Mahutite põhjast eralduv gaas on ebameeldiva lõhnaga rabagaas (teine üldnimetus on metaan). Teaduslikult on see formeen või metüülvesinik. Suurem osa sellest koosneb metaanist (CH4). See võib sisaldada ka lämmastikku, argooni, vesinikku, fosfiini ja süsinikdioksiidi.
Põhifunktsioonid
Standardne koostis, rabagaasi keemiline valem – kõik see näitab selgelt selle kuulumist kõige lihtsamate süsinikuühendite hulka. Muud komponendid on rühmitatud selle elemendi ümber. Rabagaasi leidub looduses vabas olekus seguna süsihappegaasi või lämmastikuga. See tuleneb orgaanilise aine lagunemisest. Reeglina on need taimed, mis on vee all ja kellel puudub juurdepääs õhule.
Söekaevandused on teine koht, kus tekib põlev rabagaas. See koguneb kivimite hulka pärast orgaaniliste jääkide lagunemist. Sellele aitavad kaasa arvukad tühimikud. Sellised gaasid pääsevad välja juhusliku augu tekkimisel.
Hariduskohad
Hoolimata oma üsna ühemõttelisest nimest eraldub rabagaasi (õigemini metaani) kamaapraod naftaväljade läheduses. Esimesed sellised juhtumid registreeriti Ameerika Ühendriikides Allegheny jõe kaldal, aga ka Venemaal Kaspia mere piirkonnas. Bakuus on sel põhjusel iidsetest aegadest levinud legend salapärastest Bakuu tulekahjudest. Selgus, et loodusnähtus oli segunenud süsihappegaasi, lämmastiku ja naftaaurudega ning rabagaasiga.
Tööstuse ja kaevandustehnoloogia arenguga on inimesed õppinud kasutama vabanenud metaani. Esimene selline taim ilmus Pennsylvanias. Rabagaasi iseloomustab see, et see tekib pidev alt, seda võib leida igast soost või tiigist. Tihti piisab muda tikuga puudutamisest. Pärast seda ujuvad gaasimullid veepinnale.
Rabagaasi baas
Bakterid aitavad moodustada maagaasi (metaani) põhikomponendi. Nende tõttu algab taimsete kiudude käärimine, mis aitab kaasa metaani ilmumisele. Arvatakse, et Apšeroni ja Kertši poolsaarte mudavulkaanidele on iseloomulik kõige puhtam metaan.
Lisaks esineb seda soolalademetes, allikates ja fumaroolides – aukudes ja pragudes, mis asuvad vulkaanide jalamil. Inimese soolestikus leidub metaani. See sisaldab mõnede loomade väljahingamisprodukte. Üheks esimeseks kirjalikuks tõendiks selle aine kohta võib pidada iidse kirjaniku Pliniuse kirjutisi, kus mainiti gaasilisi põlevaid ühendeid.
Plahvatusohtlikkus
Enamasti rabagaastuntud oma hävitavate omaduste poolest. Õhuga segus süttides põhjustab see plahvatuse. Selle põhjuseks on metaani omadused. Rabagaasi ja sarnaste ühendite plahvatus kohutas pikka aega inimesi, kes seletasid toimuvat ebausuga. Anomaalia põhjused selgusid alles pärast selle nähtuse teaduslikku uurimist.
Rabagaas, metaan ja muud plahvatusohtlikud ühendid ajendasid inimesi leiutama Davy lampi. Seda hakati kasutama nii soodes kui ka söekaevandustes. Selles lambis eemaldati põlemisproduktid spetsiaalse võre abil, tänu millele oli välistatud põlevgaasisegu süttimise võimalus.
Avastuste ajalugu
Itaalia teadlane Allesandro Volta andis suure panuse rabagaasi (metaani) uurimisse. Aastal 1776 tõestas ta, et see aine erineb vesinikust, kuna vajab põlemiseks kaks korda rohkem hapnikku. Lisaks tegi Volta kindlaks, et rabagaas on süsihappe allikas.
Itaallane avastas Šveitsi ja Itaalia piirilt Maggiore järve lähed alt metaani. Teadlase inspiratsiooniks oli Ameerika teadlase ja poliitiku Benjamin Franklini artikkel "põleva õhu" fenomenist. Volta sai esimesena metaani, kogudes kokku soost eralduva gaasi.
Uuringud jätkuvad
Teised olulised loodusnähtuse uurijad olid prantsuse keemik Claude Berthollet ja Briti keemik William Henry. Viimane neist määras 1805. aastal rabagaasi koostise ja eristas seda etüleenist (niinimetatakse naftagaasiks).
Lõhkekeha saladus peitus selle põhikomponendis – metaanis. Seda on määratletud kerge süsivesinikgaasina (erinev alt raskest süsivesinikgaasist etüleenist). Aja jooksul kehtestati veel üks termin - metüülvesinik. Henry uurimistööd jätkasid John D alton ja Jens Jakob Berzelius.
Aastal 1813 analüüsis inglise keemik ja geoloog Humphrey Davy tulisammu ja jõudis järeldusele, et see aine on metaani, süsinikanhüdriidi ja lämmastiku segu. Seega tõestati, et kaevandustes eralduv põlev segu on identne soodes leiduva sarnase seguga.
Ökoloogiline mõju
Rabagaasile iseloomulikult tekib teatud keemiliste reaktsioonide käigus metaan. Esiteks on see orgaanilise aine (näiteks turba või puidu) kuivdestilleerimine. Keemiliselt puhas metaan saadakse tsinkmetüüli lagundamisel veega (tekib tsinkoksiid). Tänapäeval köidab see aine paljude keskkonnakaitsjate tähelepanu tänu oma osalemisele kasvuhooneefekti tekkes. Selle põhjuseks on metaani kogunemine Maa atmosfääri. Rabagaas neelab soojuskiirgust spektri infrapunapiirkonnas. Selle parameetri järgi on see puhta süsinikdioksiidi järel teisel kohal. Ökoloogide hinnangul on metaani panus kasvuhooneefekti tugevdamisse umbes 30%.
Rabagaasi omadusi, koostist ja keemilist valemit uuritakse täna osana selle mõjust meie planeedi atmosfäärile. Looduse enda toodetud looduslikes kogustes seda ei olnudohtlik kasvuhooneefekti põhjustajana. Probleem on aga selles, et tohutul hulgal metaani satub atmosfääri inimeste endi süül. Rabagaasi analoogi toodetakse erinevates ettevõtetes. See on niinimetatud abiogeenne metaan. Seda, mis esineb soodes, peetakse biogeenseks – see tähendab, et see tuleneb orgaanilise aine muundumisest.
Metanogenees
Metaani biosünteesi (ja sellest tulenev alt ka rabagaasi teket) nimetatakse ka metanogeneesiks. Selles protsessis osalevad arheaalsed bakterid. Nad on aeroobsed, st saavad ilma hapnikuta energiat eluks. Arheadel puuduvad membraani organellid ja tuum.
Bakterid tekitavad metaani, redutseerides ühe süsinikusisaldusega ühendeid süsinikalkoholide ja ühe süsinikusisaldusega ühenditega. Teine võimalus on atsetaadi ebaproportsionaalsus. Bakterite toodetud energia muundatakse ATP süntaasi ensüümide toimel. Metanogeneesis osalevad mitmesugused molekulid: koensüümid, metanofuraan, tetrahüdrometanopteriin jne.
Metanogeenid
Teadus teab 17 perekonda ja 50 liiki arhee, mis on võimelised tekitama soogaasi baasi. Nad moodustavad primitiivseid mitmerakulisi kolooniaid. Sellise arhee enim uuritud genoom on Methanosarcina acetivorans. Nad muudavad süsinikmonooksiidi atsetaatideks ja metaaniks, kasutades ensüüme atsetaatkinaasi ja fosfotransatsetülaasi. On olemas ka teooria, mille kohaselt võisid need arhead iidsetel aegadel muutuda tioeetriks eeldusel, et seal oli kõrgeraudsulfiidi kontsentratsioon.
Metsatulekahjude põhjus
Piisava emissiooni ja kontsentratsiooni korral võib süttiv rabagaas põhjustada suure loodusliku turba- ja metsatulekahju. Tänapäeval on selliste nähtustega võitlemiseks terve kompleks. Eriteenistused teostavad gaasiseiret kõige soisematel aladel. Nad vastutavad potentsiaalselt ohtliku gaasi komponentide vahekorra vältimise ja kvantitatiivse kontrolli eest.
Näiteks Moskva piirkonna üks soisemaid on idapoolne Šaturski rajoon. Selle veehoidlates on palju kalu (ristid, ahvenad, karpkalad, karpkalad, haugid, karpkalad), vesilasi, konni, madusid, ondatraid, linde (haigrud, kibedad, kahlajad, pardid). Kõigi nende loomade luud sisaldavad fosforit. Seda töötlevad bakterid, mille järel ilmuvad mitmed teised ained. Need on difosfiin ja fosfiin. Nad on isesüttimise ahelreaktsiooni peamised initsiaatorid. Sel viisil alguse saanud tulekahjud on tõsine keskkonnaprobleem. Soode tulekahjudest ei põle mitte ainult metsad, vaid ka turbarabad. Tuli võib levida sügavale neisse. Sellised turbaalad võivad põleda aastaid.
Umbes kaks kolmandikku maailma soodest on koondunud Venemaale. Neid leidub riigi Euroopa osa keskel, Lääne-Siberis ja Kamtšatkal. Venemaa soode kogupindala on umbes 340 miljonit hektarit, millest 210 on kaetud metsaga. Suurem osa gaasist toodetakse suvel. Sel perioodil võib ühe hektari suurusel alal eralduda umbes kaks ja pool kilogrammi metaani päevas.
Koosmõju hapniku ja klooriga
Looduslik rabagaas, mille keemiline valem on CH4, põleb vaevu hõõguva kahvatu leegiga. Sellega kaasneb kõige tugevam plahvatus, kui see süttib segus, mis sisaldab 7-8 mahuosa õhku ja 2 mahuosa hapnikku. Gaas lahustub vees vähe (erinev alt alkoholist). See reageerib ainult halogeenidega.
Klooriga suhtlemisel moodustab rabagaas metüülkloriidi CH3Cl. Seda ainet saadakse laboris. Selleks juhitakse vesinikkloriidgaas metüülalkoholi ja sulatatud tsinkkloriidi keevasse lahusesse. Tulemuseks on värvitu gaas, mida iseloomustab magusa maitsega meeldiv eeterlik lõhn. Tugeva surve või jahutamise korral pakseneb see vedelikuks.
Kasutamine ja reaktsioonid halogeenidega
Metaan (soogaas), mille valemit ja kasutamist kütusena õpitakse kooli õppekavas, suhtleb aktiivselt halogeenidega. Nende ainetega toimuvate asendusreaktsioonide tulemusena tekivad järgmised ühendid: bromiid, kloriid, fluoriid ja metüleenfluoriid. Viimase neist hankis esmakordselt vene keemik Aleksandr Butlerov. Metüleenjodiid on suure murdumisvõimega kollakas vedelik. Selle keemistemperatuur on 180 °C.
Mis on soogaasi nimi, mis on täielikult asendatud halogeenidega? See on süsiniktetrakloriid. Selle avastas prantsuse keemik Henri Regnault 1839. aastal. See on iseloomuliku vürtsika lõhnaga vedelik. Sellel on anesteetiline toime. Teine sarnane ainesüsiniktetrabromiid. Seda ekstraheeritakse meretaimede tuhast.
Terviseoht
Rabametaan ise on füsioloogiliselt kahjutu. See kuulub mittetoksiliste parafiinsete süsivesinike hulka. Seda ainete rühma iseloomustab keemiline inertsus ja halb lahustuvus vereplasmas. Kõrge rabagaasi kontsentratsiooniga õhk võib inimese tappa ainult siis, kui tal on hapnikupuudus.
Esimesed lämbumisnähud (lämbumine) ilmnevad siis, kui metaanisisaldus on alates 30%. Sel juhul suureneb hingamise maht, pulss kiireneb, lihaste liigutuste koordineerimine on häiritud. Kuid selliste juhtumite tõenäosus on äärmiselt väike. Fakt on see, et metaan on õhust kergem, mis takistab selle liigset kogunemist.
Samas võrdsustavad teadlased rabagaasi mõju inimese psüühikale dietüüleetri mõjuga. Sarnase toime võib võrdsustada narkootilise ainega. Inimestel, kes on pikka aega töötanud kõrge metaani kontsentratsiooniga kaevandustes, on võimalik jälgida muutusi autonoomses närvisüsteemis (hüpotensioon, positiivne okulokardi refleks jne).
