Altaiden pohj alta vapautuva kaasu on epämiellyttävän hajuista suokaasua (toinen yleisnimi on metaani). Tieteellisesti se on formeeni tai metyylivety. Suurin osa siitä koostuu metaanista (CH4). Se voi sisältää myös typpeä, argonia, vetyä, fosfiinia ja hiilidioksidia.
Pääominaisuudet
Vakiokoostumus, suokaasun kemiallinen kaava - kaikki tämä osoittaa selvästi sen kuulumisen yksinkertaisimpiin hiiliyhdisteisiin. Muut komponentit on ryhmitelty tämän elementin ympärille. Suokaasua esiintyy luonnossa vapaana seoksena hiilidioksidin tai typen kanssa. Se johtuu orgaanisen aineen hajoamisesta. Yleensä nämä ovat kasveja, jotka ovat veden alla ja joilla ei ole pääsyä ilmaan.
Hiilikaivokset ovat toinen paikka, jossa muodostuu palavaa suokaasua. Se kerääntyy kivien joukkoon orgaanisten jäämien hajoamisen jälkeen. Lukuisat tyhjiöt vaikuttavat tähän. Tällaiset kaasut karkaavat, kun vahingossa ilmaantuu reikä.
Koulutuspaikat
Melko yksiselitteisestä nimestään huolimatta suokaasua (tai pikemminkin metaania) vapautuu myösmaa halkeilee öljykenttien lähellä. Ensimmäiset tällaiset tapaukset kirjattiin Yhdysvalloissa Allegheny-joen rannoilla sekä Venäjällä Kaspianmeren alueella. Tästä syystä Bakussa on muinaisista ajoista lähtien ollut legenda salaperäisistä Bakun tulipaloista. Luonnonilmiö osoittautui sekoittuneeksi hiilidioksidin, typen ja öljyhöyryjen sekä suokaasun kanssa.
Teollisuuden ja kaivosteknologian kehittyessä ihmiset ovat oppineet hyödyntämään vapautunutta metaania. Ensimmäinen tällainen kasvi ilmestyi Pennsylvaniassa. Suokaasulle on ominaista, että se muodostuu jatkuvasti, sitä löytyy mistä tahansa suosta tai lampista. Usein riittää, että kosketat lietettä tikulla. Sen jälkeen kaasukuplat kelluvat veden pinnalle.
Suon kaasupohja
Bakteerit muodostavat maakaasun (metaanin) pääkomponentin. Niiden takia kasvikuidun käyminen alkaa, mikä edistää metaanin ilmaantumista. Puhtaimman metaanin uskotaan olevan ominaista Apsheronin ja Kerchin niemimaan mutatulivuorille.
Lisäksi sitä esiintyy suolaesiintymissä, lähteissä ja fumaroleissa – tulivuorten juurella sijaitsevissa reikissä ja halkeamissa. Ihmisen suolistossa on metaania. Se sisältää joidenkin eläinten uloshengitystuotteita. Yksi ensimmäisistä kirjallisista todisteista tästä aineesta voidaan pitää muinaisen kirjailijan Pliniusn kirjoituksia, joissa mainittiin kaasumaiset palavat yhdisteet.
Räjähtävyys
Eniten suokaasuatunnettu tuhoisista ominaisuuksistaan. Kun se syttyy seoksessa ilman kanssa, se aiheuttaa räjähdyksen. Syynä tähän ovat metaanin ominaisuudet. Suokaasun ja vastaavien yhdisteiden räjähdys pitkään pelotti ihmisiä, jotka selittivät tapahtuvaa taikauskolla. Poikkeaman syyt selvisivät vasta tämän ilmiön tieteellisen tutkimuksen jälkeen.
Suokaasu, metaani ja muut räjähtävät yhdisteet saivat ihmiset keksimään Davy-lampun. Sitä alettiin käyttää sekä suoilla että hiilikaivoksissa. Tässä lampussa palamistuotteet poistettiin käyttämällä erityistä ritilää, minkä ansiosta palavan kaasuseoksen syttymismahdollisuus suljettiin pois.
Löytöhistoria
Italialainen tiedemies Allesandro Volta antoi suuren panoksen suokaasun (metaanin) tutkimukseen. Vuonna 1776 hän osoitti, että tämä aine eroaa vedystä, koska se tarvitsee kaksi kertaa enemmän happea palaakseen. Lisäksi Volta totesi, että suokaasu on hiilihapon lähde.
Italialainen löysi metaanin Sveitsin ja Italian raj alta Maggiore-järven läheltä. Tiedemiehen inspiraationa oli amerikkalaisen tiedemiehen ja poliitikon Benjamin Franklinin artikkeli "palavan ilman" ilmiöstä. Volta sai ensimmäisenä metaania keräämällä suon päästämän kaasun.
Tutkimus jatkuu
Muita tärkeitä luonnonilmiön tutkijoita olivat ranskalainen kemisti Claude Berthollet ja brittiläinen kemisti William Henry. Viimeinen niistä, vuonna 1805, määritti suokaasun koostumuksen ja erotti sen eteenistä (niinkutsutaan öljykaasuksi).
Räjähteen salaisuus piiloutui sen pääkomponenttiin - metaaniin. Se on määritelty kevyeksi hiilivetykaasuksi (toisin kuin raskas hiilivetykaasu, eteeni). Ajan myötä perustettiin toinen termi - metyylivety. Henryn tutkimusta jatkoivat John D alton ja Jens Jakob Berzelius.
Vuonna 1813 englantilainen kemisti ja geologi Humphrey Davy analysoi tulipesän ja päätteli, että tämä aine oli metaanin, hiilihappoanhydridin ja typen seos. Niinpä todistettiin, että kaivoksissa vapautuva palava seos on identtinen suoissa olevan samanlaisen seoksen kanssa.
Ekologiset vaikutukset
Suokaasulle ominaista metaania syntyy tietyistä kemiallisista reaktioista. Ensinnäkin tämä on orgaanisen aineen (esimerkiksi turpeen tai puun) kuivatislaus. Kemiallisesti puhdasta metaania saadaan hajottamalla sinkkimetyyliä vedellä (sinkkioksidia syntyy). Nykyään tämä aine herättää monien ympäristönsuojeijoiden huomion, koska se osallistuu kasvihuoneilmiön muodostumiseen. Tämä johtuu metaanin kertymisestä maapallon ilmakehään. Suokaasu absorboi lämpösäteilyä spektrin infrapuna-alueella. Tässä parametrissa se on toiseksi puhtaan hiilidioksidin jälkeen. Ekologit arvioivat metaanin osuuden kasvihuoneilmiön voimistumiseen noin 30 %.
Suokaasun ominaisuuksia, koostumusta ja kemiallista kaavaa tutkitaan nykyään osana sen vaikutusta planeettamme ilmakehään. Luonnon itsensä tuottamissa luonnollisissa määrissä sitä ei ollutvaarallinen kasvihuoneilmiön aiheuttajana. Ongelmana on kuitenkin se, että v altava määrä metaania pääsee ilmakehään ihmisten itsensä takia. Suokaasun analogia valmistetaan useissa yrityksissä. Tämä on niin kutsuttu abiogeeninen metaani. Suoissa esiintyvää pidetään biogeenisenä eli orgaanisen aineen muuttumisen seurauksena.
Metanogeneesi
Metaanin biosynteesiä (ja siten suokaasun esiintymistä) kutsutaan myös metanogeneesiksi. Arkeaaliset bakteerit ovat mukana tässä prosessissa. Ne ovat aerobisia, eli ne voivat saada energiaa elämää varten ilman happea. Arkeoissa ei ole kalvoorganelleja eikä ydintä.
Bakteerit tuottavat metaania pelkistämällä yhden hiilen yhdisteitä hiilialkoholeilla ja yhden hiiliyhdisteillä. Toinen tapa on asetaatin epäsuhtautuminen. ATP-syntaasientsyymit muuttavat bakteerien tuottamaa energiaa. Metanogeneesiin osallistuu useita erilaisia molekyylejä: koentsyymit, metanofuraani, tetrahydrometanopteriini jne.
Metanogeenit
Tiede tuntee 17 suvua ja 50 arkealajia, jotka kykenevät muodostamaan pohjan suokaasulle. Ne muodostavat primitiivisiä monisoluisia pesäkkeitä. Sellaisten arkkien tutkituin genomi on Methanosarcina acetivorans. Ne muuttavat hiilimonoksidin asetaateiksi ja metaaniksi käyttämällä asetaattikinaasi- ja fosfotransasetylaasientsyymejä. On myös teoria, jonka mukaan nämä arkeat muinaisina aikoina saattoivat muuttua tioeetteriksi, jos siellä oli korkearautasulfidipitoisuus.
Metsäpalojen syy
Riittävällä päästöllä ja pitoisuudella syttynyt suokaasu voi aiheuttaa suuren luonnonturpeen ja metsäpalon. Nykyään tällaisten ilmiöiden torjunta on monimutkainen. Erikoispalvelut suorittavat kaasuseurantaa soisimmilla alueilla. He ovat vastuussa mahdollisesti vaarallisen kaasun komponenttien suhteen ehkäisystä ja kvantitatiivisesta valvonnasta.
Esimerkiksi yksi Moskovan alueen soisimmista on itäinen Shatursky-alue. Sen altaissa on paljon kaloja (ristejä, ahvenia, peikkoja, karppeja, haukeja, karppeja), newtioita, sammakoita, käärmeitä, piisamia, lintuja (haikaroita, katkeria, kahlaajia, ankkoja). Kaikkien näiden eläinten luut sisältävät fosforia. Bakteerit käsittelevät sitä, minkä jälkeen ilmaantuu useita muita aineita. Näitä ovat difosfiini ja fosfiini. Ne ovat spontaanin palamisen ketjureaktion pääaloittajia. Tällä tavalla alkaneet tulipalot ovat vakava ympäristöongelma. Soiden tulipaloista ei vain metsät, vaan myös suot palavat. Tuli voi levitä syvälle niihin. Tällaiset suot voivat palaa vuosia.
Noin kaksi kolmasosaa maailman kaikista soista on keskittynyt Venäjälle. Niitä löytyy maan eurooppalaisen osan, Länsi-Siperian ja Kamtšatkan keskustassa. Venäjän soiden kokonaispinta-ala on noin 340 miljoonaa hehtaaria, joista 210 on metsäpeitteen peitossa. Suurin osa kaasusta tuotetaan kesällä. Tänä aikana metaania voi vapautua noin kaksi ja puoli kiloa päivässä yhden hehtaarin alueelta.
Vuorovaikutus hapen ja kloorin kanssa
Luonnollinen suokaasu, jonka kemiallinen kaava on CH4, palaa tuskin hehkuvalla vaalealla liekillä. Voimakkain räjähdys sen kanssa tapahtuu, kun se sytytetään seoksessa, joka sisältää 7-8 tilavuutta ilmaa ja 2 tilavuutta happea. Kaasu liukenee heikosti veteen (toisin kuin alkoholi). Se reagoi vain halogeenien kanssa.
Vuorovaikutuksessa kloorin kanssa suokaasu muodostaa metyylikloridia CH3Cl. Tämä aine saadaan laboratoriossa. Tätä varten kloorivetykaasu johdetaan kiehuvaan metyylialkoholin ja sulan sinkkikloridin liuokseen. Tuloksena on väritön kaasu, jolle on tunnusomaista miellyttävä eteerinen tuoksu ja makeahko maku. Voimakkaan paineen tai jäähdytyksen alaisena se sakeutuu nesteeksi.
Käyttö ja reaktiot halogeenien kanssa
Metaani (sokaasu), jonka kaavaa ja käyttöä polttoaineena tutkitaan koulun opetussuunnitelmassa, on aktiivisesti vuorovaikutuksessa halogeenien kanssa. Näiden aineiden kanssa tapahtuvien substituutioreaktioiden seurauksena muodostuu seuraavia yhdisteitä: bromidi, kloridi, fluoridi ja metyleenifluoridi. Viimeisen niistä hankki ensin venäläinen kemisti Alexander Butlerov. Metyleenijodidi on erittäin taittava kellertävä neste. Sen kiehumispiste on 180 °C.
Mikä on suokaasun nimi, joka on kokonaan korvattu halogeeneilla? Tämä on hiilitetrakloridia. Sen löysi ranskalainen kemisti Henri Regnault vuonna 1839. Se on neste, jolla on tyypillinen mausteinen tuoksu. Sillä on anesteettinen vaikutus. Toinen samanlainen ainehiilitetrabromidi. Se uutetaan meren kasvien tuhkasta.
Terveysvaara
Suometaani itsessään on fysiologisesti vaaratonta. Se kuuluu myrkyttömiin parafiinisiin hiilivetyihin. Tälle aineryhmälle on ominaista kemiallinen inertti ja huono liukoisuus veriplasmaan. Ilma, jossa on korkea suokaasupitoisuus, voi tappaa ihmisen vain, jos hänellä ei ole happea.
Tukehtumisoireet (tukkehtuminen) ilmaantuvat, kun metaanipitoisuus on yli 30 %. Tässä tapauksessa hengitystilavuus kasvaa, pulssi nopeutuu, lihasliikkeiden koordinaatio häiriintyy. Mutta tällaisten tapausten todennäköisyys on erittäin pieni. Tosiasia on, että metaani on ilmaa kevyempää, mikä estää sitä kerääntymästä liikaa.
Samaan aikaan tutkijat rinnastavat suokaasun vaikutuksen ihmisen psyykeen dietyylieetterin vaikutukseen. Samanlainen vaikutus voidaan rinnastaa huumeeseen. Ihmisillä, jotka ovat työskennelleet kaivoksissa, joissa metaanipitoisuus on pitkään korkea, voidaan jäljittää autonomisen hermoston muutoksia (hypotensio, positiivinen silmän sydänrefleksi jne.).
