历史

1776年11月，意大利物理学家亚历山德罗·沃尔根据本杰明·富兰克林关于“可燃空气”的论文，在瑞士的马焦雷湖中发现了甲烷 。沃尔在沼泽中收集冒出来的的甲烷，直到1778年成功分离出纯的甲烷气体 ，他还利用电火花装置成功点燃甲烷气体确定了甲烷的可燃性 。

分子性质

甲烷是一种四面体分子，并且有四个等价的碳氢键。其分子结构是由碳跟氢的价轨道重叠所形成的分子轨道构成，最低能量的分子轨道为的2s轨道上的碳与同相组合的轨道上的四个氢原子的重叠的结果，而能量稍微高一点的由三个分子轨道重叠的结果，即氢原子的一个s轨道电子和三个碳原子的p轨道电子重叠形成一个σ轨道，更精确的说法是，发生杂化而形成了sp 3 杂化轨道。这种化合方式与实际观测到的甲烷光谱吻合。

常温常压下的甲烷是一种无色无味的气体 。家用天然气的特殊味道，是为了安全而添加的人工气味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大气压力的环境中，甲烷的沸点是−161 °C 。甲烷是一种十分容易闪燃甚至会爆炸的气体，只要空气中甲烷含量在4.4-17％的范围内就很容易起火或爆炸。

目前已知有九种不同的固态甲烷晶体结构 。若在常压下将甲烷降至甲烷的冰点会形成甲烷一（ 英语： methane I ）的晶体结构，这种晶体结构属于立方晶系，空间群为Fm 3 m。由于氢原子的位置在甲烷一晶格中是不固定的，即甲烷分子可以自由转动。因此，它是一个 可塑性晶体 （ 英语 ： Plastic_crystal ） 。

甲烷是天然气的主要成分，约占了87%，液化的甲烷不会燃烧，除非在高压的环境中（通常是4～5大气压力）。

可能对健康造成的影响

甲烷并非毒气；然而，其具有高度的易燃性，和空气混合时也可能造成爆炸。甲烷和氧化剂、卤素或部分含卤素之化合物接触会有极为猛烈的反应。甲烷同时也是一种 窒息气体 （ 英语 ： Asphyxiant gas ） ，在密闭空间内可能会取代氧气。若氧气被甲烷取代后含量低于19.5%时可能导致窒息。当有建筑物位于垃圾掩埋场附近时，甲烷可能会渗透入建筑物内部，让建物内的居民暴露在高含量的甲烷之中。某些建筑物在地下室设有特别的回复系统，会主动捕捉甲烷，并将之排出至建筑物外。

来源

甲烷是天然气的最主要成分，是很重要的燃料；同时也是温室气体：其全球变暖潜能为21（即它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍）。主要来源有：

有机废物的分解

天然源头（如沼泽）：23%

从化石燃料中提取：20%

动物（如牛）的消化过程：17%

稻田之中的细菌：12%

生物物质缺氧加热或燃烧

牛只打嗝

制取

实验室常用醋酸钠与碱石灰共热制取甲烷：

化学反应

甲烷主要化学反应是：燃烧、 蒸气转化 （ 英语 ： Steam_reforming ） 合成气、以及卤化反应。在一般情况下，甲烷的反应是很难控制。甲烷可以氧化成甲醇，但一般来说要完成这个化学反应时十分困难的，因为在一般情况下甲烷的氧化反应产物通常是二氧化碳与水，即使氧气不足也很难产生甲醇。但是若在酵素的协助下就能轻易地完成此氧化反应，例如 甲烷单加氧酶 （ 英语 ： Methane monooxygenase ） ，但产量无法达到工业生产的规模 。

反应性

由于甲烷中碳原子与氢原子间的化学键为较稳定的σ键，化学性质比较稳定，因此甲烷能参与的反应较其他有机物少。

燃烧

甲烷的燃烧热约为 55.5 MJ/kg 。甲烷的燃烧是一个多步反应。下面的反应式是过程的一部分，与所述净结果是： CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O ( ΔH = −891kJ/mol)

CH 4 + M → CH 3 + H + M

CH 4 + O 2 → CH 3 + HO 2

CH 4 + HO 2 → CH 3 + 2 OH

CH 4 + OH → CH 3 + H 2 O

O 2 + H → O + OH

CH 4 + O → CH 3 + OH

CH 3 + O 2 → CH 2 O + OH

CH 2 O + O → CHO + OH

CH 2 O + OH → CHO + H 2 O

CH 2 O + H → CHO + H 2

CHO + O → CO + OH

CHO + OH → CO + H 2 O

CHO + H → CO + H 2

H 2 + O → H + OH

H 2 + OH → H + H 2 O

CO + OH → CO 2 + H

H + OH + M → H 2 O + M

H + H + M → H 2 + M

H + O 2 + M → HO 2 + M

加热分解

在隔绝空气的条件下加热到将近1000℃，就开始分解；加热时间较长，到1500℃左右，分解接近完全。

与卤素的化学反应

当甲烷与氯在黑暗中混合时，两者不会产生化学反应，如果把混合物加热或以紫外光照射，以下反应（取代反应）会发生：

反应的产物含有此四种氯化甲烷，由上至下四种产物名称分别为：一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷（四氯化碳），四者的比例视甲烷与氯的比例。 甲烷可与溴产生类似反应。甲烷与氟的反应十分猛烈，如果先用稀有气体稀释两者才在特定的仪器内进行反应，也可得出类似反应。甲烷与碘不会直接产生反应，可以用溴化碘等代替进行碘化。

参见

甲基，由甲烷衍生出的官能团

产甲烷作用

可燃冰

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