メタン
メタン メタン
メタン メタン
識別情報
CAS登録番号 74-82-8
PubChem 297
ChemSpider 291
J-GLOBAL ID 200907011491248663
特性
分子式 CH4
モル質量 16.042 g/mol
外観 常温で無色透明の気体
密度 0.717 kg/m3 気体
415 kg/m3 液体
融点

-182.5 °C, 91 K, -297 °F

沸点

-161.6 °C, 112 K, -259 °F

への溶解度 3.5 mg/100 mL (17 °C)
log POW 1.09
構造
分子の形 正四面体
双極子モーメント 0 D
熱化学
標準生成熱 ΔfHo −74.81 kJ mol−1[1]
標準燃焼熱 ΔcHo −890.36 kJ mol−1
標準モルエントロピー So 186.264 J mol−1K−1
標準定圧モル比熱, Cpo 35.309 J mol−1K−1
危険性
EU分類 非常に強い可燃性 F+
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
1
0
Rフレーズ R12
Sフレーズ S(2) S9 S16 S33
引火点 −188 °C
関連する物質
関連物質 メタノールクロロメタン蟻酸ホルムアルデヒドシラン
出典
国際化学物質安全性カード
NIST webbook
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

メタン: Methan[† 1]: methane[† 2])は最も単純な構造の炭化水素で、1個の炭素原子に4個の水素原子が結合した分子である。分子式は CH4。和名は沼気(しょうき)。CAS登録番号は [74-82-8]。カルバン (carbane) という組織名が提唱されたことがあるが、IUPAC命名法では非推奨である。

構造

分子は炭素が中心に位置する正四面体構造をとる。炭素‐水素間のすべてがσ結合で結合しておりπ結合が存在しないため、sp3混成軌道を取り、結合角は109゚である。

物性

常温常圧で無色、無臭の気体。ヒトに対する毒性はない。融点は −183 ℃、沸点は −162 ℃。空気に対する比重は 0.555。

光などの刺激によって励起されハロゲン元素と反応し、水素原子がハロゲン原子に置換される。この反応は激しい発熱反応である。例えば塩素との混合気体を常温中で直射日光に曝すだけで発火する。

製法

メタンは天然ガスから得られるほか、一酸化炭素水素を反応させることで工業的に大量に生産されている為(記事 C1化学に詳しい)、実験室においてもガスボンベで供給されることが普通であるが、実験室で発生させる方法がいくつか知られている。

  • 炭化アルミニウムに室温でを反応させて加水分解する。
なお、この反応は不純物のため強烈な臭いを伴う。

反応

メタンを完全燃焼させると、1molの二酸化炭素と2molのになる。

一方、メタンの不完全燃焼の場合、一酸化炭素が発生し、水も生成する。

用途

大きな用途の一つは燃料用のガスとしてであり、都市ガスなどに使用されている。もう一つはC1化学プロセスに使用する原料としてである。また、メタンは高温の水蒸気との反応で一酸化炭素と水素の混合気(合成ガス)を生じ、この混合気そのもの、あるいは単離した一酸化炭素や水素を各種化学プロセスの原料として使用する。

このほか、液化メタンを燃料を使う宇宙ロケットを、IHIなどが開発中である[2]

置換基

メチル基
メチレン基、メチリデン基
メチン基、メチリジン基

メタンが置換基となる場合、メチル基(1価)、メチレン基(2価)、メチン基(3価)と呼ばれる。

メチル基 (methyl group)
メタンから水素が1個取れたアルキル基がメチル基 (CH3−) である。項目: メチル基を参照。
メチレン基 (methylene group)
メタンから水素が2個取れたアルケン基がメチレン基 (−CH2−) である。
原子価の相手は同一原子でも(X=CH2 のような構造)、異なっていても(X−CH2−Y のような構造)良い。前者の場合には、メチリデン基 (methylidene group) とも呼ばれる。
メチン基 (methine group, methyne group)
メタンから水素が3個取れたアルキン基がメチン基 (−CH<) である。
ただし原子価の相手が同一原子である HC≡X のような構造を持つ場合には、メチリジン基 (methylidyne group) とも呼ばれる。

C1化学

炭素数1の化合物には化学工業において原料として重要な化合物が多く存在する。これらの多くがメタンから直接誘導される。これらの工業的な合成法については C1化学に詳しい。

以下に代表的なものを挙げる。