراع کنند. هم در باتلاق ها و هم در معادن زغال سنگ مورد استفاده قرار گرفت. در این لامپ، محصولات احتراق با استفاده از یک شبکه ویژه حذف شده است، که به لطف آن امکان اشتعال مخلوط گاز قابل احتراق حذف می شود.
تاریخچه کشف
دانشمند ایتالیایی آلساندرو ولتا سهم بزرگی در مطالعه گاز باتلاق (متان) داشت. در سال 1776، او ثابت کرد که این ماده با هیدروژن متفاوت است، زیرا برای سوختن دو برابر اکسیژن نیاز دارد. علاوه بر این، این ولتا بود که تشخیص داد گاز باتلاق منبع اسید کربنیک است.
یک ایتالیایی متان را در مرز سوئیس و ایتالیا در نزدیکی دریاچه Maggiore کشف کرد. الهام بخش این دانشمند مقاله ای از دانشمند و سیاستمدار آمریکایی بنجامین فرانکلین در مورد پدیده "هوای قابل احتراق" بود. ولتا اولین کسی بود که متان را با جمع‌آوری گاز ساطع شده از باتلاق به دست آورد.
تحقیق ادامه دارد
دیگر محققین مهم پدیده طبیعی شیمیدان فرانسوی کلود برتوله و شیمیدان انگلیسی ویلیام هنری بودند. آخرین آنها، در سال 1805، ترکیب گاز باتلاق را تعیین کرد و آن را از اتیلن متمایز کرد.به نام گاز نفت).
راز ماده منفجره در جزء اصلی آن - متان - پنهان بود. آن را به عنوان یک گاز هیدروکربنی سبک (بر خلاف گاز هیدروکربنی سنگین اتیلن) تعریف کرده اند. با گذشت زمان، اصطلاح دیگری ایجاد شد - متیل هیدروژن. تحقیقات هنری توسط جان دالتون و ینس یاکوب برزلیوس ادامه یافت.
در سال 1813، همفری دیوی شیمیدان و زمین شناس انگلیسی، فایردمپ را تجزیه و تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که این ماده مخلوطی از متان، انیدرید کربنیک و نیتروژن است. بنابراین ثابت شد که مخلوط قابل احتراق آزاد شده در معادن با مخلوط مشابه در باتلاق ها یکسان است.
تاثیر زیست محیطی
مشخصه گاز باتلاق، متان از واکنش های شیمیایی خاصی به وجود می آید. اول از همه، این تقطیر خشک مواد آلی (به عنوان مثال، ذغال سنگ نارس یا چوب) است. متان شیمیایی خالص از تجزیه متیل روی با آب به دست می آید (اکسید روی تولید می شود). امروزه این ماده به دلیل مشارکت در تشکیل اثر گلخانه ای مورد توجه بسیاری از دوستداران محیط زیست قرار گرفته است. این به دلیل تجمع متان در جو زمین است. گاز باتلاق تابش حرارتی در ناحیه مادون قرمز طیف را جذب می کند. در این پارامتر، پس از دی اکسید کربن خالص در رتبه دوم قرار دارد. بوم شناسان سهم متان را در افزایش اثر گلخانه ای حدود 30% تخمین می زنند.
خواص، ترکیب، فرمول شیمیایی گاز مرداب امروزه به عنوان بخشی از مطالعه تأثیر آن بر جو سیاره ما مورد مطالعه قرار می گیرد. در مقادیر طبیعی تولید شده توسط خود طبیعت، اینطور نبودخطرناک به عنوان عامل اثر گلخانه ای. اما مشکل اینجاست که مقدار زیادی متان به تقصیر خود مردم وارد جو می شود. آنالوگ گاز باتلاق در شرکت های مختلف تولید می شود. این به اصطلاح متان زیست زا است. آن چیزی که در باتلاق ها رخ می دهد، بیوژن در نظر گرفته می شود - یعنی ناشی از تبدیل مواد آلی است.
متانوژنز
بیوسنتز متان (و در نتیجه وقوع گاز باتلاق) را متانوژنز نیز می نامند. باکتری های آرکئال در این فرآیند نقش دارند. آنها هوازی هستند، یعنی بدون اکسیژن می توانند انرژی برای زندگی به دست آورند. آرکیا اندامک های غشایی و هسته ندارند.
باکتری ها با کاهش ترکیبات تک کربنی با الکل های کربنی و ترکیبات یک کربنه متان تولید می کنند. راه دیگر عدم تناسب استات است. انرژی تولید شده توسط باکتری ها توسط آنزیم های ATP سنتاز تبدیل می شود. مولکول‌های مختلفی در متانوژنز نقش دارند: کوآنزیم‌ها، متانوفوران، تتراهیدرومتانوپترین و غیره.
متانوژن
علم 17 جنس و 50 گونه باستانی را می شناسد که قادر به تولید پایه گاز باتلاق هستند. آنها کلنی های چند سلولی اولیه را تشکیل می دهند. ژنوم مورد مطالعه این گونه باستانی ها Methanosarcina acetivorans است. آنها مونوکسید کربن را با استفاده از آنزیم های استات کیناز و فسفو ترانس استیلاز به استات و متان تبدیل می کنند. همچنین نظریه ای وجود دارد مبنی بر اینکه این آرکیاها در دوران باستان می توانستند به تیو اتر تبدیل شوند، مشروط بر اینکه سطح بالایی وجود داشته باشد.غلظت سولفید آهن.
علت آتش سوزی جنگل
با انتشار و غلظت کافی، گاز باتلاق، مشتعل شده، می تواند باعث آتش سوزی بزرگ طبیعی ذغال سنگ نارس و جنگل شود. امروزه مجموعه کاملی از مبارزه با چنین پدیده هایی وجود دارد. خدمات ویژه نظارت بر گاز از باتلاق ترین مناطق را انجام می دهند. آنها مسئول پیشگیری و کنترل کمی نسبت اجزای یک گاز بالقوه خطرناک هستند.
برای مثال، یکی از باتلاقی ترین مناطق در منطقه مسکو، منطقه شاتورسکی شرقی است. در مخازن آن تعداد زیادی ماهی (صلیبی، سوف، گوبی، کپور، پیک، کپور)، نیوت، قورباغه، مار، مشک، پرنده (حواصیل، تلخ، وادر، اردک) وجود دارد. استخوان های همه این حیوانات حاوی فسفر است. توسط باکتری ها پردازش می شود و پس از آن چندین ماده دیگر ظاهر می شود. اینها دی فسفین و فسفین هستند. آنها آغازگر اصلی واکنش زنجیره ای احتراق خود به خود هستند. آتش‌سوزی‌هایی که از این طریق شروع می‌شوند یک مشکل جدی زیست‌محیطی هستند. از آتش سوزی در باتلاق ها، نه تنها جنگل ها، بلکه باتلاق های ذغال سنگ نارس نیز می سوزند. آتش می تواند به اعماق آنها سرایت کند. چنین تورب‌زارهایی می‌توانند سال‌ها بسوزند.
حدود دو سوم کل باتلاق های جهان در روسیه متمرکز شده اند. آنها در مرکز بخش اروپایی کشور، سیبری غربی و کامچاتکا یافت می شوند. مساحت کل باتلاق ها در روسیه حدود 340 میلیون هکتار است که 210 هکتار آن پوشیده از جنگل است. بیشتر گاز در تابستان تولید می شود. در چنین مدتی می توان روزانه حدود دو و نیم کیلوگرم متان در زمینی به مساحت یک هکتار آزاد کرد.
برهم کنش با اکسیژن و کلر
گاز طبیعی مرداب، که فرمول شیمیایی آن CH4 است، با شعله کم رنگ به سختی می سوزد. قوی ترین انفجار با آن زمانی رخ می دهد که در مخلوطی حاوی 7-8 حجم هوا و 2 حجم اکسیژن مشتعل شود. گاز کمی در آب حل می شود (بر خلاف الکل). فقط با هالوژن ها واکنش نشان می دهد.
هنگام تعامل با کلر، گاز باتلاق متیل کلرید CH3Cl را تشکیل می دهد. این ماده در آزمایشگاه به دست می آید. برای انجام این کار، گاز هیدروکلریک به محلول جوش متیل الکل و کلرید روی مذاب منتقل می شود. نتیجه یک گاز بی رنگ است که با بوی مطبوع اتری با طعمی شیرین مشخص می شود. تحت فشار یا خنک شدن قوی، غلیظ می شود و به مایع تبدیل می شود.
استفاده و واکنش با هالوژن
متان (گاز مرداب)، که فرمول و استفاده از آن به عنوان سوخت در برنامه درسی مدرسه مورد مطالعه قرار می گیرد، به طور فعال با هالوژن ها تعامل دارد. در نتیجه واکنش های جایگزینی با این مواد، ترکیبات زیر تشکیل می شود: برمید، کلرید، فلوراید و متیلن فلوراید. آخرین آنها برای اولین بار توسط شیمیدان روسی الکساندر باتلروف به دست آمد. متیلن یدید یک مایع زرد رنگ با انکسار بالا است. نقطه جوش آن 180 درجه سانتیگراد است.
نام گاز مردابی که به طور کامل با هالوژن جایگزین شده است چیست؟ این تتراکلرید کربن است. در سال 1839 توسط شیمیدان فرانسوی هنری رگنو کشف شد. این مایع با بوی تند مشخص است. اثر بی حسی دارد. یک ماده مشابه دیگرتترابرومید کربن از خاکستر گیاهان دریایی استخراج می شود.
خطر سلامت
متان مرداب خود از نظر فیزیولوژیکی بی ضرر است. متعلق به هیدروکربن های پارافینی غیر سمی است. این گروه از مواد با بی اثری شیمیایی و حلالیت ضعیف در پلاسمای خون مشخص می شوند. هوای با غلظت بالایی از گاز مرداب تنها در صورت کمبود اکسیژن می تواند انسان را بکشد.
علائم اولیه خفگی (خفگی) زمانی ظاهر می شود که محتوای متان از 30٪ باشد. در این حالت، حجم تنفس افزایش می یابد، نبض تند می شود، هماهنگی حرکات ماهیچه ای مختل می شود. اما احتمال چنین مواردی بسیار کم است. واقعیت این است که متان سبک تر از هوا است و از تجمع بیش از حد آن جلوگیری می کند.
در عین حال، محققان تأثیر گاز مرداب بر روان انسان را با تأثیر دی اتیل اتر برابر می دانند. اثر مشابهی را می توان با یک ماده مخدر برابر دانست. در افرادی که برای مدت طولانی در معادن با غلظت های بالای متان کار کرده اند، تغییرات در سیستم عصبی خودمختار (افت فشار خون، رفلکس مثبت چشمی و غیره) قابل ردیابی است.
