Compuesto · Hidrocarburos
Metano (CH₄)
También llamado gas natural
Elementos que lo forman
Datos de metano
- Fórmula química
- CH₄
- Masa molar
- 16,043 g/mol
- Punto de fusión
- -182,456 °C
- Punto de ebullición
- -161,49 °C
- Densidad
- 0,717 g/L (gas, 0 °C, 1 atm); 0,422 g/cm³ (líquido a punto de ebullición)
- Solubilidad en agua
- 22,7 mg/L a 20 °C (muy poco soluble: apolar)
- Aspecto
- gas incoloro, inodoro (en estado puro)
- pH típico
- neutro (no es ácido ni base)
- Número CAS
- 74-82-8
- Peligrosidad (GHS)
- GHS04 (gas a presión), GHS02 (gas inflamable, rango 5-15 % en aire)
La masa molar se expresa en g/mol. Las propiedades físicas dependen de la temperatura, la presión y la forma de la sustancia; el pH corresponde a una disolución y depende de su concentración. Comprueba estas condiciones en la fuente antes de usar un dato en un cálculo.
Estructura e identificadores de metano
- Nombre IUPAC (internacional)
- methane
- Número CAS
- 74-82-8
- SMILES
- C
- InChIKey
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N
¿Qué es metano?
El metano es un hidrocarburo simple con la fórmula CH4, clasificado como un alcano. Es el principal componente del gas natural y una fuente de energía clave. Su relevancia radica en su uso como combustible y su impacto en el efecto invernadero, siendo un potente gas de efecto invernadero.
Nombres y nomenclatura de metano
- Nomenclatura IUPAC
- metano
- Sistemática
- metano
- Tradicional
- metano
- Nombre común
- gas natural (cuando es mayoritariamente metano), gas grisú (en minas de carbón)
Estructura y enlace
El metano tiene una estructura tetraédrica con enlaces covalentes simples entre el carbono y los cuatro átomos de hidrógeno. Esta geometría le confiere una simetría que lo hace apolar. No posee grupos funcionales, ya que es el alcano más simple.
Propiedades
Propiedades físicas
El metano es un gas incoloro e inodoro en su forma pura. Tiene una densidad de aproximadamente 0.656 kg/m3. Su punto de fusión es de -182 °C y su punto de ebullición es de -161.5 °C. Es prácticamente insoluble en agua.
Propiedades químicas
El metano es relativamente estable, pero reacciona con el oxígeno en una combustión completa para formar dióxido de carbono y agua. También puede reaccionar con halógenos en presencia de luz ultravioleta. Es inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire.
Cómo se obtiene
El metano se obtiene principalmente de yacimientos de gas natural, donde se encuentra en grandes cantidades. También se produce por descomposición anaeróbica de materia orgánica. Industrialmente, puede sintetizarse mediante la reacción de hidrógeno con monóxido de carbono (síntesis de Fischer-Tropsch).
Reacciones principales de metano
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Combustión completa (calor)
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O (ΔH = −890 kJ/mol)
Combustión exotérmica que libera mucho calor por mol. Base del uso del gas natural como combustible doméstico (cocinas, calderas) y industrial (centrales térmicas, motores). Una de las reacciones químicas más importantes para la energía moderna.
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Combustión incompleta (peligrosa)
2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O (con O₂ insuficiente)
Con poca ventilación, la combustión produce monóxido de carbono (CO) en lugar de CO₂. El CO es letal: se une 200 veces más que el O₂ a la hemoglobina. Causa de las intoxicaciones por braseros y calderas mal mantenidas.
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Reformado con vapor (producción de H₂)
CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ (a 800-1.000 °C con catalizador de Ni)
Es la principal vía industrial para producir hidrógeno (~95 % del H₂ mundial). El CO producido se trata después con vapor (reacción de cambio gas-agua): CO + H₂O → CO₂ + H₂, dando hidrógeno adicional.
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Cloración radical
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (con luz UV o calor)
Reacción radicalaria que sustituye un H por Cl, formando clorometano. Si continúa, da diclorometano (CH₂Cl₂), cloroformo (CHCl₃) y tetracloruro de carbono (CCl₄). Es el modelo clásico de halogenación de alcanos en química orgánica.
Para qué sirve metano
Combustible doméstico
El metano se utiliza como gas natural para cocinar y calentar en hogares. Es una fuente de energía limpia y eficiente, ampliamente empleada en sistemas de calefacción y cocinas a gas.
Generación eléctrica
En la industria energética, el metano se quema en centrales térmicas para generar electricidad. Su combustión produce menos dióxido de carbono que otros combustibles fósiles, como el carbón.
Producción de hidrógeno
El metano es una materia prima clave en la producción de hidrógeno mediante el proceso de reformado con vapor, que se utiliza en la industria química y en pilas de combustible.
Seguridad y manejo
El metano es inflamable y puede formar mezclas explosivas con el aire. No es tóxico, pero su acumulación en espacios cerrados puede desplazar el oxígeno y causar asfixia. Se recomienda ventilación adecuada y equipos de detección de gases en áreas de almacenamiento.
Curiosidades
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El metano fue identificado por primera vez en 1776 por Alessandro Volta, quien lo descubrió en burbujas de gas en el Lago Mayor, en Italia.
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El metano es responsable de aproximadamente el 20% del calentamiento global inducido por gases de efecto invernadero, a pesar de ser menos abundante que el dióxido de carbono.
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Las vacas y otros rumiantes producen metano durante la digestión, lo que contribuye significativamente a las emisiones globales de este gas.
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Errores frecuentes en exámenes (EBAU / ESO)
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⚠Decir que el metano tiene geometría plana.
El metano tiene geometría tetraédrica (ángulos H-C-H = 109,5°). El carbono central usa hibridación sp³ para crear cuatro enlaces covalentes equivalentes. Es el ejemplo clásico de geometría tetraédrica en química orgánica, base de toda la estereoquímica del carbono.
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⚠Confundir metano (CH₄) con metanol (CH₃OH).
Son compuestos distintos. Metano (CH₄): hidrocarburo gaseoso, combustible. Metanol (CH₃OH): alcohol líquido, tóxico (puede causar ceguera). Solo se diferencian en un grupo OH, pero las propiedades cambian totalmente: estado físico, polaridad, toxicidad. Cuidado con la confusión típica.
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⚠Pensar que el metano es un gas «natural» y por tanto inocuo.
El metano es altamente inflamable y explosivo en mezclas con aire (rango 5-15 % v/v). Es la causa de explosiones en minas de carbón (grisú) y de muchos accidentes domésticos por fuga de gas. Además, el metano puro es asfixiante en espacios cerrados al desplazar el oxígeno. Aunque no es tóxico en sentido químico, es muy peligroso.
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⚠Olvidar que el metano es un gas de efecto invernadero potente.
El metano es un gas de efecto invernadero ~28 veces más potente que el CO₂ (en horizonte de 100 años; ~84 veces en 20 años). Aunque su concentración atmosférica (~1,9 ppm) es 200 veces menor que la de CO₂, contribuye al ~20 % del forzamiento radiativo antropogénico. Fugas de gas natural, ganadería y arrozales son las fuentes principales.