甲烷（Methane），化学式为CH₄，是一种无色、无味的气体，在自然界中广泛存在。它不仅是天然气的主要成分，也是重要的能源资源之一。本文将从物理性质和化学性质两个方面对甲烷进行详细介绍。

物理性质

1. 颜色与气味：甲烷在常温常压下是无色无味的气体。这种特性使得它在空气中不易被察觉，因此需要特别注意其泄漏问题。

2. 密度：甲烷的密度小于空气，约为0.7168克/升（标准状况下）。这一特点决定了甲烷倾向于聚集在低洼地带或密闭空间内。

3. 溶解性：甲烷几乎不溶于水，但在某些有机溶剂中有一定的溶解能力。

4. 沸点与熔点：甲烷的沸点为-161.5°C，熔点为-182.5°C。这些极低的温度表明甲烷在常温常压下以气态形式存在。

5. 热值：甲烷具有较高的热值，每立方米可释放约35.9兆焦耳的能量，使其成为一种高效的燃料。

化学性质

1. 稳定性：甲烷在常温下非常稳定，不易与其他物质发生反应。然而，在高温条件下，甲烷可以分解为碳和氢气。

2. 燃烧反应：甲烷是最简单的烷烃，能够完全燃烧生成二氧化碳和水。其化学方程式为：

\[

CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O

\]

这一过程释放大量热量，因此甲烷被广泛应用于工业生产和家庭供暖。

3. 取代反应：甲烷在光照条件下能与卤素（如氯气）发生取代反应，逐步生成一氯甲烷、二氯甲烷等产物。例如：

\[

CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{光} CH_3Cl + HCl

\]

4. 氧化反应：除了燃烧外，甲烷还能在催化剂作用下与氧气发生部分氧化反应，生成甲醛或其他含氧化合物。

实际应用

甲烷因其独特的物理和化学性质，在多个领域发挥着重要作用。作为清洁能源，甲烷广泛用于发电、供热以及交通运输；同时，它还是化工行业的重要原料，用于生产合成气、甲醇等化学品。

综上所述，甲烷作为一种简单而重要的分子，不仅在能源领域占据重要地位，还在科学研究和技术发展中扮演着不可或缺的角色。通过对甲烷物理性质和化学性质的深入理解，我们能够更好地利用这一自然资源，推动社会可持续发展。