Chất metan là một loại khí tự nhiên không màu và không mùi. Công thức hóa học của metan là CH₄, trong đó một nguyên tử carbon kết hợp với bốn nguyên tử hydro. Metan là chất khí thường được tìm thấy trong các quá trình sinh học, chẳng hạn như quá trình phân hủy hữu cơ trong ruộng đất, ruột động vật và các quá trình tiêu hóa của các loài vi khuẩn.

1.Trạng thái tự nhiên, tính chất vật lý

Trong tự nhiên, metan có nhiều trong các mỏ khí (khí thiên nhiên), trong mỏ dầu (khí mỏ dầu), trong các mỏ than (khí mỏ than), trong bùn ao (khí bùn ao), trong khí biogas.

* Tính chất vật lý của metan:

-  Trạng thái vật lý: Metan là một chất khí ở điều kiện phổ thông. Khi được duy trì ở áp suất và nhiệt độ phù hợp, metan có thể tồn tại dưới dạng chất khí.

-  Màu sắc và mùi: Metan là một chất khí không màu và không mùi. Điều này làm cho nó khó phát hiện bằng các giác quan thông thường. Việc thêm một chất tạo mùi vào metan như một biện pháp an toàn để phát hiện sự rò rỉ của nó.

-   Điểm sôi và điểm đông: Điểm sôi của metan là khoảng -162 °C (-259,6 °F) tại áp suất khí quyển. Điểm đông của metan là khoảng -182 °C (-295,6 °F).

-  Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của metan phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Ở điều kiện tiêu chuẩn (0 °C và áp suất 1 atm), khối lượng riêng của metan là khoảng 0,656 g/cm³.

-  Khả năng hòa tan: Metan có khả năng hòa tan trong một số dung môi hữu cơ, như ete, benzen và hexan. Tuy nhiên, metan không hòa tan trong nước.

-  Độ hòa tan trong nước: Metan không hòa tan trong nước. Điều này đồng nghĩa với việc metan không thể hoà tan trực tiếp vào nước mà phải thông qua các phương pháp khác như hòa tan trong các dung môi trung gian.

7. Tỷ trọng hơi: Tỷ trọng hơi của metan là nhẹ hơn không khí. Do đó, nếu có sự rò rỉ của metan, nó sẽ dễ dàng tăng lên và trở thành nguyên nhân của nguy hiểm về cháy nổ khi gặp nguồn lửa hoặc tia lửa.

Như vậy, metan là một chất khí không màu, không mùi, có điểm sôi thấp và có khả năng hòa tan trong một số dung môi hữu cơ. Nó có tính chất nhẹ hơn không khí và không hòa tan trong nước.

2. Cấu tạo phân tử

Trong phân tử metan chỉ có 4 liên kết đơn

Hình 1: công thức cấu tạo và mô hình phân tử metan dạng rỗng và dạng đặc.

3. Tính chất hóa học 

* Phản ứng cháy

Khi đốt trong oxi, metan cháy tạo thành khí CO₂ và H₂O. Phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

Hỗn hợp thể tích khí CH4: thể tích O2 tỉ lệ 1:2 tạo ra hỗn hợp nổ mạnh.

* Phản ứng thế halogen

Ở phản ứng này, nguyên tử H của metan được thay thế bởi nguyên tử Cl, vì vậy phản ứng này được gọi là phản ứng thế.

3. Ứng dụng

Khí metan là một trong những nguyên liệu quan trọng, được sử dụng để sưởi ấm và nấu ăn. Bởi so với than đá, loại khí nhiên này tỏa ra nhiều nhiệt và sinh ra ít CO2 hơn. Bên cạnh đó, khí metan còn được dùng nhiều trong công nghiệp để sản xuất hidro, methanol, axit axetic hay anhydrit axetat.

- Metan là nguyên liệu dùng điều chế hiđro theo sơ đồ:

- Metan còn được dùng để điều chế bột than và nhiều chất khác.

Đây là ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất của metan trong cuộc sống và trong công nghiệp. Tuy nhiên khí metan vẫn có những ảnh hưởng nhất định tới sức khỏe con người vì thế chúng ta cần sử dụng loại khí này hợp lý và đúng cách.

4. Phản ứng điều chế khí metan

Có rất nhiều cách để điều chế khí metan trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm:

- Điều chế từ nhôm cacbua: Al4C2 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4

- Phản ứng vôi tôi xút với CaO ở điều kiện nhiệt độ cao: CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4

- Phản ứng trực tiếp , sử dụng niken làm chất xúc tác: 2 H2 + C → CH4

- Điều chế từ khí CO : CO + 3 H2 → H2O + CH4

- Điều chế từ đường glucose: C6H12O6 → 3 CO2 + 3 CH4

- Phản ứng cracking C3H8: CH3 - CH2 - CH3 → CH4 + CH2 = CH2