METANO

Il Metano è una delle principali fonti energetiche del mondo attuale. A temperatura e pressione ordinarie è un gas incolore, non tossico, che brucia con una caratteristica fiamma bluastra.
Esso è usato come gas di città per gli usi domestici (cucina e riscaldamento), ma trova anche largo impiego come combustibile per l’industria, per l’autotrazione e per la produzione di energia elettrica.
Il Metano è un combustibile gassoso fossile presente normalmente nei giacimenti di petrolio, ma esistono anche grandi giacimenti di solo Metano. Si ricava anche dalla distillazione frazionata del petrolio come frazione più volatile.
Questo gas viene trasportato dal luogo di produzione a quello di consumo attraverso condutture dette appunto metanodotti, tubazioni terrestri o sottomarine, lunghe anche centinaia di kilometri.
Per quanto riguarda l’Italia, il Metano giunge nel nostro paese sopratutto dalla Russia, dall’Algeria, dalla Libia e dai giacimenti del Mare del Nord attraverso lunghi metanodotti. Non si tratta quasi mai di Metano puro, ma del cosiddetto “gas naturale”, costituito prevalentemente da Metano, ma contenente anche altri idrocarburi leggeri come Etano, Propano e Butano. Ecco perchè spesso si parla di gasdotti e non di metanodotti.
Le maggiori riserve naturali di gas naturale (costituito prevalentemente da Metano) si trovano, in ordine decrescente, in Russia, Iran, Qatar, Arabia Saudita, Emirati Arabi Uniti, Stati Uniti, Nigeria, Algeria, Venezuela e Norvegia, ma è molto diverso, da paese a paese, il grado di sfruttamento dei giacimenti, per cui i maggiori produttori di questo gas sono nell’ordine Russia, Stati Uniti, Canada (che addirittura non figura nell’elenco precedente), Iran, Qatar e Norvegia.
La vita stimata di questi giacimenti è molto variabile: si va dai 200 anni per Nigeria ed Iran fino a poco più di 10 anni per Stati Uniti e Canada.
Chimicamente il Metano è un Idrocarburo. Ricordiamo che gli Idrocarburi sono composti chimici organici costituiti esclusivamente da Idrogeno e Carbonio.
Esso è il più semplice degli Idrocarburi e la sua formula è  CH4 , cioè la sua molecola è costituita da un atomo di Carbonio (C) e da quattro atomi di Idrogeno (H).
La molecola di Metano ha la forma di un tetraedro regolare, con l’atomo di Carbonio al centro ed i quattro atomi di Idrogeno ai vertici. I quattro legami Carbonio-Idrogeno formano 4 angoli uguali di 109,5 gradi.

Nella reazione di combustione del Metano con l’ossigeno (O2) dell’aria, si sviluppano Anidride Carbonica (CO2) ed Acqua (H2O) che, date le alte temperature della combustione, troviamo nella forma di vapore.
La reazione bilanciata è la seguente:

CH4 + 2O2  —->  CO2 + 2H2O

Cioè una molecola di Metano reagisce con due molecole di Ossigeno per dare una molecola di Anidride Carbonica più due molecole di Acqua.
Da questa reazione si sviluppa una notevole quantità di calore: dalla combustione completa di un metro cubo di Metano si ricavano 9.503,86 Kilocalorie.
Bisogna notare che anche gli altri Idrocarburi gassosi presenti nel gas naturale contribuiscono allo sviluppo di calore con combustioni analoghe che danno gli stessi prodotti (Acqua ed Anidride Carbonica):

2C2H6 (Etano) + 7O2  —->  4CO2 + 6H2O
C3H8 (Propano) + 5O2  —->  3CO2 + 4H2O
2C4H10 (Butano) + 13O2  —->  8CO2 + 10H2O

Per gli studenti di Chimica aggiungiamo due parole sulla struttura della molecola del Metano.
L’atomo di Carbonio ha 6 elettroni: due nell’orbitale 1s, due nell’orbitale 2s e due in 2 dei 3 orbitali 2p.
Poichè in un orbitale entrano al massimo 2 elettroni, gli orbitali 1s e 2s sono completi e quindi solo gli orbitali 2p sarebbero disponibili per un legame chimico, per cui il Carbonio si dovrebbe legare solo con 2 atomi di Idrogeno, dando il composto CH2.
In realtà, invece, quando il Carbonio si lega con l’Idrogeno, entra in uno stato di “eccitazione”, per cui si ha il fenomeno dell’ibridazione degli orbitali: L’orbitale 2s ed i 3 orbitali 2p diventano 4 orbitali uguali, denominati sp3, con un elettrone ciascuno, disponibili quindi a legarsi con 4 atomi di Idrogeno.
I 4 orbitali sp3 hanno forma a “doppio lobo” come gli orbitali p. ma uno dei due lobi è molto più piccolo.
La configurazione elettronica del Carbonio passa da:
1s 2 – 2s 2 – 2p 2
a:
1s 2 – sp3 4