Болотний газ або метан (також водородістий метил. Форма) - граничний вуглеводень складу СН 4. перший член ряду С n Н 2n + n. одне з найпростіших сполук вуглецю, навколо якого групуються всі інші і від якого можуть бути зроблені через заміщення атомів водню різними залишками. У природі болотний газ є у вільному стані в суміші з азотом, вуглекислотою, а іноді також і іншими вуглеводнями; він представляє продукт розкладання органічних речовин, головним чином рослин, в присутності води без доступу повітря. а такі умови для його утворення, по крайней мере в невеликих кількостях, зустрічаються на кожному кроці. Значні маси болотного газу містяться в кам'яновугільних копальнях, де розкладання органічних залишків триває ще й досі; тут він нагромаджується в пустотах серед порід і з силою виривається з випадково зробленого отвору. Великі кількості болотного газу, змішаного з азотом, вуглекислотою і парами нафти, виділяються з тріщин в землі по сусідству з нафтовими родовищами, напр. по берегах р. Аллегані. в Північно-Американських Соед. Штатах, у нас, в Росії, по прибережжю Каспійського моря, особливо в околицях Баку, де знаходиться знаменитий стародавній храм вогнепоклонників (див. Бакинські вогні). У Пенсільванії і виділяється газ утилізують на металургійних заводах. Освіта болотного газу йде безперервно і в даний час в стоячих водах; присутність його можна довести в будь-якому ставку чи болоті: досить доторкнутися болотний мул палицею, як одразу ж на поверхню води спливають бульбашки газу, який можна зібрати в перекинуту горлом вниз склянку з лійкою, наповнену водою. Газ цей виявляється сумішшю метану з азотом та вугільної кислотою; він утворюється тут внаслідок бродіння рослинної клітковини (під впливом бактерій). Брудні вулкани Керченського і Апшеронского півострів ів та інших місцевостей виділяють також багато іноді абсолютно чистого болотного газу; крім того, він знайдений в деяких джерелах, соляних покладах (Величка), в тосканських фумаролах і т. д. Присутність болотного газу доведено також в кишковому каналі людини і в продуктах видихання деяких домашніх тварин.
У суміші з повітрям при запалюванні болотний газ дає страшні вибухи, жертвою яких, незважаючи на всі обережності (напр. Запобіжна лампа Деві, см. Лампи), стає маса робітників у кам'яновугільних копальнях. Завдяки таким властивостям він був відомий вже дуже давно. Пліній, напр. згадує про горючих газоподібних виділеннях, що зустрічаються в деяких місцевостях, а в XVII і XVIII століттях є чимало вказівок щодо вибухів у кам'яновугільних копальнях, причому, проте, нічого не говориться про природу запалюється газу; його ототожнювали тоді, цілком ймовірно, з воднем. Горючість газоподібних виділень стоячих вод вперше спостерігалася Вольтою в 1776 р .; він же показав, що газ цей відмінний від водню, так як вимагає для свого сожіганія подвійний об'єм кисню (а не половинний) і понад те дає при горінні вугільну кислоту. Бертолле в 1785 р досліджував болотний газ докладніше, а Генрі в 1805 р перший відрізнив його від маслородного газу, або етилену, в суміші продуктів сухої перегонки органічних речовин; на відміну від цього останнього, важкого вуглеводневого газу. метан називали легким вуглеводневим газом. Дальтон. Дов і Берцеліус завершили дослідження Генрі; назва водородістий метил дала теорія типів.
Броді спостерігав утворення його при дії електричних іскор на суміш окису вуглецю і водню. Для отримання болотного газу сильно нагрівають тісний суміш уксусно-натрової солі з 4 ч. Натрістой вапна; підміна етилену видаляють, пропускаючи газ через пемзу, змочену сірчаною кислотою, але він містить ще водень:
Хімічно чистий болотний газ утворюється при розкладанні цінкметіла Zn (СН 3) 2 водою, при чому виділяється окис цинку. Гладстон і трайб отримують його, розкладаючи йодистий метил при посередництві мідно-цинкової пари.
Чистий болотний газ безбарвний, не має запаху і смаку; уд. вага його 0,559; критична температура. по Ольшевського, - 81,8 ° Ц. (при тиску в 54,9 атмосф.); температура кипіння - 164 °; темпер. затвердіння - 185 °, 8; легко загорається і горить блідим, ледь світив полум'ям; найбільш сильно підриває при запалюванні в суміші з 2 об. кисню або 7-8 обсягами повітря; при 16 обсягах повітря вибуху вже не відбувається; в воді мало розчинний, значно легше в алкоголі; не отруйний. За хімічними властивостями болотний газ являє вельми міцне речовина, що не дає продуктів приєднання, що реагує тільки з галоидами (крім йоду); при пропущенні його через розпечену трубку лише незначна частина переходить в нафталін; при дії іскор сильного індукційного апарату частина болотного газу розкладається на вуглець і водень, причому утворюється також ацетилен. Хлор не діє в темряві; при розсіяному світлі утворюються продукти субституции, а на прямому сонячному світлі суміш обох газів дає сильний вибух; болотний газ не змінюється при обробці сумішшю паруючої сірчаної та азотної кислот.
Продукти субституции болотного газу галоидами.
1) Продукти первинного заміщення. Якщо залишити суміш рівних обсягів болотного газу і хлору на розсіяному сонячному світлі до знебарвлення, то обсяг взятих газів не зміниться; при цьому утворюються однакові обсяги хлористого водню і хлористого метилу CH3 Cl. Ця речовина було отримано ще Дюма і Пелиго при нагріванні метильного алкоголю (див. Це сл.) З кухонною сіллю і сірчаною кислотою; описане вище пряме заміщення водню в Болотний газ або метан газі хлором спостерігав Бертело. В даний час хлористий метил готують заводським шляхом по Венсану, нагріваючи від 260 ° до 320 ° хлористоводневий тріметіламін N (СН 3) 3 · НСl (з бурякової меляси); рясно виділяється газ згущують в рідину в металевих посудинах, і в такому вигляді він надходить в торгівлю (речовина має широке застосування при фабрикації анілінових фарб, потім як зручний засіб для отримання низьких температур та ін.). Лабораторним шляхом хлористий метил отримують, пропускаючи хлористоводневий газ в киплячий розчин 1 ч. Сплавленного хлористого цинку в 2 ч. Метильного алкоголю. Хлористий метил представляє безбарвний газ з приємним ефірним запахом, солодкуватого смаку, при охолодженні або при сильному тиску сгущающийся в рідину, що кипить при -23 °, 7; уд. вага - 0,99145 (при 23,7 °) і 0,95231 (при 0 °); 1 об'єм води розчиняє 4 обсягу речовини; при швидкому випаровуванні скрапленого СН 3 Сl з водою при 0 ° утворюється кристалічний гідрат хлористого метилу (т. пл. + 6 °, Байєр); хлористий метил легко розчинний в спирті і оцтової кислоти; на повітрі горить зеленим полум'ям і дає при цьому вугільну кислоту, воду та соляну кислоту; хлор на сонячному світлі діє заміщує чином, причому поступово виходять: хлористий метилен СН 3 Сl, хлороформ СНСl 3 і чотирихлористий вуглець CCl 4; всі ці продукти супроводжують звичайно хлористому метилу і при дії хлору на метан.
Фтористий метил. СН 3 F, отриманий вперше Дюма і Пелиго нагріванням метілсерно-калієвої солі з фтористим калієм. Муассан і Мельсан останнім часом приготували його, діючи фтористим сріблом на йодистий метил. Речовина являє безбарвний газ з приємним ефірним запахом, палаючий блакитним полум'ям; уд. вага його знайдений 1,22 (замість 1,19 теоретич.); при 32 атм. згущується в рідину (при звичайній температурі); 100 к. См води розчиняють (при 18 °) 193 к. См газу; значно більш розчинний в метильних алкоголі; дуже міцний, важко обмилюється водним їдким калі.
2) З продуктів вторинного заміщення галоидами водню болотного газу відомі: хлористий метилен. бромистий метилен. йодистий метилен і фтористий метилен. Перші два утворюються, по А. М. Бутлеров у, при дії хлору або брому на йодистий метилен, отриманий вперше Бутлеровим ж при нагріванні йодоформу (СJ 3) з алкоголятов натрію. Йодистий метилен представляє жовтувату, сильно заломлюючу світло рідина, що кипить з деяким розкладанням при 180 °; при 0 ° вона застигає в лістоватие кристали, що плавляться при + 2 °, уд. вага 3,342 (при + 5 °). При нагріванні йодистого метилена з водою і міддю до 100 ° утворюються етилен і його гомологи (Бутлеров); з оцтово-срібною сіллю виходить ефір метіленгліколя СН 2 (СО 3 СН 3) 2. а з щавлево-срібною - оксіметілен (див. Мурашина кислота і Альдегид). Завдяки значному питомій вазі йодистий метилен вживається для визначення щільності розчиняються у воді солей (Ретжерс).
3) Продукти третинного заміщення галоидами відрядив бол. газу: хлороформ (СНСl 3), см. це сл .; бромоформ (CHBr3), см. це сл .; йодоформ (CHJ3), см. це сл .; фтороформ (CHF3), см. це сл.
4) Продукти повного заміщення галоидами: чотирихлористий вуглець. перхлорметан. CCl4 відкритий Реньо в 1839 р при дії хлору на хлороформ; його отримують, пропускаючи сухий хлор в киплячу суміш сірчистого вуглецю CS 2 з пятихлористого сурмою. Речовина являє рідина з пряним запахом, кипить при 76,7 °, уд. ваги 1,6084 (при 9,5 °); критична температура його 285,3 ° (Павлевскій); не розчиняється у воді, але легко - в алкоголі і ефірі; діє анестезуючу чином. Відновлювачі переводять чотирихлористий вуглець в хлороформ і хлористий метилен; при пропущенні парів його через розпечену трубку виходять: перхлоретілен C 2 Cl4 і перхлоретан C 2 Cl6; з фосфорним ангідридом при 200 ° утворюються хлорокись вуглецю СОСl 2. хлорокись фосфору і вугільна кислота (Густавсон); речовина хлорують при нагріванні неорганічні кислоти і металеві окиси.
Четирехбромістий вуглець CBr4 міститься в бромі, що добувається з попелу морських рослин; отримано Болас і Гровесом при тривалому нагріванні сірчистого вуглецю з бромом і йодом; утворюється, між іншим, при дії бромистого алюмінію (AlBr 3) на чотирихлористий вуглець або брому на четирехйодістий вуглець CJ 4 (Густавсон); речовина являє таблички, що плавляться при 92,5 °; кипить, майже не розкладаючись, при 189,5 °; четирехбромістий вуглець подібний по реакціях з хлористим з'єднання м; розкладається при 350 ° з виділенням брому і освітою тетраброметілена З 2 Вr 4 і бромбензол C 6 Br6.
Чотирьохйодитого вуглець CJ4 отриманий Густавсон при дії йодистого алюмінію на чотирихлористий вуглець; кристалізується в темно-червоних правильних октаедрів; розкладається при нагріванні на повітрі; при кип'ятінні з водою дає йодоформ.
Четирехфторістий вуглець CF4 отриманий Муассаном при пропущенні фтору над дрібно роздробленим вугіллям; вугілля при цьому розжарюється і горить в атмосфері фтору. В цьому випадку, а також при дії фтору на Болотний газ або метан газ поряд з четирехфторістим вуглецем утворюються і інші фтористі з'єднання вуглецю. Шабрие рекомендує готувати речовина нагріванням фтористого срібла зчотирьоххлористим вуглецем в запаяних трубках з богемського скла. Четирехфторістий вуглець являє газ, що згущується при 15 ° в рідину; мало розчинний у воді, роз'їдає скло. Сірчана кислота і розчини лугів на нього не діють.
Нітропохідні болотного газу.
1) Нітрометан. нітрокарбол CH3 NO2 отриманий в 1872 р Кольбе при дії азотистокислого калію на калієву сіль монохлоруксусной кислоти; одночасно з ним В. Мейер отримав це з'єднання подвійним розкладанням азотисто-срібної солі з йодистим метилом. Нітрометан представляє тоне у воді, важко розчинний в ній масло з характерним ефірним запахом; кипить при 101 °, горить блідим полум'ям. За хімічними властивостями нитрометан представляє як би одноосновними кислоту (завдяки присутності групи електронегативного характеру); напр. з алкогольним їдким натром він дає сіль CH 2 (NO2) Na. Водень в момент виділення відновлює його в метиламин; з кислотами, напр. соляної, при нагріванні утворюється мурашина кислота і гідроксиламін. Хлор і бром майже не діють на нитрометан; але в присутності їдких лугів виходять галоідозамещенние нитросоединения (див. Нітросполуки). Представником їх може служити хлорпікрин.
2) Хлорпікрин. або тріхлорнітрометан. ССl 3 (О 2), відкритий Стенгоузом при перегонці розчину пікринової кислоти (див. Це сл.) З хлорним вапном; склад речовини визначено Жераром і Кагура. Хлорпікрин утворюється, мабуть, вельми часто при дії хлору на сполуки, що містять в своєму складі кілька нітрогрупп, або при обробці азотною кислотою речовин, багатих хлором. Кекуле отримав його при дії концентрованої азотної кислоти на хлорал і при перегонці спирту з кухонною сіллю, азотної та сірчаної кислотами. Готують його зазвичай, діючи пікринової кислотою (4,5 ч.) На хлорне вапно (45 год.), Замішану з водою в тісто, при нагріванні; після закінчення реакції хлорпікрин відганяють з водяною парою. Хлорпікрин представляє безбарвну, сильно заломлюючу світло рідина з пронизливим, що викликає сльози запахом. Перегін яется без розкладання при 112 °; уд. вага при 0 ° 1,692; не розчиняється у воді, але легко розчиняється в бензолі, сірковуглеці, алкоголі; в свою чергу є розчинником для йоду, смол і інших багатих вуглецем з'єднань. Відновлювачі переводять його в метиламин; утворює з алкоголятов натрію ортоугольние ефіри; з алкогольним аміаком дає гуанидин (див. це сл.).
3) Трінітрометан. нітроформ CH (NO2) 3. отриманий Л. Н. Шишківці м при кип'ятінні з водою трінітроацетонітріл а C (NO 2) 3 -CN, при чому отщепляется вугільна кислота і утворюється амонійна сіль нітроформа:
яку розкладають дією сірчаної кислоти. Реакцію слід вести обережно, так як нітроформ легко підриває при нагріванні. Речовина являє безбарвні куби або ромбоедри, що плавляться при 15 °, легко займисті, розчинні у воді з жовтим кольором. Водень нітроформа легко заміщується металами; бром на сонячному світлі дає бромнітроформ; суміш міцної азотної та сірчаної кислот переводить речовина в:
4) тетранітрометан. нітроуглерод C (NO2) 4. відкритий при тільки що згаданої реакції Шишковим; з'єднання являє кристали, що плавляться при + 13 °; кипить, чи не розкладаючись, при 126 °; не вибухають і не запалюється; у воді не розчиняється.