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テンプレート:Infobox 化合物 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。IUPAC命名法ではメタンは慣用名であり、系統名はカルバン (carbane) である。

物性 編集

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 編集

メタンは天然ガスから得られるほか、一酸化炭素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を反応させる。
\rm Al_4C_3 + 12H_2O \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。
\rm CH_3COONa + NaOH \longrightarrow CH_4 + Na_2CO_3
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。
\rm 4H_2 + HCO_3^- + H^+ \longrightarrow CH_4 + 3H_2O
\rm CH_3COO^- + H_2O \longrightarrow CH_4 + HCO_3^-

用途 編集

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。

\rm CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3H_2

置換基 編集

ファイル:Methyl group.svg
ファイル:Methylene group.svg
ファイル:Methyne group.svg

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 編集

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。

天体 編集

天王星海王星はその大気に2%程度のメタンを含む。これらの星が青く見えるのはメタンの効果によると考えられている。

資源 編集

メタンは、油田やガス田から採掘されエネルギー源として有用な天然ガスの主成分である。20世紀末以降の代替エネルギー、排他的経済水域や大陸棚といった海底や地上の永久凍土層内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。

詳細は「メタンハイドレート」を参照

メタンハイドレートは、高い温室効果がある為に過去の地球環境において、幾度かの地球温暖化に関わった経緯が確認されはじめ、その要因の一つにメタンハイドレートの溶解が関係する『自然的地球温暖化』を引き起こして来た事実が、地球物理学古生物学の見地から解ってきはじめた。

当時の地球では自然界での息吹の一つとして、地殻の大規模な活動期と安定期に伴い、火山噴火などの活発化に伴う大気中の浮遊物質が増加したことなどから温暖化と冷却期を繰返していたと考えられ、これらの地球活動の影響から大気温度が上昇、更に海水温度なども上昇することで、深海海底で氷状に貯えられていたメタンハイドレートが溶解し、大気中へ大量な『メタン』が放出される。このことで更に温暖化が自然サイクルに伴った、「ゆっくり」とした時間の中を進むと考えられている。

自然界では冷却期に入ると大気中の『メタン』をメタンハイドレートとして取り込み、長期間の貯蔵へと転換するサイクルを繰返している。などに関する研究結果がある。 2007年06月25日毎日新聞より『メタン:大量放出、温暖化と連動の証拠、化石層発見』(横浜国大グループ発表。[1])の記事が掲載された。記事によると170万年前の急激な地球温暖化と連動して、海底から大量のメタンが放出されていた化石層を、横浜国立大の間嶋隆一教授(古生物学)らの研究グループが横浜市内で発見した。温室効果ガスとして注目されているメタンと温暖化との関係を示唆する重要な発見となる。などを報じている、詳細に関しては記事を参照の事。

バイオガス 編集

メタンは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。和名の沼気はこれが語源。大気中には平均 0.00022% 含有されている。このメタン産生菌を用いて生ごみ発酵させてメタンを得て、資源として利用することも実用化されつつある。実際にバイオガスの供給事業も始まっており[2]、同プレスリリースでは、国内のバイオガス化市場規模は最大約2,300億円と推計している。

温室効果ガス 編集

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されている。

産業革命以来、人工的な温暖化ガスの排出量が急激に増加しており、温暖化が加速度的に進行していると国際的な社会問題となっている。このまま気温が上昇すれば、海底や永久凍土に閉じ込められているメタンハイドレートが放出されると懸念する意見がある。

またウシのゲップには大量のメタンが含まれており、フンからもメタンが発生するため、ウシが増えると大量のメタンガスが発生して温室効果を高めるとして、大量の牛肉を使用(そして破棄)しているハンバーガーバッシングされたこともあった。人口の十倍以上の家畜を抱える酪農国のニュージーランドでは、羊や牛のゲップを抑制するという温暖化対策を進めている[1]

脚注編集

  1. (http://www.mainichi-msn.co.jp/science/env/news/20070625ddm016040136000c.html MSN 毎日新聞インタラクティブ)
  2. バイオガス供給事業の開始について日本総研

関連項目 編集

ウィキメディア・コモンズ

外部リンク 編集

- 直鎖アルカン C2:
エタン
af:Metaan

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