Атом углерода в молекуле метана находится в состоянии sp3- гибридизации. В результате перекрывания четырёх гибридных орбиталей атома углерода с s-орбиталями атомов водоорда образуется весьма прочная молекула метана. Метан-газ без цвета и запаха, легче воздуха, малорастворим в воде. Предельные углеводороды способны гореть, образуя оксид углерода (IV) и воду. Метан горит бледным синеватым пламенем: CH4+2O2=2H2O

В смеси с воздухом (или с кислородом, особенно в соотношении по объему 1: 2, что видно из уравнения реакции) метан образует взрывчатые смеси. Поэтому он опасен как в быту (утечка газа через краны), так и в шахтах. При неполном сгорании метана образуется сажа. Так её получают в промышленных условиях. В присутствии катализаторов при окислении метана получают метиловый спирт и формальдегид При сильном нагревании метан распадается по уравнению: CH4=C+2H2 В печах специальной конструкции распад метана может быть осуществлён до промежуточного продукта-ацителена:

2CH4=C2H 2+3H2

Для метана характерны реакции замещения. На свету или обычной температуре галогены-хлор и бром-постепенно (по стадиям) вытесняют из молекулы метана водород, образуя так называемые галогенопроизводные. Атомы хлора замещяют атомы водорода в ней с образованием смеси различных соединенний:

CH3Cl-хлорметана (хлористого

метила), CH2Cl2-дихлорметана, CHCl3-трихлорметана, CCl4-тетрахлорметана Из этой смеси каждое соединение может быть выделено. Важное значение имеют хлороформ итетрахлорметан как растворители смол, жиров, каучука и других органических веществ.

Образование галогенопроизводных метана протекают по цепному свободнорадикальному механизму. Под действием света молекулы хлора распадаются на неорганические радикалы: Cl2=2Cl

Неорганический радикал Cl отрывает от молекулы метана атом водорода с одним электроном, образуя HCl и свободный радикал CH3 H H

H: C_| H+Cl=H: C +HCl
H| H

Cвободный радикал взаимодействует с молекулой хлора Cl2 , образуя галогенопроизводное и радикал хлора:

CH3+Cl_| Cl=CH3-Cl+Cl
|

Метан при обычной температуре обладает большей стойкостью к кислотам, щелочам и многим окислителям. Однако он вступает в реакцию с азотной кислотой: CH4+HNO3=CH3NO2 +H2O

нитрометан

Метан не способен к реакциям присоединения, поскольку в его молекуле все валентности насыщены.

Приведенные реакции замещения сопровождаются разрывом связей C-H. Однако известны процессы, при которых происходит не только расщепление связей C-H, но и разрыв цепи углеродных атомов ( у гомологов метана). Эти реакции протекают при высоких температурах и в присутствии катализаторов. Например: C4H10+H2 -процесс дегидрогенизации

    C4H10-|
    C2H6 + C2H4-крекинг
    Получение метана.

Метан широко распространён в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (90-98%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева , торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти Метан выделяется со дна болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха, Поэтому метан часто называют болотным газом или рудничным газом В лабороторных условиях метан получают при нагревании смесси ацетата натрия с гидроксидом натрия:

    200 *C
    CH3|COONa +NaO|H=Na2CO3 + CH4|
    или при взаимодействии карбида алюминия с водой:
    Al4C3 +12H2O=4Al(OH)3 +3CH4|
    В последнем случае метан получается весьма чистым.

Метан может быть получен из простых веществ при нагревании в присутствии катализатора: Ni

    C+2H2=CH4
    А также синтезом на основе водяного газа
    Ni
    CO+3H2 =CH4 +H2O

Гомологи метана, как и метан , в лабораторных условиях получают прокаливанием солей соответствующих органических кислот с щелочами. Другой способ-реакция Вюрца , т. е. нагревание моногалогенопроизводных с металлическим натрием, например

C2H5 |Br+2Na+Br|C2H5= C2H5-C2H5+2NaBr

В технике для получения синтетического бензина (смесь углеводородов, содержащих 6-10 атомов углерода) применяют синтез из оксида углерода (II) и водорода в присутствии катализатора (соединения кобальта) и при повышенном давлении. Процесс можно выразить уравнением:

    200*С
    nCO+(2n+1)H2=CnH2n+2+nH2O
    Применение алканов

Благодаря большой теплотворной способности метан в больших количествах расходуется в качестве топлива (в быту-бытовой газ и в промешленности. Широко применяются получаемые из него вещества: водород, ацителен, сажа. Он служит исходным сырьём для получения формальдегида, метилового спирта, а также различных синтетических продуктов

Большое промышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов-парафинов с числом углеродных атомов 20-25. Этим путём получают синтетические жирные кислоты с различной длиной цепи, которые используются для производства мыл, различных моющих средств, смазочных материалов, лаков и эмалей. Жидкие углеводороды используются как горючее (они входят в состав бензина и керосина). Алканы широко используются в органическом синтезе.