Fórmula y reacciones del metano

Publicado el 25 octubre, 2021

La fórmula del metano

El metano es el componente principal del gas natural y está disponible en abundancia. Este gas se forma naturalmente a través de la descomposición de especies biológicas. La fórmula del metano es CH_4, cada letra de su fórmula representa un elemento. La C significa carbono y H significa hidrógeno. El metano es el alcano más simple , que es una rama de la familia de los hidrocarburos saturados.

El carbono del metano tiene una hibridación sp3 . Tiene 4 electrones de valencia, las fuerzas repulsivas provenientes de los pares de electrones se mantienen al mínimo gracias a su geometría molecular tetraédrica . El ángulo entre los enlaces de esta molécula es de 109,5 °.

La geometría tetraédrica del metano

¿Es el metano un elemento?

El metano está compuesto por dos elementos : carbono e hidrógeno. Como sugiere la fórmula molecular CH4, está compuesto por un solo carbono y 4 hidrógenos, lo que significa que en general está compuesto por 5 átomos. Entonces, ¿es el metano un elemento? La respuesta a eso es no; dado que el metano está compuesto por dos elementos diferentes, no puede ser un elemento.

¿Es el metano un compuesto?

Si el metano no es un elemento, ¿es el metano un compuesto? El resultado de combinar dos o más elementos diferentes es lo que llamamos compuesto . Al reexaminar la fórmula molecular del metano, CH_4 muestra que el metano se produce mediante la combinación de dos elementos diferentes: 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno. Se puede deducir automáticamente que es un compuesto. Como regla general, cualquier sustancia que esté hecha de dos o más elementos diferentes es un compuesto.

¿El metano es orgánico o inorgánico?

¿Es CH_4 una molécula orgánica? Para saber si el metano es un compuesto orgánico o inorgánico, primero se debe discutir la definición de cada término. Los compuestos orgánicos son moléculas que están hechas principalmente de hidrocarburos, que son carbonos que están unidos covalentemente a hidrógenos. Dichos compuestos poseen puntos de ebullición bajos y alta inflamabilidad. Suelen ser insolubles en agua y en disolventes polares. Los compuestos inorgánicos , por otro lado, están hechos de elementos químicos diferentes al carbono. Se caracterizan por su capacidad para formar enlaces covalentes e iónicos, y sus altos puntos de ebullición, baja inflamabilidad y solubilidad en agua.

La principal diferencia entre los compuestos orgánicos e inorgánicos es que el último carece del enlace C – H que siempre está presente en el primero. Esta observación se puede utilizar para deducir si el metano es orgánico o inorgánico.

Uno solo necesita mirar la fórmula molecular del metano para responder esa pregunta. Dado que el metano es un hidrocarburo, y dado que se compone de enlaces C – H, debería ser lógico pensar que de hecho es un compuesto orgánico. La mayoría de los compuestos orgánicos son naturales, lo que significa que se producen de forma natural sin la interferencia humana. El metano es el componente principal de los pedos de las vacas y el gas natural.

Reacciones de metano

Las reacciones químicas del metano son diversas y abundantes. Centrémonos en las clasificaciones más importantes.

Metano en reacciones de combustión

La reacción química de la combustión completa del metano.

El metano se enciende en presencia de oxígeno. Lo que sucede es lo siguiente: los enlaces de metano y oxígeno se rompen. Se reorganizan de tal manera que el resultado de la unión produce agua y dióxido de carbono. El metano también puede sufrir una combustión incompleta. En este caso, sufre una oxidación parcial. El resultado neto de este tipo de reacción es dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua. La combustión incompleta ocurre cuando hay escasa cantidad de oxígeno.

Es más sensato deducir que la reacción observada es un ejemplo de reacción exotérmica; debería ser un hecho ya que es una reacción de combustión.

Metano en reacciones de halogenación

Los halógenos son elementos del grupo 17 de la tabla periódica. Son sustancias químicas altamente reactivas con una alta electronegatividad. Se caracterizan por poseer 7 electrones de valencia en su capa exterior. El metano puede sufrir reacciones de halogenación a través de lo que se denomina reacción de sustitución nucleofílica secundaria (SN2) , en la que un solo hidrógeno de la cadena de alcanos se sustituye por un halógeno. El resultado de esta sustitución es un haloalcano . El primer paso de esta reacción es someter una molécula de halógeno (podría ser flúor, cloro, bromo, etc.) a radiación. Esto conduciría a la formación de un radical libre . Un radical libre es básicamente un átomo con electrones no apareados solitarios.

Formación de radicales libres: cloro

Los radicales libres son muy inestables. Eso es de esperar, ya que tienen un solo electrón que están más que felices de compartir. El radical de cloro ‘ataca’ al carbono en el metano, formando un enlace con él al compartir su electrón desapareado. Un átomo de hidrógeno se desprende del átomo de carbono y forma un enlace halógeno con el resto del radical cloro (hay radicales 2Cl). El producto de esta reacción es cloruro de metilo y cloruro de hidrógeno.

La razón por la que las reacciones de halogenación son muy importantes es porque los alcanos son extremadamente no reactivos. También están saturados y carecen de grupos funcionales y polaridad, lo que disminuye su tendencia a reaccionar. Al sustituir un hidrógeno por un halógeno, aumenta la reactividad de los alcanos. El producto, haloalcano, se usa luego en diferentes reacciones.

El metano reacciona con la mayoría de los halógenos, con la excepción del yodo, la razón detrás de esto es que la energía de activación del yodo es extremadamente alta, por lo que no se produce ninguna reacción en condiciones normales.

Los usos del metano

En términos generales, el metano se usa como ingrediente fertilizante, en calentadores usados en áreas residenciales y como combustible en hornos, estufas y automóviles.

El metano se quema para ofrecer energía térmica, que se utiliza en muchas cosas. Por ejemplo, se usa en calentadores y estufas de cocina. También se utiliza para impulsar motores de vehículos. La combustión de metano representa una buena parte de la energía de la que dependen la mayoría de los procesos industriales. Se considera un gas limpio. Por eso se utiliza como combustible en motores; solo una fracción muy pequeña de él se convierte en monóxido de carbono (la oxidación perfectamente completa del metano y otros hidrocarburos no se puede lograr en el mundo físico; siempre habrá una fracción del hidrocarburo que sufra oxidación parcial, lo que produce monóxido de carbono).

Las aplicaciones de las reacciones de halogenación de metano son versátiles. Los productos de este tipo de reacción se utilizan principalmente en la industria farmacéutica, de polímeros de silicio y en la fabricación de plásticos. Dado que la halogenación de la molécula de metano aumenta su reactividad, se puede usar una versión más reactiva del metano en diferentes reacciones.

Resumen de la lección

El metano es un compuesto orgánico que se forma por la descomposición de especies biológicas. Su fórmula molecular, CH_4, sugiere que está compuesto por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno. Es un compuesto que se compone de dos elementos : carbono e hidrógeno. Las siguientes son algunas de las principales características del metano:

Su geometría molecular tiene forma tetraédrica.
El ángulo entre sus enlaces es de 109,5 °
El átomo de C tiene 4 electrones de valencia
El átomo de C tiene una hibridación sp3
Es un compuesto orgánico debido a la presencia de hidrocarburos.

El metano sufre dos reacciones principales, la combustión, donde se oxida completamente a dióxido de carbono y agua o se oxida parcialmente a los mismos productos con la adición de monóxido de carbono, y la halogenación, donde sufre una reacción de sustitución SN2 con los radicales libres de halógenos.. Los radicales libres son átomos con electrones desapareados y los halógenos son elementos del Grupo 17 en la tabla periódica. Un átomo de hidrógeno se sustituye con un halógeno para formar un halometano. La combustión de metano se utiliza para proporcionar calor térmico en calentadores, hornos y estufas. También se utiliza en motores de automóviles. Los productos de la halogenación del metano se utilizan de diferentes formas. Por ejemplo, se utilizan en la fabricación de plásticos, en la industria de polímeros de silicio y en productos farmacéuticos.