methane cation radical | 74-82-8

• 物质功能分类: 有机原料 - 烃类化合物及其衍生物 - 无环烃
• 分子结构分类: 无机化合物 - 均质非金属化合物 - 均质其他非金属化合物
• 英文名称: methane cation radical
• 英文别名: methane radical cation；methane radical ion；Methan-Kation
• CAS: 74-82-8；27680-53-1
• 化学式: CH₄
• 分子量: 16.0428
• InChiKey: DEMLYXWOPCFOLG-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  −183 °C(lit.)
• 沸点：
  −161 °C(lit.)
• 密度：
  0.716 g/mL at 25 °C(lit.)
• 蒸气密度：
  0.55 (vs air)
• 闪点：
  -188 ºC
• 介电常数：
  1.7（-173℃）

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  0.64
• 重原子数：
  1.0
• 可旋转键数：
  0.0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  1.0
• 拓扑面积：
  0.0
• 氢给体数：
  0.0
• 氢受体数：
  0.0

安全信息

• 危险等级：
  2.1
• 危险品标志：
  F+
• 安全说明：
  S16,S33,S9
• 危险类别码：
  R12
• 危险标志：
  GHS02,GHS04
• 危险品运输编号：
  UN 1971 2.1
• 危险性描述：
  H220,H280
• 危险性防范说明：
  P210,P377,P381,P410 + P403

制备方法与用途

甲烷简介

甲烷，化学式为CH₄，是最简单的有机物。其分子结构呈四面体，四个键的长度相同且键角相等。在标准状态下，甲烷是一种无色、无味的气体。由于具有高度可燃性，它常作为燃料使用（如天然气和沼气的主要成分），并在化工生产中广泛用于制造氢气、一氧化碳、乙炔及甲醛。

制备方法 细菌分解法

将有机质放入沼气池中，在适宜温度和湿度条件下，甲烷菌迅速繁殖并分解有机质产生甲烷、二氧化碳、氢等气体。其中甲烷的含量约为60%-70%，经低温液化后可提取出廉价的甲烷。

合成法

将二氧化碳与氢在催化剂作用下反应生成甲烷和氧气，其化学方程式为： CO₂ + 2H₂ = CH₄ + O₂

另外，碳蒸汽直接与氢反应也可制备高纯度的甲烷。

实验室制法

使用无水醋酸钠（CH₃COONa）和碱石灰（NaOH和CaO做干燥剂），通过如下化学方程式进行反应： CH₃COONa + NaOH = Na₂CO₃ + CH₄↑

收集方法为排水法。

特点与注意事项

1. 必须使用无水醋酸钠与干燥的碱石灰来制取甲烷，否则几乎无法产生。
2. 实验操作及气体收集方式需遵循氧气制备相同规范。

化学性质

无色无臭、可燃性气体。微溶于水，并能溶解于乙醇、乙醚等有机溶剂中。

用途

主要用于转化为氢气和合成氨，也可作为甲醇和其他多种化学品的原料。干气可用作燃料或生产合成氨、炭黑、甲醇；湿气则可裂解为乙烯、丙烯等物质。

生产方法

自然界的天然气、煤层气及沼气是甲烷的主要来源：

1. 天然气分离：天然气中含80%-99%的甲烷，干天然气经过净化后使用；湿天然气则需通过冷凝法、吸收法或吸附法去除乙烷以上的轻烃后再使用。
2. 油田气分离：油气开采时逸出的天然气中，干气含有80%-85%的甲烷，而湿气中的含量为10%，在加压和冷却条件下可液化作为化工原料。
3. 炼厂气分离：石油加工过程中气体中含有20%-50%的甲烷；在从中提取乙烯、丙烯的过程中也可副产甲烷或纯度更高的甲烷。
4. 焦炉气与干馏煤气中同样含有一定比例（约20%-30%或40%-60%）的甲烷，通过深冷法可进一步分离并得到甲烷。

安全信息

• 类别：有害气体
• 毒性分级：中毒
• 急性毒性：吸入小鼠LC₅₀为50,000 ppm/2小时。
• 爆炸危险特性：与空气混合易爆
• 可燃性危险特性：易燃，火场可能释放辛辣刺激烟雾并具有窒息性。
• 储存运输：应存放在通风良好、低温干燥的地方，并与氧化剂分开存放。
• 灭火剂：水雾、二氧化碳或泡沫。
• 职业暴露限值：时间加权平均容许浓度为6700 mg/m³。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  methane cation radical 在 盐酸 作用下， 以 gas 为溶剂， 生成 alkaline earth salt of/the/ methylsulfuric acid
  参考文献：
  名称：

  Energy dependencies of fast reactions of positive ions X⁺ with HCl from near thermal to ≂2 eV center‐of‐mass collision energy (X⁺=H⁺,H₂⁺,H₃⁺,N⁺,N₂⁺,Ar⁺,C⁺,CH⁺, CH₂⁺,CH₃⁺,CH₄⁺,CH₅⁺)

  摘要：

  The rate coefficients for the reactions of the ions H+, H2+, H3+, N+, N2+, Ar+, C+, CH+, CH2+, CH3+, CH4+, and CH5+ with HCl have been measured as a function of reactant ion/reactant neutral average center-of-mass kinetic energy (KEc.m.). The measurements were performed using a selected ion flow drift tube operated at 300 K with helium buffer gas. Most of these reactions have rate coefficients close to their collisional values at ambient temperature and all of them exhibit a pronounced KEc.m. dependence. A simple model is proposed, in which the measured dependence of the rate coefficients on KEc.m. is expressed in terms of the kinetic-energy dependence of the rate unimolecular decomposition of the intermediate complex formed in the ion-neutral collision.

  DOI：

  10.1063/1.464742
• 作为产物：
  描述：

  methane 在 氪气 作用下， 以 gaseous matrix 为溶剂， 生成 [3H]甲基鎓 、 methane cation radical
  参考文献：
  名称：

  A crossed‐beam scattering study of CH⁺₄and CH⁺₃formation in charge transfer collisions of Kr⁺with CH₄at about 1 eV

  摘要：

  The dynamics of CH+4 and CH+3 ion formation in collisions of Kr+ (2P3/2′1/2) with thermal CH4 has been investigated in a crossed beam experiment at a hyperthermal collision energy of 1.18 eV. The scattering data show that the CH+4 product is formed in a near-resonant exoergic process in which the most probable energy transferred to the target is practically equal to the recombination energy of the Kr+ projectile (resonant energy transfer); in addition a wide band of internal states of CH+4 up to ±0.6 eV is populated in inelastic and superelastic collisions. In contrast, the CH+3 product is formed in dissociative charge transfer, with about one-half of the yield due to nonresonant, endoergic collisions of Kr+ (2P3/2). The other half of the CH+3 product is found to originate in near-resonant exoergic collisions of Kr+ (2P1/2). An estimate is given of the distribution of the total energy deposited in methane by the above processes.

  DOI：

  10.1063/1.469095

文献信息

• Reactions of CH+ ions ith molecules at 300 K
  作者：N.G. Adams、D. Smith

  DOI：10.1016/0009-2614(78)85278-6

  日期：1978.3

  The rate coefficients and product ion distributions have been obtained for the reactions of the CH+n ions (n = 0 to 4) with COS, H2S, H2CO, CH3OH and CH3NH2 in a SIFT at 300 K. The reactions are generally fast binary with multiple products except for CH+3 for which fast ternary association channels are also observed in parallel with the binary channels.

  在300°C的SIFT中，已获得CH + n离子（n = 0至4）与COS，H 2 S，H 2 CO，CH 3 OH和CH 3 NH 2的反应的速率系数和产物离子分布。 K.反应通常是具有多种产物的快速二元反应，但CH + 3除外，因为CH + 3的快速三元缔合通道也与二元通道平行观察到。
• A beam scattering study of the dynamics of CH⁺₄(CH₄,CH₃)CH⁺₅reaction in the eV collision energy range: Three competing mechanisms of CH⁺₅formation
  作者：Zdenek Herman、Michael Henchman、Bretislav Friedrich

  DOI：10.1063/1.458680

  日期：1990.10

  A crossed-beam study of the reaction CH+4(CH4,CH3)CH+5 was carried out in the collision energy range 0.6–2.3 eV. Three distinct patterns were observed, which may be interpreted in terms of three competing mechanisms for CH+5 formation: proton stripping, H-atom pickup, and intermediate complex decomposition. The existence of a C2H+8 intermediate, stable towards dissociation, is suggested by the results. The relative weights of the three mechanisms were estimated as a function of collision energy.
• Ion-molecule reactions in mixture of methane with water, hydrogen sulfide, and ammonia
  作者：Wesley T. Huntress、Russell F. Pinizzotto、James B. Laudenslager

  DOI：10.1021/ja00794a001

  日期：1973.6.27
• Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, Gmelin Handbook: S: SVol.4a/b, 1.3.8.11.1, page 212 - 214
  作者：

  DOI：——

  日期：——
• The addition of carbanions to the carbonyl group in the gas phase
  作者：J. E. Bartmess、R. L. Hays、G. Caldwell

  DOI：10.1021/ja00396a006

  日期：1981.3