메테인

요약 지방족 탄화수소 화합물 중 가장 간단한 알케인 화합물로 무색 무취의 가연성 기체이다. 탄소를 중심으로 수소 원자가 있는 정사면체 구조이며, 연소반응과 치환반응을 통해 수소 원자를 다른 작용기로 치환시켜 다양한 화합물을 만든다.

탄화수소 화합물 중 C_nH_2n+2의 일반식을 갖는 화합물을 알케인 화합물, 파라핀계탄화수소, 메탄계탄화수소라고 하는데, 메테인은 일반식에서 n=1에 해당하는 가장 간단한 알케인 화합물로 도시가스(액화천연가스, LNG)의 주성분이다.

메테인의 구조

무색 무취의 가연성 기체로서, 메테인의 중심 원자인 탄소 원자가 정사면체의 중심에 있고 각 꼭짓점에 4개의 수소 원자가 있는 정사면체형의 3차원 구조이며  C-H 결합길이는 1.093Å, 결합각은 109.5˚로 일정하다.

메테인의 화학성

C-H 결합은 매우 강하여 메테인은 화학적으로 안정하다. 때문에 산·알칼리·금속·산화제·환원제 등과는 거의 반응을 일으키지 않지만, 연소반응과 치환반응은 비교적 잘 일어난다.

<연소반응>
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)
산소와 반응하는 연소반응 후 이산화탄소와 물을 생성한다.

<치환반응>
CH₄(g) + Cl₂(g) → CH₃Cl(g) + HCl(g)
CH₃Cl(g) + Cl₂(g) → CH₂Cl₂(g) + HCl(g)
CH₂Cl₂(g) + Cl₂(g) → CHCl₃(g) + HCl(g)
CHCl₃(g) + Cl₂(g) → CCl₄(g) + HCl(g)

이 반응은 어두운 곳에서는 일어나지 않으며 자외선이나 열을 가해 주면 순차적으로 반응이 진행된다. 반응에서 생성되는 삼염화메테인(CHCl₃)는 클로로폼이라 하여 한때 마취제로 사용되었으며, 사염화탄소(CCl₄)는 발암물질이라고 알려지기 전까지는 소화기의 불연성 액체로 쓰였고 기름에 의한 화재의 소화제로도 쓰인다.