前のページ 1/2 次のページ

メタン (methane) 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。化学式は CH₄。和名は沼気(しょうき)。分子は炭素が中心に位置する正四面体構造をとる。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。

◆ 物性

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 −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、一酸化炭素と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水を反応させる。

:$\backslash rm\; Al\_4C\_3\; +\; 12H\_2O\; \backslash longrightarrow\; 3CH\_4\; +\; 4Al(OH)\_3$

なお、この反応は強烈な臭いを伴う。

・ 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とソーダ石灰 Ca(OH)₂・NaOH 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捕捉され、メタンがガスとして発生する。

:$\backslash rm\; CH\_3COONa\; +\; NaOH\; \backslash longrightarrow\; CH\_4\; +\; Na\_2CO\_3$

・ メタン菌による嫌気発酵。

:いわゆるバイオガスの製法。強い嫌気度を要求する。なお、自然界で発生するメタンの殆どはメタン菌により合成されている。

:$\backslash rm\; 4H\_2\; +\; HCO\_3^-\; +\; H^+\; \backslash longrightarrow\; CH\_4\; +\; 3H\_2O$

:$\backslash rm\; CH\_3COO^-\; +\; H\_2O\; \backslash longrightarrow\; CH\_4\; +\; HCO\_3^-$

◆ 用途

大きな用途の1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。

:$\backslash rm\; CH\_4\; +\; H\_2O\; \backslash longrightarrow\; CO\; +\; 3H\_2$

◆ 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 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。

・ 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

  ・ ギ酸 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)類

    ・ フルオロメタン(フッ化メチル) 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(フルオロホルム) 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(臭化メチル) 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

前のページ 1/2 次のページ

・メタン page1

・メタン page2