Metana
Stereo, formula kerangka dari metana
Model bola-stik dari metana
Model bola-stik dari metana
Spacefill model of methane
Spacefill model of methane
Nama
Nama IUPAC
  • Metana[2] (substitutif)
  • Tetrahidridokarbon[2] (aditif)
Nama lain
Penanda
Model 3D (JSmol)
3DMet (({3DMet))}
Referensi Beilstein 1718732
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Nomor EC
Referensi Gmelin 59
KEGG
MeSH Methane
Nomor RTECS (({value))}
Nomor UN 1971
  • InChI=1S/CH4/h1H4 YaY
    Key: VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N YaY
  • C
Sifat
CH4
Massa molar 16,04 g·mol−1
Penampilan gas tidak berwarna
Bau tidak berbau
Densitas 655.6 μg cm−3
Titik lebur −187,2 °C; −304,9 °F; 86,0 K
Titik didih −162 °C; −260 °F; 111 K
35 mg dm−3 (at 17 °C)
log P 1.09
Termokimia
Kapasitas kalor (C) 35.69 J K−1 mol−1
Entropi molar standar (So) 186.25 J K−1 mol−1
Entalpi pembentukan standar (ΔfHo) −74.87 kJ mol−1
Entalpi
pembakaran
standar ΔcHo298 		−891.1–−890.3 kJ mol−1
Bahaya
Piktogram GHS GHS02: Mudah terbakar
Keterangan bahaya GHS (({value))}
H220, H280
P210, P410+403
Titik nyala −188 °C
Ambang ledakan 5–15% [3]
Senyawa terkait
Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
N verifikasi (apa ini YaYN ?)
Referensi

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tetapi jika digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi.

Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air):

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Metana adalah salah satu gas rumah kaca. Konsentrasi metana di atmosfer pada tahun 1998, dinyatakan dalam fraksi mol, adalah 1.745 nmol/mol (bagian per miliar), naik dari 700 nmol/mol pada tahun 1750. Pada tahun 2008, kandungan gas metana di atmosfer sudah meningkat kembali menjadi 1.800 nmol/mol.[4]

Karakteristik kimia dan ikatan

Metana adalah molekul tetrahedral dengan empat ikatan C-H yang ekuivalen. Struktur elektroniknya dapat dijelaskan dengan 4 ikatan orbital molekul yang dihasilkan dari orbital valensi C dan H yang saling melengkapi. Energi orbital molekul yang kecil dihasilkan dari orbital 2s pada atom karbon yang saling berpasangan dengan orbital 1s dari 4 atom hidrogen.

Pada suhu ruangan dan tekanan standar, metana adalah gas yang tidak berwarna darn tidak berbau.[5] Bau dari metana (yang sengaja dibuat demi alasan keamanan) dihasilkan dari penambahan odoran seperti metanathiol atau etanathiol. Metana mempunyai titik didih −161 °C (−257.8 °F) pada tekanan 1 atmosfer.[6] Sebagai gas, metana hanya mudah terbakar bila konsentrasinya mencapai 5-15% di udara. Metana yang berbentuk cair tidak akan terbakar kecuali diberi tekanan tinggi (4-5 atmosfer).[7]

Reaksi kimia

Reaksi-reaksi utama pada metana adalah pembakaran, pembentukan ulang uap menjadi gas sintetis, dan halogenasi. Secara umum, reaksi metana sulit dikontrol. Oksidasi sebagian menjadi metanol, misalnya, merupakan reaksi yang agak sulit untuk dilakukan karena reaksi kimia yang terjadi tetap membentuk karbon dioksida dan air meskipun jumlah oksigen yang tersedia tidak mencukupi. Enzim metana monooksigenase dapat digunakan untuk memproduksi metanol dari metana, tetapi karena jumlahnya yang terbatas maka tidak dapat digunakan dalam reaksi skala industri.[8]

Reaksi asam-basa

Seperti hidrokarbon lainnya, metana adalah asam yang sangat lemah. Nilai pKa-nya pada DMSO diperkirakan 56.[9] Metana tidak dapat dideprotonasi dalam larutan, tetapi konjugat basanya dengan metillitium sudah diketahui. Protonasi dari metana dapat dibuat dengan cara mereaksikannya dengan superasam sehingga menghasilkan CH5+, terkadang disebut ion metanium.[10]

Pembakaran

Pada reaksi pembakaran metana, ada beberapa tahap yang dilewati. Hasil awal yang didapat adalah formaldehida (HCHO atau H2CO). Oksidasi formaldehid akan menghasilkan radikal formil (HCO), yang nantinya akan menghasilkan karbon monoksida (CO):

CH4 + O2 → CO + H2 + H2O

H2 akan teroksidasi menjadi H2O dan melepaskan panas. Reaksi ini berlangsung sangat cepat, biasanya bahkan kurang dari satu milisekon.

2 H2 + O2 → 2 H2O

Akhirnya, CO akan teroksidasi dan membentuk CO2 sambil melepaskan panas. Reaksi ini berlangsung lebih lambat daripada tahapan yang lainnya, biasanya membutuhkan waktu beberapa milisekon.

2 CO + O2 → 2 CO2

Hasil reaksi akhir dari persamaan diatas adalah:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O (ΔH = −891 kJ/mol (dalam kondisi temperatur dan tekanan standar))

Reaksi dengan halogen

Metana bereaksi dengan halogen maka reaksi kimianya adalah:

CH4 + X2 → CH3X + HX

dimana X adalah atom halogen: fluorin (F), klorin (Cl), bromin (Br), atau iodin (I). Mekanisme untuk proses ini dinamakan halogenasi radikal bebas. Reaksi dimulai dengan radikal Cl· menempel pada metana untuk menghasilkan CH3·, keduanya bergabung dan membentuk metil klorida (CH3Cl). Reaksi lainnya akan menghasilkan diklorometana (CH2Cl2), kloroform (CHCl3), dan karbon tetraklorida (CCl4). Energi yang diperlukan untuk reaksi ini dapat melalui radiasi ultraviolet atau pemanasan.[11]

Penggunaan

Metana digunakan dalam proses industri kimia dan dapat diangkut sebagai cairan yang dibekukan (gas alam cair, atau LNG). Ketika dalam bentuk cairan yang dibekukan, metana akan lebih berat daripada udara karena gas metana yang didinginkan akan mempunyai massa jenis yang lebih besar, . Metana yang berada pada suhu ruangan biasa akan lebih ringan daripada udara. Gas alam, yang sebagian besar adalah metana, biasanya didistribusikan melalui jalur pipa.

Bahan bakar

Artikel utama: Gas alam

Metana adalah salah satu bahan bakar yang penting dalam pembangkitan listrik, dengan cara membakarnya dalam turbin gas atau pemanas uap. Jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, pembakaran metana menghasilkan gas karbon dioksida yang lebih sedikit untuk setiap satuan panas yang dihasilkan. Panas pembakaran yang dihasilkan metana adalah 891 kJ/mol. Jumlah panas ini lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon lainnya, tetapi jika dilihat rasio antara panas yang dihasilkan dengan massa molekul metana (16 g/mol), maka metana akan menghasilkan panas per satuan massa (55,7 kJ/mol) yang lebih besar daripada hidrokarbon lainnya. Di banyak kota, metana dialirkan melalui pipa ke rumah-rumah dan digunakan untuk pemanas rumah dan kebutuhan memasak. Metana yang dialirkan di rumah ini biasanya dikenal dengan gas alam. Gas alam mempunyai kandungan energi 39 megajoule per meter kubik, atau 1.000 BTU per kaki kubik standar.

Metana dalam bentuk gas alam terkompresi digunakan sebagai bahan bakar kendaraan dan telah terbukti juga sebagai bahan bakar yang lebih ramah lingkungan daripada bahan bakar fosil lain macam bensin dan diesel.[12]

Produksi

Proses biologi

Artikel utama: Metanogenesis

Di alam, metana diproduksi oleh alam dalam proses yang disebut metanogenesis. Proses yang memiliki beberapa tahap ini digunakan oleh beberapa mikroorganisme sebagai sumber energi. Reaksi bersihnya adalah:

CO2 + 8 H+ + 8 e- → CH4 + 2 H2O

Tahapan akhir dari proses ini dikatalis oleh enzim metil-koenzim M reduktase. Metanogenesis merupakan salah satu bentuk respirasi anaerob yang digunakan oleh organisme yang menempati tempat pembuangan akhir, hewan pemamah biak, dan rayap.

Sampai saat ini belum diketahui dengan pasti apakah beberapa tanaman juga termasuk dalam emisi metana.[13][14][15]

Proses industri

Metana dapat diproduksi dengan hidrogenasi karbon dioksida dalam proses Sabatier. Metana juga merupakan hasil samping hidrogenasi karbon monoksida dalam proses Fischer-Tropsch. Teknologi ini dipakai dalam skala industri untuk memproduksi molekul yang rantainya lebih panjang dari metana.

Keberadaan

Metana ditemukan dan diisolasi oleh Alessandro Volta antara tahun 1776 dan 1778 ketika ia mempelajari gas rawa dari Danau Maggiore. Metana merupakan komponen utama pada gas alam, sekitar 87% dari volume. Saat ini, metana dihasilkan dari ekstraksi di ladang gas alam. Gas alam pada level dangkal (tekanan rendah) dibentuk oleh dekomposisi anaerob beberapa substansi organik dan membentuk metana dari dalam, jauh dari permukaan bumi. Secara umum, sedimen ini terkubur jauh di dalam dan karena mengalami suhu dan tekanan tinggi, maka terbentuk gas alam.

Metana biasanya diangkut melalui jalur pipa dalam bentuk gas alam atau juga dengan pengangkut LNG bila dibawa dalam bentuk cair, hanya beberapa negara saja yang mengangkutnya memakai truk.

Sumber alternatif

Selain ladang gas, metode alternatif untuk mendapatkan metana adalah melalui biogas yang dihasilkan oleh fermentasi substansi organik, misalnya pupuk kandang, limbah cair, tempat pembuangan sampah, pada kondisi anaerob (tanpa oksigen). Penanaman padi juga menghasilkan metana dalam jumlah besar selama pertumbuhannya. Metana hidrat/klarat merupakan salah satu sumber masa depan metana yang potensial. Saat ini, hewan ternak adalah penyumbang 16% emisi metana dunia ke atmosfer.[16] Beberapa penelitian telah menemukan beberapa cara untuk mengurangi metana yang dihasilkan oleh hewan pemamah biak.[17] [18] Sebuah studi yang paling baru pada tahun 2009 menyebutkan bahwa 51% emisi gas rumah kaca global dihasilkan oleh siklus hidup dan rantai pengiriman produk ternak, termasuk semua daging, susu dan produk samping lainnya, dan proses pengangkutan mereka.[19]

Di atmosfer Bumi

Artikel utama: Metana di atmosfer
Konsentrasi metana tahun 2011 pada lapisan atas troposfer bumi[20]

Metana terbentuk dekat permukaan bumi, terutama karena aktivitas mikroorganisme yang melakukan proses metanogenesis. Gas ini kemudian terbawa ke stratosfer oleh udara yang naik di iklim tropis. Konsentrasi metana di udara sebenarnya sudah dapat dikontrol secara alami-tapi karena banyak aktivitas manusia yang menghasilkan metana maka sekarang membuat gas ini menjadi salah satu gas rumah kaca, penyebab pemanasan global. Secara alami, metana bereaksi dengan radikal hidroksil. Metana memiliki waktu "hidup" sekitar 10 tahun,[21] baru setelah itu akan hilang dengan berubah menjadi karbon dioksida dan air.

Metana juga berpengaruh terhadap rusaknya lapisan ozon.[22][23]

Sebagai tambahan, ada sejumlah besar metana dalam bentuk metana klarat di dasar laut dan kerak bumi. Sebagian besar metana ini dihasilkan oleh proses metanogenesis.

Pada tahun 2010, kandungan metana di Arktik diperkirakan 1850 nmol/mol, 2 kali lebih tinggi jika dibandingkan sampai 400.000 tahun sebelumnya. Pada sejarahnya, konsentrasi metana di atmosfer bumi berkisar antara 300 dan 400 nmol/mol selama periode glasial/zaman es dan 600-700 nmol/mol pada periode interglasial. Level konsentrasi metana ini bahkan bertambah jauh lebih besar daripada penambahan karbon dioksida.[24]

Metana di atmosfer bumi merupakan salah satu gas rumah kaca yang utama, dengan potensi pemanasan global 25 kali lebih besar daripada CO2 dalam periode 100 tahun,[25]). Hal ini berarti, emisi metana lebih mempunyai efek 25 kali lipat daripada emisi karbon dioksida dengan jumlah yang sama dalam periode 100 tahun. Metana mempunyai efek yang besar dalam jangka waktu pendek (waktu "hidup" 8,4 tahun di atmosfer), sedangkan karbon dioksida mempunyai efek kecil dalam jangka waktu lama (lebih dari 100 tahun). Konsentrasi metana di atmosfer sudah meningkat 150% dari tahun 1750 dan menyumbang 20% efek radiasi yang dihasilkan gas rumah kaca secara global.[26] Biasanya, metana yang dihasilkan dari tempat pembuangan akhir akan dibakar sehingga dihasilkan CO2 daripada metana, karena gas ini lebih berbahaya untuk ozon. Belakangan ini, metana yang dihasilkan dari penambangan batu bara telah berhasil digunakan untuk membangkitkan listrik.

Di luar Bumi

Metana telah terdeteksi dan dipercaya eksis di beberapa lokasi di tata surya. Di kebanyakan tempat, dipercaya metana dibentuk oleh proses abiotik, kecuali di Mars dan Titan.

Keamanan

Metana tidak beracun, tetapi sangat mudah terbakar dan dapat menimbulkan ledakan apabila bercampur dengan udara. Metana sangat reaktif pada oksidator, halogen, dan beberapa senyawa lain yang mengandung unsur halogen. Metana juga bersifat gas asfiksian dan dapat menggantikan oksigen dalam ruangan tertutup. Asfiksia dapat terjadi apabila konsentrasi oksigen di udara berkurang sampai di bawah 16% volume, karena kebanyakan orang hanya dapat mentoleransi pengurangan kadar oksigen sampai 16% tanpa merasa sakit. Gas metana dapat masuk ke dalam interior sebuah gedung yang dekat dengan tempat pembuangan akhir dan menyebabkan orang didalamnya terpapar metana. Beberapa gedung telah dilengkapi sistem keamanan dibawah basement mereka untuk secara aktif menghisap gas metana ini dan membuangnya keluar gedung.

Lihat pula

Referensi

  1. ^ a b Linstrom, P.J.; Mallard, W.G., ed. (2011). "Methane". NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology. Diakses tanggal 4 December 2011. 
  2. ^ a b "methane (CHEBI:16183)". Chemical Entities of Biological Interest. UK: European Bioinformatics Institute. 17 October 2009. Main. Diakses tanggal 10 October 2011. 
  3. ^ Matheson Tri-Gas (Dec 4, 2009). "Safety Data Sheet: Methane". Matheson Tri-Gas. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2018-12-26. Diakses tanggal 4 December 2011. 
  4. ^ "Carbon Dioxide, Methane Rise Sharply in 2007". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-08-11. Diakses tanggal 2012-04-24. 
  5. ^ David A. Hensher, Kenneth J. Button (2003). Handbook of transport and the environment. Emerald Group Publishing. hlm. 168. ISBN 0-08-044103-3. 
  6. ^ NIST Chemistry Webbook
  7. ^ Ayhan Demirbas (2010). Methane Gas Hydrate. Springer. hlm. 102. ISBN 1-84882-871-3. 
  8. ^ Mu-Hyun Baik, Martin Newcomb, Richard A. Friesner, and Stephen J. Lippard "Mechanistic Studies on the Hydroxylation of Methane by Methane Monooxygenase" Chem. Rev., 2003, vol. 103, pp 2385–2420. doi:10.1021/cr950244f
  9. ^ Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution Frederick G. Bordwell Acc. Chem. Res.; 1988; 21(12) pp 456 – 463; doi:10.1021/ar00156a004
  10. ^ Wesley H. Bernskoetter, Cynthia K. Schauer, Karen I. Goldberg and Maurice Brookhart "Characterization of a Rhodium(I) σ-Methane Complex in Solution" Science 2009, Vol. 326, pp. 553–556. doi:10.1126/science.1177485
  11. ^ M. Rossberg et al. “Chlorinated Hydrocarbons” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a06_233.pub2
  12. ^ Clayton B. Cornell (April 29, 2008). "Natural Gas Cars: CNG Fuel Almost Free in Some Parts of the Country". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2019-01-20. Diakses tanggal 2012-04-25. Compressed natural gas is touted as the 'cleanest burning' alternative fuel available, since the simplicity of the methane molecule reduces tailpipe emissions of different pollutants by 35 to 97%. Not quite as dramatic is the reduction in net greenhouse-gas emissions, which is about the same as corn-grain ethanol at about a 20% reduction over gasoline 
  13. ^ Hamilton JT, McRoberts WC, Keppler F, Kalin RM, Harper DB (2003). "Chloride methylation by plant pectin: an efficient environmentally significant process". Science. 301 (5630): 206–9. Bibcode:2003Sci...301..206H. doi:10.1126/science.1085036. PMID 12855805. 
  14. ^ "Methane Emissions? Don't Blame Plants" Diarsipkan 2009-03-12 di Wayback Machine., ScienceNOW, 14 January 2009
  15. ^ "Plants do emit methane after all". New Scientist. 2 December 2007. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-10-08. Diakses tanggal 2012-04-25. 
  16. ^ Miller, G. Tyler. Sustaining the Earth: An Integrated Approach. U.S.A.: Thomson Advantage Books, 2007. 160.
  17. ^ John Roach (2002-05-13). "New Zealand Tries to Cap Gaseous Sheep Burps". National Geographic. Diakses tanggal 2011-03-02. 
  18. ^ "Research on use of bacteria from the stomach lining of kangaroos (who don't emit methane) to reduce methane in cattle". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-08-28. Diakses tanggal 2012-04-26. 
  19. ^ Goodland, Robert, and Anhang, Jeff. (November/ December 2009), Livestock and Climate Change. (PDF), Washington, D.C.: World Watch, www.worldwatch.org, http://en.wikipedia.org/wiki/Worldwatch_institute, diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2019-09-09, diakses tanggal 2012-04-26  Hapus pranala luar di parameter |publisher= (bantuan)
  20. ^ "AIRS and Composition Science". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2012-03-12. Diakses tanggal 19 March 2012. 
  21. ^ Boucher, Olivier; Friedlingstein, Pierre; Collins, Bill; Shine, Keith P (2009). "The indirect global warming potential and global temperature change potential due to methane oxidation". Environmental Research Letters. 4 (4): 044007. Bibcode:2009ERL.....4d4007B. doi:10.1088/1748-9326/4/4/044007. 
  22. ^ "Ozon – wpływ na życie człowieka, Ozonowanie/Ewa Sroka, Group: Freony i inne związki, Reakcje rozkładu ozonu". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-01-01. Diakses tanggal 2012-04-26. 
  23. ^ Twenty Questions And Answers About The Ozone Layer, UNEP/D.W. Fahey 2002 Diarsipkan 2011-06-15 di Wayback Machine., pp. 12, 34, 38
  24. ^ IPCC Fourth Assessment Report, Working Group 1, Chapter 2
  25. ^ Shindell, D. T.; Faluvegi, G.; Koch, D. M.; Schmidt, G. A.; Unger, N.; Bauer, S. E. (2009). "Improved Attribution of Climate Forcing to Emissions". Science. 326 (5953): 716–8. Bibcode:2009Sci...326..716S. doi:10.1126/science.1174760. PMID 19900930. 
  26. ^ "Technical summary". Climate Change 2001. United Nations Environment Programme. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-06-04. Diakses tanggal 2012-04-26. 
  27. ^ Stern, S.A. (1999). "The Lunar atmosphere: History, status, current problems, and context". Rev. Geophys. 37 (4): 453–491. Bibcode:1999RvGeo..37..453S. doi:10.1029/1999RG900005. 
  28. ^ Mars Vents Methane in What Could Be Sign of Life, Washington Post, January 16, 2009
  29. ^ Niemann, HB; Atreya, SK; Bauer, SJ; Carignan, GR; Demick, JE; Frost, RL; Gautier, D; Haberman, JA; Harpold, DN (2005). "The abundances of constituents of Titan's atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe". Nature. 438 (7069): 779–784. Bibcode:2005Natur.438..779N. doi:10.1038/nature04122. PMID 16319830. 
  30. ^ Chris Mckay (2010). "Have We Discovered Evidence For Life On Titan". SpaceDaily. Diakses tanggal 2010-06-10.  Space.com. March 23, 2010.
  31. ^ Waite, J. H.; et al.; (2006); Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer: Enceladus Plume Composition and Structure, Science, Vol. 311, No. 5766, pp. 1419–1422
  32. ^ Shemansky, DF; Yelle, RV; Linick; Lunine (December 15, 1989). "Ultraviolet Spectrometer Observations of Neptune and Triton". Science. 246 (4936): 1459–1466. Bibcode:1989Sci...246.1459B. doi:10.1126/science.246.4936.1459. PMID 17756000. 
  33. ^ Ron Miller (2005). The Grand Tour: A Traveler's Guide to the Solar System (edisi ke-3rd). Thailand: Workman Publishing. hlm. 172–73. ISBN 0-7611-3547-2. 
  34. ^ Tobias C. Owen, Ted L. Roush; et al. (1993). "Surface Ices and the Atmospheric Composition of Pluto". Science. 261 (5122): 745–748. Bibcode:1993Sci...261..745O. doi:10.1126/science.261.5122.745. PMID 17757212. Diakses tanggal 2007-03-29. 
  35. ^ "Pluto". SolStation. 2006. Diakses tanggal 2007-03-28. 
  36. ^ Sicardy, B; Bellucci, A; Gendron, E; Lacombe, F; Lacour, S; Lecacheux, J; Lellouch, E; Renner, S; Pau, S (2006). "Charon's size and an upper limit on its atmosphere from a stellar occultation". Nature. 439 (7072): 52–4. Bibcode:2006Natur.439...52S. doi:10.1038/nature04351. PMID 16397493. 
  37. ^ Mumma, M.J. (1996). "Detection of Abundant Ethane and Methane, Along with Carbon Monoxide and Water, in Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin". Science. 272 (5266): 1310–4. Bibcode:1996Sci...272.1310M. doi:10.1126/science.272.5266.1310. PMID 8650540. 
  38. ^ Stephen Battersby (2008-02-11). "Organic molecules found on alien world for first time". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-02-13. Diakses tanggal 2008-02-12. 
  39. ^ J. H. Lacy, J. S. Carr, N. J. Evans, II, F. Baas, J. M. Achtermann, J. F. Arens (1991). "Discovery of interstellar methane — Observations of gaseous and solid CH4 absorption toward young stars in molecular clouds". Astrophysical Journal. 376: 556–560. Bibcode:1991ApJ...376..556L. doi:10.1086/170304. 

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Methane.
 Portal Kimia
Kategori