Gas yang dikeluarkan dari bahagian bawah takungan ialah gas paya dengan bau yang tidak menyenangkan (nama umum lain ialah metana). Secara saintifik, ia adalah formene, atau metil hidrogen. Kebanyakannya terdiri daripada metana (CH4). Ia juga mungkin mengandungi nitrogen, argon, hidrogen, fosfin dan karbon dioksida.
Ciri Utama
Komposisi standard, formula kimia gas paya - semua ini jelas menunjukkan ia tergolong dalam sebatian karbon paling ringkas. Komponen lain dikumpulkan di sekeliling elemen ini. Gas paya terdapat di alam semula jadi dalam keadaan bebas sebagai campuran dengan karbon dioksida atau nitrogen. Ia terhasil daripada penguraian bahan organik. Sebagai peraturan, ini adalah tumbuhan yang berada di bawah air dan tidak mendapat akses kepada udara.
Lombong arang batu ialah tempat lain di mana gas paya mudah terbakar terbentuk. Ia terkumpul di antara batuan selepas penguraian sisa organik. Banyak lompang menyumbang kepada ini. Gas seperti itu terlepas apabila lubang yang tidak disengajakan muncul.
Tempat pendidikan
Walaupun namanya agak jelas, gas paya (atau lebih tepat lagi, metana) juga dipancarkan daripadaretakan bumi berhampiran medan minyak. Kes pertama seperti itu direkodkan di Amerika Syarikat di tebing Sungai Allegheny, serta di Rusia di rantau Caspian. Di Baku, atas sebab ini, terdapat legenda tentang kebakaran Baku yang misteri sejak zaman purba. Fenomena alam itu ternyata bercampur dengan karbon dioksida, nitrogen dan wap minyak, gas paya.
Dengan perkembangan industri dan teknologi perlombongan, orang ramai telah mempelajari cara menggunakan metana yang dikeluarkan. Tumbuhan pertama seperti itu muncul di Pennsylvania. Gas paya dicirikan oleh fakta bahawa ia terbentuk secara berterusan, ia boleh didapati di mana-mana paya atau kolam. Selalunya, cukup hanya menyentuh kelodak dengan kayu. Selepas itu, gelembung gas terapung ke permukaan air.
Pangkalan gas paya
Bakteria membantu membentuk komponen utama gas asli (metana). Kerana mereka, penapaian serat tumbuhan bermula, menyumbang kepada penampilan metana. Metana paling tulen dipercayai merupakan ciri gunung berapi lumpur di Semenanjung Apsheron dan Kerch.
Selain itu, ia berlaku dalam mendapan garam, mata air dan fumarol - lubang dan retakan yang terletak di kaki gunung berapi. Metana terdapat dalam usus manusia. Ia mengandungi produk pernafasan beberapa haiwan. Salah satu bukti bertulis pertama bahan ini boleh dianggap sebagai tulisan penulis purba Pliny, yang menyebut sebatian mudah terbakar gas.
Letupan
Kebanyakan daripada semua gas payaterkenal dengan sifat yang merosakkan. Apabila dinyalakan dalam campuran dengan udara, ia menyebabkan letupan. Sebabnya adalah sifat metana. Letupan gas paya dan sebatian serupa untuk masa yang lama menakutkan orang ramai yang menjelaskan apa yang berlaku dengan tahyul. Sebab-sebab anomali menjadi jelas hanya selepas kajian saintifik tentang fenomena ini.
Gas paya, metana dan bahan letupan lain mendorong orang ramai mencipta lampu Davy. Ia mula digunakan di kawasan paya dan di lombong arang batu. Dalam lampu ini, produk pembakaran telah dialih keluar menggunakan grid khas, dengan itu kemungkinan pencucuhan campuran gas mudah terbakar telah dikecualikan.
Sejarah penemuan
Saintis Itali Allesandro Volta memberi sumbangan besar kepada kajian gas paya (metana). Pada tahun 1776, beliau membuktikan bahawa bahan ini berbeza daripada hidrogen, kerana ia memerlukan dua kali lebih banyak oksigen untuk dibakar. Di samping itu, Volta yang menentukan bahawa gas paya adalah sumber asid karbonik.
Seorang Itali menemui metana di sempadan Switzerland dan Itali berhampiran Tasik Maggiore. Inspirasi untuk saintis itu adalah artikel oleh saintis dan ahli politik Amerika Benjamin Franklin mengenai fenomena "udara mudah terbakar". Volta adalah yang pertama memperoleh metana dengan mengumpul gas yang dikeluarkan oleh paya.
Penyelidikan diteruskan
Penyelidik penting lain tentang fenomena semula jadi ialah ahli kimia Perancis Claude Berthollet dan ahli kimia British William Henry. Yang terakhir daripada mereka, pada tahun 1805, menentukan komposisi gas paya dan membezakannya daripada etilena (jadidipanggil gas minyak).
Rahsia bahan letupan itu tersembunyi dalam komponen utamanya - metana. Ia telah ditakrifkan sebagai gas hidrokarbon ringan (berbanding dengan etilena gas hidrokarbon berat). Dari masa ke masa, istilah lain ditubuhkan - metil hidrogen. Penyelidikan Henry diteruskan oleh John D alton dan Jens Jakob Berzelius.
Pada tahun 1813, ahli kimia dan ahli geologi Inggeris Humphrey Davy menganalisis lembapan api dan membuat kesimpulan bahawa bahan ini adalah campuran metana, anhidrida karbonik dan nitrogen. Jadi terbukti bahawa campuran mudah terbakar yang dikeluarkan di lombong adalah sama dengan campuran serupa di paya.
Kesan ekologi
Ciri gas paya, metana timbul daripada tindak balas kimia tertentu. Pertama sekali, ini adalah penyulingan kering bahan organik (contohnya, gambut atau kayu). Metana tulen secara kimia diperolehi melalui penguraian zink metil dengan air (zink oksida dihasilkan). Hari ini, bahan ini menarik perhatian ramai ahli alam sekitar kerana penyertaannya dalam pembentukan kesan rumah hijau. Ini disebabkan oleh pengumpulan metana di atmosfera Bumi. Gas paya menyerap sinaran haba di kawasan inframerah spektrum. Dalam parameter ini, ia adalah yang kedua selepas karbon dioksida tulen. Pakar ekologi menganggarkan sumbangan metana kepada peningkatan kesan rumah hijau pada kira-kira 30%.
Sifat, komposisi, formula kimia gas paya sedang dikaji hari ini sebagai sebahagian daripada kajian pengaruhnya terhadap atmosfera planet kita. Dalam kuantiti semula jadi yang dihasilkan oleh alam semula jadi itu sendiri, ia tidakberbahaya sebagai punca kesan rumah hijau. Namun, masalahnya ialah sejumlah besar metana memasuki atmosfera kerana kesalahan orang itu sendiri. Analog gas paya dihasilkan di pelbagai perusahaan. Ini adalah metana abiogenik yang dipanggil. Yang berlaku di paya dianggap biogenik - iaitu, hasil daripada transformasi bahan organik.
Metanogenesis
Biosintesis metana (dan dengan itu berlakunya gas paya) juga dipanggil metanogenesis. Bakteria archaeal terlibat dalam proses ini. Mereka adalah aerobik, iaitu, mereka boleh mendapatkan tenaga untuk hidup tanpa oksigen. Archaea tidak mempunyai organel membran dan nukleus.
Bakteria menjana metana dengan mengurangkan sebatian satu karbon dengan alkohol karbon dan sebatian satu karbon. Cara lain ialah ketidakkadaran asetat. Tenaga yang dihasilkan oleh bakteria diubah oleh enzim ATP sintase. Pelbagai molekul terlibat dalam metanogenesis: koenzim, methanofuran, tetrahydromethanopterin, dll.
Metanogen
Sains mengetahui 17 genera dan 50 spesies archaea yang mampu menjana asas gas paya. Mereka membentuk koloni multiselular primitif. Genom archaea yang paling banyak dikaji ialah Methanosarcina acetivorans. Mereka menukar karbon monoksida kepada asetat dan metana menggunakan enzim asetat kinase dan fosfotransasetilase. Terdapat juga teori bahawa archaea ini pada zaman dahulu boleh berubah menjadi thioether, dengan syarat terdapatkepekatan besi sulfida.
Punca kebakaran hutan
Dengan pelepasan dan kepekatan yang mencukupi, gas paya, yang dinyalakan, boleh menyebabkan gambut semula jadi yang besar dan kebakaran hutan. Hari ini, terdapat satu kompleks untuk memerangi fenomena sedemikian. Perkhidmatan khas menjalankan pemantauan gas di kawasan yang paling berpaya. Mereka bertanggungjawab untuk pencegahan dan kawalan kuantitatif nisbah komponen gas yang berpotensi berbahaya.
Sebagai contoh, salah satu yang paling berpaya di wilayah Moscow ialah daerah Shatursky timur. Di dalam takungannya terdapat banyak ikan (crucian, perches, gobies, carp, pikes, carp), kadal air, katak, ular, muskrat, burung (bangau, bitterns, waders, itik). Tulang semua haiwan ini mengandungi fosforus. Ia diproses oleh bakteria, selepas itu beberapa bahan lain muncul. Ini adalah diphosphine dan phosphine. Mereka adalah pemula utama tindak balas berantai pembakaran spontan. Kebakaran bermula dengan cara ini adalah masalah alam sekitar yang serius. Dari kebakaran di paya, bukan sahaja hutan, tetapi juga rawa gambut terbakar. Api boleh merebak jauh ke dalam mereka. Tanah gambut seperti itu boleh terbakar selama bertahun-tahun.
Kira-kira dua pertiga daripada semua paya di dunia tertumpu di Rusia. Mereka ditemui di tengah-tengah bahagian Eropah negara, Siberia Barat dan Kamchatka. Jumlah kawasan paya di Rusia adalah kira-kira 340 juta hektar, 210 daripadanya ditutup dengan litupan hutan. Kebanyakan gas dihasilkan pada musim panas. Dalam tempoh sedemikian, kira-kira dua setengah kilogram metana boleh dibebaskan setiap hari di kawasan seluas satu hektar.
Interaksi dengan oksigen dan klorin
Gas paya semulajadi, yang formula kimianya ialah CH4, terbakar dengan nyalaan pucat yang hampir tidak bercahaya. Letupan paling kuat dengannya berlaku apabila dinyalakan dalam campuran yang mengandungi 7-8 isipadu udara dan 2 isipadu oksigen. Gas ini sedikit larut dalam air (tidak seperti alkohol). Ia hanya bertindak balas dengan halogen.
Apabila berinteraksi dengan klorin, gas paya membentuk metil klorida CH3Cl. Bahan ini diperolehi di makmal. Untuk melakukan ini, gas hidroklorik disalurkan ke dalam larutan mendidih metil alkohol dan zink klorida cair. Hasilnya ialah gas tidak berwarna yang dicirikan oleh bau halus yang menyenangkan dengan rasa manis. Di bawah tekanan atau penyejukan yang kuat, ia menjadi cecair.
Penggunaan dan tindak balas dengan halogen
Metana (gas paya), formula dan penggunaannya sebagai bahan api dipelajari dalam kurikulum sekolah, berinteraksi secara aktif dengan halogen. Hasil daripada tindak balas penggantian dengan bahan-bahan ini, sebatian berikut terbentuk: bromida, klorida, fluorida dan metilena fluorida. Yang terakhir daripada mereka pertama kali diperoleh oleh ahli kimia Rusia Alexander Butlerov. Metilena iodida ialah cecair kekuningan yang sangat bias. Takat didihnya ialah 180 °C.
Apakah nama gas paya, digantikan sepenuhnya oleh halogen? Ini adalah karbon tetraklorida. Ia ditemui oleh ahli kimia Perancis Henri Regnault pada tahun 1839. Ia adalah cecair dengan ciri bau pedas. Ia mempunyai kesan anestetik. Satu lagi bahan yang serupakarbon tetrabromida. Ia diekstrak daripada abu tumbuhan laut.
Bahaya kesihatan
Metana paya itu sendiri tidak berbahaya dari segi fisiologi. Ia tergolong dalam hidrokarbon parafin bukan toksik. Kumpulan bahan ini dicirikan oleh lengai kimia dan keterlarutan yang lemah dalam plasma darah. Udara dengan kepekatan gas paya yang tinggi hanya boleh membunuh seseorang jika dia kekurangan oksigen.
Tanda-tanda awal sesak nafas (asfiksia) muncul apabila kandungan metana daripada 30%. Dalam kes ini, jumlah pernafasan meningkat, nadi semakin cepat, koordinasi pergerakan otot terganggu. Tetapi kemungkinan kes sedemikian adalah sangat kecil. Hakikatnya ialah metana lebih ringan daripada udara, yang menghalangnya daripada terkumpul dalam perkadaran yang berlebihan.
Pada masa yang sama, penyelidik menyamakan kesan gas paya pada jiwa manusia dengan kesan dietil eter. Kesan yang sama boleh disamakan dengan narkotik. Pada orang yang telah bekerja di lombong dengan kepekatan metana yang tinggi untuk masa yang lama, perubahan dalam sistem saraf autonomi (hipotensi, refleks okulokardium positif, dll.) dapat dikesan.
