Реакция хлорирования метана

Хлорирование метана — это

Реакция замещения — это химическая реакция, в ходе которой один атом или группа атомов в химическом соединении заменяется другим атомом или группой атомов.

Метан — мощный парниковый газ и короткоживущий загрязнитель климата, выбрасываемый главным образом в результате деятельности человека. Время его жизни в атмосфере составляет около 12 лет.

Используется в основном как топливо для получения тепла и света. Он также используется для производства органических химикатов. Метан образуется при разложении природных материалов и часто встречается на свалках, в болотах, септических системах и канализациях.

Метан серьезно усугубляет изменение климата, а также оказывает ряд косвенных воздействий на здоровье человека, урожайность сельскохозяйственных культур и здоровье растительности благодаря своей роли предшественника в образовании тропосферного озона. Оказывает в 86 раз более сильное воздействие на потепление, чем CO2 на единицу массы в течение 20-летнего периода. Более 60% выбросов газа происходит в результате деятельности человека. Сельское хозяйство — крупнейший антропогенный источник выбросов метана, на долю которого приходится 40%.

Хлорирование метана представляет собой способ переработки природного газа в продукты с высокой добавленной стоимостью. Однако из-за низкой реакционной способности метана существующие процессы хлорирования требуют использования повышенных температур и катализаторов.

Стадии

Этап инициации радикальной цепной реакции — это этап, на котором впервые образуется свободный радикал. Завершающий этап радикальной цепной реакции — это этап, на котором два радикала реагируют друг с другом таким образом, что цепь больше не может распространяться.

1. Зарождение цепи (инициация): Цепь инициируется (запускается) ультрафиолетовым светом при температуре 250-400 градусов, разбивающим молекулу хлора на два свободных радикала.
   Cl2 → 2Cl

2. Реакции распространения цепи (пропагация): Это реакции, которые поддерживают цепь. Хлоровые радикалы реагируют с метаном (CH4), замещая один атом водорода атомом хлора. При этом образуется метиловый радикал (CH3•) и хлороводород (HCl):
   CH4 + Cl → CH3 + HCl

3.  Продолжение цепной реакции: полученный метиловый радикал может продолжать реагировать с хлором, образуя метилхлорид (CH3Cl) и свободный хлоровый радикал: CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl

4. Реакции прекращения цепи: Это реакции, которые удаляют свободные радикалы из системы, не заменяя их новыми.
   2Cl → Cl2

   CH3 + Cl → CH3C l

   CH3 + CH3 → CH3CH3

Механизм реакции

Механизм включает в себя цепную реакцию. В ходе цепной реакции на каждый реактивный вид, с которого вы начинаете, в конце образуется новый — и так продолжается весь процесс. Общий процесс известен как замещение свободных радикалов или как цепная реакция свободных радикалов. Получается смесь продуктов.

Как и в любой другой реакции, важно учитывать изменения энергии, поскольку эти изменения в значительной степени определяют, насколько быстро будет протекать реакция и, собственно, будет ли она протекать вообще.

Формула

Пример фотохимической реакции — реакции, происходящей под действием света.

CH4+Cl2⟶CH3Cl+HCl

Органическим продуктом является хлорметан. Один из атомов водорода в метане был замещен атомом хлора, так что это реакция замещения. Однако реакция на этом не заканчивается, и все гидрогены в метане могут быть в свою очередь заменены атомами хлора.

Где применяется

Некоторые области, где используется процесс:

1. Производство хлорированных органических соединений: хлорированные производные метана, такие как хлорметан (CH3Cl), хлорэтан (C2H5Cl) и трихлорметан (CHCl3), используются в качестве реагентов и промежуточных продуктов в синтезе различных химических соединений. Они могут быть использованы в производстве пластмасс, растворителей, лекарственных препаратов и других химических продуктов.
2. В процессе полимеризации для создания пластмасс с разными свойствами, такими как прочность, гибкость или термостабильность. Хлорирование метана может привести к образованию полихлорированных бифенилов (PCB), которые ранее использовались в электрической и электронной промышленности.
3. Может применяться для очистки, удаления бактерий и других микроорганизмов из воды и сточных вод. Хлорин, который образуется при хлорировании метана, обладает сильными дезинфицирующими свойствами и может уничтожать патогенные микроорганизмы.
4. Производство химических реагентов для аналитических или синтетических целей.
5. Используется в составе огнезащитных покрытий и материалов для защиты от возгорания и распространения огня.
6. В качестве хладоагентов в системах кондиционирования воздуха и холодильных установках.