El metà és un hidrocarbur saturat, el més senzill de la sèrie dels alcans. La seva fórmula química és CH₄. Cadascun dels àtoms d'hidrogen s'uneix al carboni per mitjà d'un enllaç covalent. És una substància no polar que es presenta en forma de gas a temperatures i pressions ordinàries. És incolor i no gaire soluble en aigua en la seva fase líquida.
A la natura es produeix com a producte final de la descomposició anaeròbica de la matèria orgànica. Molts microorganismes anaeròbics el generen utilitzant el CO₂ com a acceptor final d'electrons.
Constitueix fins al 97% del gas natural. A les mines de carbó se l'anomena grisú i és molt perillós, ja que és fàcilment inflamable i explosiu.
El metà és un gas amb efecte d'hivernacle relativament potent que contribueix a l'escalfament global del planeta Terra, ja que té un potencial d'escalfament global de 23.IPCC Third Assessment Report Això significa que en una mitjana de temps de 100 anys cada kg de CH₄ escalfa la Terra 23 vegades més que la mateixa massa de CO₂, tanmateix hi ha aproximadament 220 vegades més diòxid de carboni a l'atmosfera de la Terra que metà per la qual cosa el metà contribueix de manera menys important a l'efecte d'hivernacle.
Si el metà es controla i no se'l deixa escapar a l'atmosfera, pot ser un gas útil per emmagatzemar energia neta en utilitzar, per exemple, l'electricitat excedentària de les aerogeneradores per produir metà, l'anomenada conversió d'electricitat en gas.
Propietats El metà és el component majoritari del gas natural, aproximadament un 97% en volum a temperatura ambient i pressió estàndard, el metà és un gas incolor i inodor. Com a mesura de seguretat s'hi afegeix un odorant, habitualment metanotiol o etanotiol. el metà té un punt de fusió de -183 °C. a una atmosfera i un punt d'ebullició de -161,5°C. Com a gas és només inflamable en un estret interval de concentracions a l'aire (5-15%). El metà líquid no és combustible.
Riscos potencials sobre la salut El metà no és tòxic. El seu principal perill per a la salut són les cremades que pot provocar si entra en ignició. És altament inflamable i pot formar barreges explosives amb l'aire. El metà reacciona violentament amb oxidants, halògens i alguns compostos halogenats. El metà és també un asfixiant i pot desplaçar l'oxigen en un espai tancat. L'asfixia pot sobrevenir si la concentració d'oxigen és reduïda per sota el 19,5% per desplaçament. Les concentracions a les quals es formen les barreges explosives o inflamables són molt més petites que les concentracions a les quals el risc d'asfíxia és significatiu. Si hi ha estructures construïdes al damunt o a prop d'abocadors, el metà després pot penetrar a l'interior dels edificis i exposar els ocupants a nivells significatius de metà. Alguns edificis tenen sistemes per sota els seus fonaments per capturar aquest gas i expulsar-lo de l'edifici. Un exemple d'aquest tipus de sistema es troba en l'edifici Dakin, Brisbane, Califòrnia.
Reaccions Les principals reaccions del metà són: combustió, reformació amb vapor (steam reforming) per donar gas de síntesi (syngas), i halogenació. En general, les reaccions del metà són dificultoses de controlar. Per exemple, l'oxidació parcials fins a metanol és difícil d'aconseguir; la reacció normalment segueix fins a donar diòxid de carboni i aigua.
Combustió En la combustió del metà hi ha involucrats una sèrie de passos: Es creu que el metà reacciona en primer lloc amb l'oxigen per formar formaldehid (HCHO or ). Tot seguit el formaldehid es descompon en el radical formil, el qual a continuació dona monòxid de carboni i hidrogen. Aquest procés és conegut en el seu conjunt com piròlisi oxidativa.
Seguint la pirolisis oxidativa, l' s'oxida formant , reomplint les espècies actives i desprenent calor. Aquest procés és molt ràpid, sent la seva durada habitual inferior a un mil·lisegon.
Finalment el CO s'oxida, formant i alliberant més calor. Aquest procés és generalment més lent que la resta de passos, i requereix uns quants mil·lisegons per produir-se.
Reformació La força de l'enllaç covalent carboni-hidrogen es troba entre els més forts de tots els hidrocarburs i, per tant, el seu ús com a primera matèria és limitat. Malgrat l'alta energia d'activació per trencar l'enllaç C-H, el metà es encara el principal material de partida per fabricar hidrogen mitjançant reformació amb vapor. La recerca de catalitzadors que puguin facilitar l'activació de l'enllaç C-H en el metà i altres alcans lleugers és una àrea d'investigació de gran importància industrial.
Halogenació El metà reacciona amb els halògens sota condicions adequades. La reacció té lloc de la següent manera.
A on X és un halogen: fluor (F), Clor (Cl), Brom (Br) i a vegades Iode (I). El mecanisme d'aquesta reacció és el d'halogenació per radicals lliures.
Usos Combustible Per a més informació de l'ús del metà com a combustible, consulteu: gas natural.
El metà és important per a la generació elèctrica, ja que s'empra com a combustible en les turbines de gas o en els generadors de vapor. Si bé el seu calor de combustió, d'uns 802 kJ/mol, és el més petit de tots els hidrocarburs, si es divideix per la seva massa molecular (16 g/mol) es troba que el metà, el més simple dels hidrocarburs, produeix més quantitat de calor per unitat de massa que altres hidrocarburs més complexos. En moltes ciutats, el metà es transporta en canonades fins a les cases per a ser emprat com a combustible per a la calefacció i per cuinar. En aquest context se l'anomena gas natural.
Usos industrials El metà és emprat en processos químics industrials i pot ser transportat com a líquid refrigerat (gas natural liquat, or GNL). Mentre que les fuites d'un contenidor refrigerat són inicialment més pesants que l'aire a causa de l'alta densitat del gas fred, a temperatura ambient el gas és més lleuger que l'aire. Els gasoductes transporten grans quantitats de gas natural, del qual el metà és el principal component. A la indústria química, el metà és la primera matèria elegida per a la producció d'hidrogen, metanol, àcid acètic i anhidre acètic. Quan s'empra per a produir qualsevol d'aquests productes químics, el metà es transforma primer en gas de síntesi, una barreja de monòxid de carboni i hidrogen, mitjançant reformació per vapor. En aquest procés, el metà i el vapor reaccionen amb l'ajuda d'un catalitzador de níquel a altes temperatures (700 -1100 °C)
La proporció de monòxid de carboni enfront de l'hidrogen pot ser ajustada mitjançant la reacció de desplaçament de gas d'aigua al valor desitjat.
Altres productes químics menys importants derivats del metà inclouen l'acetilè obtingut fent passar metà a través d'un arc elèctric, i els clorometans (clorometà, diclorometà, cloroform, y tetraclorur de carboni), produïts per mitjà de la recció del metà amb gas de clor. Tanmateix, l'ús d'aquests productes està disminuint, l'acetilè essent reemplaçat per substituts més econòmics i els clorometans degut a motius de salut i mediambientals.
Fonts Una major font de metà és la seva extracció dels dipòsits geològics coneguts com a camps de gas natural. Es troba associat a altres hidrocarburs combustibles i a vegades acompanyat per heli i nitrogen. El gas, especialment si està situat en formacions poc profundes (baixa pressió), es forma per la putrefacció anaeròbica de matèria orgànica i la resta es creu que prové de la lenta desgasificació del materials primordials situats a les parts més profundes del planeta. En termes generals, els dipòsits de gas es generen en sediments enterrats a major profunditat i més altes temperatures que els que donen lloc al petroli.
També es pot extreure metà dels dipòsits de carbó (CMB són les seves sigles en anglès) mitjançant la perforació de pous en les capes de carbó, bombant a continuació l'aigua de la veta per produir una despressurització la qual cosa permet la desabsorció del metà i la seva pujada pel pou fins a la superfície. Amb aquesta tècnica es produeix el 7% del gas natural dels Estats Units, si bé pot haver-hi problemes mediambientals degut a la baixada del nivell dels aqüífers i a la presència de contaminants en l'aigua extreta. Els hidrats de metà, o clatrats (combinacions de gel i metà en el fons marí) són una futura font potencial de metà, si bé fins ara no n'existeix cap explotació comercial.
A més dels camps de gas natural una forma alternativa per obtenir metà és mitjançant el biogàs generat per la fermentació de la matèria orgànica que es troba en els fems, en els llots de les aigües residuals, en la brossa domestica, o altres primeres matèries biodegradables, sota condicions anaeròbiques. El metà també es pot produir industrialment emprant com a matèries primeres l'hidrogen (el qual es pot obtenir mitjançant electròlisi) i el diòxid de carboni mitjançant el procés Sabatier.
La ramaderia intensiva és una font important de metà. Totes les espècies n'emeten, però la producció de gas dels remugants és llargament superior. Per exemple, a Argentina la ramaderia —el país comptava el 2008 amb 55 millions de vaques— és responsable de 30% de les emissions de gasos amb efecte d'hivernacle.
Metà a l'atmosfera de la Terra miniatura|Gràfic concentració metà El metà és un gas d'hivernacle molt important a l'atmosfera de la Terra amb un potencial d'escalfament de 23 per centenari. Això implica que l'emissió d'una tona de meta tindrà 23 vegades l'impacte de l'emissió d'una tona de diòxid de carboni durant els següents cent anys. El metà té un gran efecte per un breu període (aproximadament deu anys), mentre que el diòxid de carboni té un petit efecte per un període perllongat (sobre els cent anys). Degut a aquesta diferència en l'efecte i el període, el potencial d'escalfament global del metà en un termini de 20 anys és de 63. La concentració de metà s'ha incrementat un 150% des de 1750 i és responsable del 20% del forçament radiatiu total de tots els gasos hivernacles de llarga vida i distribució global. La concentració mitjana de metà en la superfície de la terra l'any 1998 era de 1.745 ppmm. La seva concentració és més alta a l'hemisferi nord perquè la majoria de les fonts (naturals i antropogèniques) són més grans en aquell hemisferi. Les concentracions varien estacionalment amb un mínim a la fi de l'estiu.
El metà es forma prop de la superfície, i és transportat a l'estratosfera per l'aire ascendent dels tròpics. L'augment incontrolat de metà a l'atmosfera de la Terra és controlat naturalment —encara que la influència humana pot interferir en aquesta regulació— per la reacció del metà amb el radical hidroxil, una molècula formada per la reacció de l'oxigen atòmic amb l'aigua.
Al principi de la història de la Terra —aproximadament fa 3.500 milions d'anys— hi havia 1.000 vegades més metà a l'atmosfera que en l'actualitat. El metà primordial va ésser alliberat per l'activitat volcànica. Va ser durant aquesta època quan va aparèixer la vida a la Terra. Entre les primeres formes de vida es trobaven bacteris metanògenes que mitjançant l'hidrogen i el diòxid de carboni generaven metà i aigua.
L'oxigen no va ser un component majoritari de l'atmosfera fins que els organismes fotosintètics aparegueren més tard en la història de la Terra. Sense oxigen el meta podia romandre a l'atmosfera més temps i a més altres concentracions que en les actuals condicions.
Emissions de metà Houweling i cols. (1999) donen els següents valors per a les emissions de metà (Tg/a: teragrams per any): miniatura|Concentracions mitjanes de metà globals (NOAA)