메탄(CH₄)이란? 기본 성질과 특징

메탄(CH₄)은 가장 간단한 탄화수소이면서, 우리가 흔히 "천연가스"라고 부르는 연료의 주요 성분이다.
요리할 때 쓰는 가스레인지, 난방용 가스, 발전소에서 쓰는 가스까지 에너지원으로 다양하게 사용된다.

그렇다면 메탄은 어떤 성질을 가지고 있을까? 그리고 왜 중요한 걸까?
한번 차근차근 알아보자.

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1. 메탄(CH₄)이란?

✔ 수소 4개와 탄소 1개가 결합한 단순한 분자

• 메탄은 탄소(C) 하나와 수소(H) 네 개로 이루어진 단순한 구조를 가지고 있다.
• 이렇게 작은 분자이지만, 엄청난 에너지를 품고 있는 중요한 연료다.

✔ 천연가스의 주성분

• 우리가 사용하는 LNG(액화천연가스)의 대부분이 메탄이다.
• 천연가스에서 메탄을 분리해 전기 발전, 난방, 자동차 연료, 수소 생산 등에 활용한다.

✔ 무색, 무취의 가스

• 메탄 자체는 색깔도 없고 냄새도 없는 기체다.
• 하지만 누출 시 감지할 수 있도록 특유의 냄새(부취제)를 추가해 안전성을 높인다.

✔ 공기보다 가벼운 기체

• 메탄은 공기보다 밀도가 낮아 위로 떠오르는 성질이 있다.
• 그래서 실내에서 가스가 새면 천장 쪽에 모이게 되고, 충분한 환기가 필요하다.

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2. 메탄은 극성일까? 무극성일까?

✔ 메탄은 무극성 분자

• 탄소와 수소의 결합은 전하가 균형을 이루기 때문에 메탄은 무극성 물질이다.
• 이 말은 곧 물과 섞이지 않는다는 뜻이다.

✔ 물에는 녹지 않지만, 기름에는 잘 녹는다

• 극성이 있는 물과는 잘 섞이지 않지만, 다른 탄화수소(휘발유, 석유) 같은 무극성 용매에는 잘 녹는다.
• 그래서 천연가스에서 메탄을 분리할 때는 물이 아니라 특정 용매를 사용해 분리하는 방법이 사용된다.

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3. 메탄의 끓는점과 녹는점

✔ 끓는점: 약 -161°C

• 메탄은 매우 낮은 온도에서 액체로 변한다.
• 그래서 천연가스를 액체 상태로 운반하려면 -161°C까지 냉각하여 LNG(액화천연가스)로 만든다.

✔ 녹는점: 약 -182°C

• 영하 182°C까지 내려가야 메탄이 얼어서 고체가 된다.
• 즉, 극한의 저온 환경에서만 고체로 존재할 수 있다.

✔ 상온에서는 기체 상태

• 메탄은 우리가 생활하는 온도(상온)에서 완전히 기체 상태로 존재한다.
• 쉽게 증발하고 공기 중으로 퍼지기 쉬운 특성이 있다.

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4. 메탄은 물에 얼마나 잘 녹을까? (용해도)

✔ 거의 녹지 않는다

• 메탄은 무극성이라 극성인 물과 잘 섞이지 않는다.
• 그래서 메탄을 물에 녹이려 해도 극소량만 녹을 뿐, 대부분 기체 상태로 남아 있다.

✔ 하지만 바닷속에는 메탄이 많다?

• 깊은 바다에는 **메탄 하이드레이트(불타는 얼음)**라는 형태로 메탄이 얼음 속에 갇혀 있다.
• 바닷속 고압 환경에서 물 분자가 메탄을 감싸면서 얼음처럼 보이는 결정 구조를 형성하는 것.
• 연구자들은 이것을 미래의 잠재적인 에너지원으로 활용하는 방안을 연구 중이다.

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5. 소화기 가스로 사용되는 이유

✔ 산소와 결합하면 폭발적인 에너지를 발생

• 메탄은 산소와 쉽게 반응하여 높은 열을 방출한다.
• 그래서 가정용 가스뿐만 아니라, 화력 발전소에서도 주요 연료로 사용된다.

✔ 깨끗한 연소 과정

• 메탄이 연소하면 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)만 생성된다.
• 그래서 석탄이나 휘발유보다 공해 물질 배출이 적은 친환경 연료로 평가된다.
• 하지만 이산화탄소도 온실가스라서 메탄을 태울 때 나오는 CO₂ 배출량을 줄이려는 연구가 진행 중이다.

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마무리

메탄(CH₄)은 가장 간단한 탄화수소이면서, 강력한 에너지를 품고 있는 연료다.

• 천연가스의 주성분이며, 발전소, 가정, 산업에서 연료로 활용된다.
• 무색, 무취의 기체이며, 공기보다 가벼워 쉽게 확산된다.
• 극성이 없는 무극성 물질이라 물에 잘 녹지 않는다.
• 낮은 온도(-161°C)에서 액체가 되어 LNG로 저장·운반된다.
• 연소 시 깨끗한 에너지를 생성하지만, 온실가스로 기후 변화에 영향을 미칠 수도 있다.

메탄은 현재뿐만 아니라 미래 에너지원으로도 중요한 역할을 할 가능성이 높은 물질이야.
앞으로 메탄을 활용한 친환경 기술이 어떻게 발전할지 지켜볼 만한 가치가 있다!