甲烷

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甲烷
IUPAC名
methane
別名 天然氣、沼氣、生物
識別
CAS號 74-82-8
SMILES
InChI
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)
溶解性 3.5 mg/100 mL (17 °C)
危險性
歐盟危險性符號
極易燃極易燃 F+
警示術語 R:R12
安全術語 S:S2-S9-S16-S33
NFPA 704
NFPA 704.svg
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,是最簡單的化合物):由一個碳和四個氫原子通過sp3雜化的方式組成,是含碳量最小(含氫量最大)的烴,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無味氣體[1]一些有機物在缺情況下分解時所產生沼氣其實就是甲烷。

來源[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)。 它主要的來源有:

製取[編輯]

實驗室常用醋酸鈉鹼石灰共熱製取甲烷:

CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3

特徵[編輯]

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[1];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[3],甲烷氣瓶為棕色,白字。

可能對健康造成的影響[編輯]

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。

化學反應[編輯]

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。

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
  • 鹵素的化學反應:當甲烷與在黑暗中混合時,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:[4]
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。 甲烷可與產生類似反應。甲烷與的反應十分猛烈,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。甲烷與不會直接產生反應,可以用溴化碘等代替進行碘化。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Hensher, David A. and Button, Kenneth J. Handbook of transport and the environment. Emerald Group Publishing. 2003168: . ISBN 0-08-044103-3. 
  2. ^ Miller, G. Tyler (2007). Sustaining the Earth: An Integrated Approach. U.S.A.: Thomson Advantage Books, ISBN 0534496725, p. 160.
  3. ^ GB 7144-1999,《氣瓶顏色標誌》
  4. ^ March, Jerry. Advance Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure. New York: McGraw-Hill Book Company. 1968: 533–534.