METANA

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tapi 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 milyar), naik dari 700 nmol/mol pada tahun 1750. Pada tahun 2008, kandungan gas metana di atmosfer sudah meningkat kembali menjadi 1.800 nmol/mol.
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. 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. 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).
Reaksi kimia
Reaksi-reaksi utama pada metana adalah pembakaran, pembentukan ulang uap menjadi syngas, 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, tapi karena jumlahnya yang terbatas maka tidak dapat digunakan dalam reaksi skala industri.
Reaksi asam-basa
Seperti hidrokarbon lainnya, metana adalah asam yang sangat lemah. Nilai pKa-nya pada DMSO diperkirakan 56. Metana tidak dapat dideprotonasi dalam larutan, tapi konjugat basanya dengan metillitium sudah diketahui. Protonasi dari metana dapat dibuat dengan cara mereaksikannya dengan asam super sehingga menghasilkan CH5+, terkadang disebut ion metanium.
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 samil 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))

Portal Kimia
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.
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
Metana adalah salah satu bahan bakar yang penting dalam pembangkitan listrik, dengan cara membakarnya dalam gas turbin 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, tapi 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.
Produksi
Proses biologi
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.
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.
Keamanan
Metana tidak beracun, tapi 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.

permasalahan:

bagaimana cara mereaksikan protonasi dengan asam super dan apa asam super itu ???