Die chemische Reaktion von Methan mit Sauerstoff ist der zentrale Punkt vieler industrieller und privater Energieerzeugungsprozesse. Zuerst die Reaktionsgleichung: CH4 + 2 O2 —> CO2 + 2 H2O. Diese zeigt deutlich, ebenso wie Methan (CH4) mit Sauerstoff (O2) reagiert und Kohlenstoffdioxid (CO2) und ebenfalls Wasser (H2O) entsteht. Wesentlich ist die Kenntnis der Formeln jeder beteiligten Substanz. Methan ´ wie primärer Bestandteil von Erdgas ` hat die Formel CH4. Sauerstoff dagegen ist in seiner elementaren Form O2 vorzufinden. Kohlenstoffdioxid hat die Formel CO2 und Wasser wird als H2O dargestellt.
Der Ausdruck „+“ steht für „und“. Das Zeichen „—>“ symbolisiert „reagiert zu“. Bei der Ausbalancierung der Gleichung ist es entscheidend: Dass die Anzahl der Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils übereinstimmt. Im Rahmen der chemischen Reaktionslehre ist das Gesetz der Massenerhaltung grundlegend – die Gesamtmasse der Edukte entspricht der Gesamtmasse der Produkte.
Ein merklicher Punkt: Auf der linken Seite finden wir ein Kohlenstoffatom was völlig in Einklang mit der rechten Seite steht. Aber wenn wir uns die Wasserstoffatome ansehen, wird klar, dass auf der linken Seite vier Wasserstoffatome sind. Auf der rechten Seite sieht es da schon anders aus – nur zwei Wasserstoffatome sind in einem Molekül Wasser vorhanden. Hier ist der Schlüssel: Um die Atome ins Gleichgewicht zu bringen, wird die Wasser-Formel mit dem Faktor zwei vervielfacht. Die Gleichung lautet nun:
CH4 + O2 —> CO2 + 2 H2O.
Hier zeigt sich: Dass nun die Anzahl der Wasserstoffatome ausgeglichen ist.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist der Sauerstoff: Auf der linken Seite haben wir zwei Sauerstoffatome im Element O2, während die rechte Seite sowie Kohlenstoffdioxid als auch zwei Wassermoleküle berücksichtigt. Zusammen gerechnet kommen wir auf eine Menge von vier Sauerstoffatomen. Das kleinste gemeinsame Vielfache von zwei und vier ist vier. Daher vervielfältigen wir die Sauerstoff-Formel nochmals was zu folgendem Ergebnis führt:
CH4 + 2 O2 —> CO2 + 2 H2O.
Nun sind alle Atome ausgeglichen: Ein Kohlenstoffatom, vier Wasserstoffatome sowie vier Sauerstoffatome stehen auf beiden Seiten der Gleichung gleichberechtigt da.
Betrachten wir die energetischen Aspekte dieser Reaktion. Die Verbrennung von Methan ist ein typisches Beispiel für eine exotherme Reaktion – Wärme und Lichtenergie werden freigesetzt. Dies macht Methan zu einem wertvollen Brennstoff in Heizsystemen, Kochgeräten sowie in industriellen Anwendungen wo Energieeffizienz von größter Bedeutung ist. Interessanterweise wird Methan auch in vielen Regionen als umweltfreundlicher Brennstoff angesehen, da es bei der Verbrennung weniger schädliche Emissionen erzeugt im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen.
Schlussendlich zeigt die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan, dass ein Molekül Methan mit zwei Molekülen Sauerstoff reagiert, einschließlich der Umwandlung in ein Molekül Kohlenstoffdioxid und zwei Molekülen Wasser. Diese chemischen Umwandlungen sind Teil eines umfassenden Energieerzeugungszyklus, welcher den Übergang von chemischer zu thermischer Energie beinhaltet.
Reaktionsgleichung von Methan und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser
Wie wird die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan aufgestellt und was sind die energetischen Implikationen dieser Reaktion?