甲烷

历史

1776年11月，意大利物理学家亚历山大·伏打（Alessandro Volta, 1745年2月18日－1827年3月5日）根据本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin 1706年1月17日－1790年4月17日）关于“可燃空气”的论文，在瑞士的马焦雷湖（Lago Maggiore）中发现了甲烷。伏打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

甲烷分子是一种正四面体分子，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1s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sp³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Fm3m。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。
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，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。

化学反应

甲烷主要化学反应是：燃烧、蒸汽重整合成气、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，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。