メタン
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メタン構造

メタン(Methane, CH4)とは、最も簡単な炭化水素化合物の一つで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。最も単純な構造の炭化水素である。和名は、沼気(しょうき)。分子は正四面体構造(炭素が中心に位置する)をとる。CAS登録番号は74-82-8。IUPAC名でメタンは慣用名であり、系統名はカルバン（Carbane）である。

目次 [非表示]
1 性質
2 製法
3 資源
4 用途
5 置換基
6 関連物質
7 関連項目



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性質
常温、常圧で無色、無臭の気体。人に対する毒性はない。融点は摂氏-183℃、沸点は摂氏-162℃。空気1に対する比重は、0.555。

ハロゲン元素と光などの刺激下(励起)で反応し、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。

メタンは強力な温室効果ガスでもあり、同量の二酸化炭素の21倍の温室効果をもたらすと言われている。

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製法
メタンは工業的に大量に生産されている（記事 C1化学に詳しい）為、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水を反応させる。

酢酸塩を強塩基の存在下に強熱して脱炭酸させる。　
例えば酢酸ナトリウムにソーダ石灰Ca(OH)2・NaOHとを混合し強く熱して脱炭酸させる。生成した二酸化炭素は炭酸ナトリウムとして補足され、メタンがガスとして発生する。

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資源
主に油田やガス田で採掘される天然ガスの主成分。天然ガスは、エネルギー源として燃料などに利用される。

また、メタン産生菌の活動などにより放出されるため自然界に広く存在し、特に沼地などに多く存在する。このため、和名の沼気の語源となった。大気中には平均0.00022%含有されている。近年、(深)海底や地上永久凍土にメタンハイドレートという形で多量に存在することがわかり、新エネルギーとして注目されている。

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用途
通常メタンは天然ガスから特に精製されることなく使用される。大きな用途の一つは燃料用のガスとしてであり、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。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、これを各種化学プロセスの原料として使用する。


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置換基
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）
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。
メチレン基（methylene）
メタンから水素が 2 個取れたアルキル基がメチレン基（-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。
メチン基（methine）
メタンから水素が 3 個取れたアルキル基がメチン基（-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)と呼ばれる。
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関連物質
メタンに関連する化合物は記事 C1化学に詳しい。

以下に代表的なものを挙げる。

アルコール
メタノール（CH3OH）
アルデヒド
ホルムアルデヒド（酸化メチレン; CH2O）
カルボン酸
　蟻酸（HCOOH）
ニトリル
シアン化水素（HCN）
メタンのハロゲン化物
- フルオロメタン（フロン(フルオロハイドロカーボン)）類
フルオロメタン（CH3F）
ジフルオロメタン（フッ化メチレン; CH2F2）
トリフルオロメタン（CHF3）
テトラフルオロメタン（四フッ化炭素; CF4）

- クロロメタン類
クロロメタン（塩化メチル;CH3Cl）
ジクロロメタン（塩化メチレン; CH2Cl2)
トリクロロメタン（クロロホルム; CHCl3）
テトラクロロメタン（四塩化炭素; CCl4）　　

- ブロモメタン類
ブロモメタン（CH3Br）
ジブロモメタン（臭化メチレン; CH2Br2)
トリブロモメタン（ブロモホルム; CHBr3）
テトラブロモメタン（四臭化炭素; CCBr4）　　

- ヨードメタン類
ヨードメタン（CH3I）
ジヨードメタン（ヨウ化メチレン; CH2I2)
トリヨードメタン（ヨードホルム; CHI3）
テトラヨードメタン（四ヨウ化炭素; CI4）　　

- トリハロメタン 任意のハロゲン原子が三置換したメタン化合物の総称