甲烷

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甲烷
IUPAC名 methane
別名	天然氣、沼氣、生物氣
識別
CAS號	74-82-8
SMILES	顯示▼
InChI	顯示▼
性質
化學式	CH4
摩爾質量	16.0425 g·mol−1
外觀	無色氣體
密度	0.717 kg/m3 (氣)
熔點	-182.5 °C（91 K）
沸點	-161.6 °C（112 K）
溶解度（水）	3.5 mg/100 mL (17 °C)
危險性
歐盟危險性符號 極易燃 F+
警示術語	R：R12
安全術語	S：S2-S9-S16-S33
NFPA 704	4 1 0
閃點	-188 °C
相關物質
相關氫化物	甲矽烷、甲鍺烷
相關化學品	甲醇、一氯甲烷、甲酸、甲醛
若非註明，所有數據均出自一般條件（25 ℃，100 kPa）下。

甲烷，化學式CH₄，是最簡單的烴（碳氫化合物）：由一個碳和四個氫原子通過SP³雜化的方式組成，因此甲烷分子的結構為正四面體結構，四個鍵的鍵長相同鍵角相等。在標準狀態下甲烷是一無色氣體。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的沼氣其實就是甲烷。從理論上說，甲烷的鍵線式可以表示為一個點「·」，但實際並沒有看到過有這種用法，可能原因是「·」號同時可以表示電子。

[編輯]
甲烷是天然氣的最主要成分，是一種很重要的燃料。同時它也是一種溫室氣體：其全球變暖潛能為21（即它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍）。來源

它主要的來源有：

• 有機廢物的分解
• 天然源頭（如沼澤）：23%
• 從化石燃料中提取：20%
• 動物（如牛）的消化過程：17%
• 稻田之中的細菌：12%
• 生物物質缺氧加熱或燃燒

[編輯]製取

實驗室常用醋酸鈉與鹼石灰共熱製取甲烷：

CH₃COONa + NaOH → CH₄↑ + Na₂CO₃

[編輯]特徵

甲烷是天然氣的主要成分，約佔了87%。在標準壓力的室溫環境中，甲烷無色、無味；家用天然氣的特殊味道，是為了安全而添加的人工氣味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大氣壓力的環境中，甲烷的沸點是−161 °C。空氣中的瓦斯含量只要超過5%～15%就十分易燃。液化的甲烷不會燃燒，除非在高壓的環境中（通常是4～5大氣壓力）。中國國家標準規定^[1]，甲烷氣瓶為棕色，白字。

[編輯]可能對健康造成的影響

甲烷並非毒氣；然而，其具有高度的易燃性，和空氣混合時也可能造成爆炸。甲烷和氧化劑、鹵素或部份含鹵素之化合物接觸會有極為猛烈的反應。甲烷同時也是一種窒息劑，在密閉空間內可能會取代氧氣。若氧氣被甲烷取代後含量低於19.5%時可能導致窒息。當有建築物位於垃圾掩埋場附近時，甲烷可能會滲透入建築物內部，讓建物內的居民暴露在高含量的甲烷之中。某些建築物在地下室設有特別的回復系統，會主動捕捉甲烷，並將之排出至建築物外。

[編輯]化學反應

由於甲烷中碳原子與氫原子間的化學鍵為較穩定的σ鍵，化學性質比較穩定，因此甲烷能參與的反應較其他有機物少。

• 燃燒（氧化反應）

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

• 加熱分解

在隔絕空氣的條件下加熱到將近1000℃，就開始分解；加熱時間較長，到1500℃左右，分解接近完全。

CH₄ → C + 2H₂↑

• 與鹵素的化學反應：當甲烷與氯在黑暗中混合時，兩者不會產生化學反應，如果把混合物加熱或以紫外光照射，以下反應（取代反應）會發生：

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

反應的產物含有此四種氯化甲烷，由上至下四種產物名稱分別為：一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷（四氯化碳），四者的比例視甲烷與氯的比例。

甲烷可與溴產生類似反應。甲烷與氟的反應十分猛烈，如果先用稀有氣體稀釋兩者才在特定的儀器內進行反應，也可得出類似反應。甲烷與碘不會直接產生反應，可以用溴化碘等代替進行碘化。