メタンの融点は？沸点との違いや密度・天然ガスとの関係も解説【公的機関のリンク付き】

化学の世界では、物質の物理的性質を理解することが非常に重要です。

その中でも、メタン（CH₄）は天然ガスの主成分として私たちの生活に深く関わっている物質であり、その融点・沸点・密度などの基本的な性質を知ることは、エネルギー産業や環境問題を考える上でも欠かせません。

「メタンの融点は何度なのか？」「沸点とはどう違うのか？」「密度や天然ガスとの関係は？」といった疑問をお持ちの方も多いのではないでしょうか。

本記事では、メタンの融点を中心に、沸点との違いや密度、さらには天然ガスとの関係まで、わかりやすく解説していきます。

公的機関のデータも交えながら丁寧にご説明しますので、ぜひ最後までご覧ください。

メタンの融点は約－182℃——極めて低温で固体から液体に変化する

それではまず、メタンの融点について解説していきます。

メタンの融点は約－182℃（91K）です。

これは、標準大気圧（1atm）のもとで固体のメタンが液体へと変化し始める温度を指します。

日常生活では到底体感できないような極低温であり、地球上の自然環境では基本的にメタンが固体として存在することはほとんどありません。

ただし、太陽系の外縁部にある天体（冥王星や海王星の衛星トリトンなど）では、メタンが固体として表面を覆っていることが知られています。

融点とは、固体が液体に変わる温度のことを指す言葉です。

逆に液体が固体になる温度は「凝固点」と呼ばれますが、純粋な物質であれば融点と凝固点は同じ値になります。

メタンは炭素（C）原子1つと水素（H）原子4つから構成される、最も単純な炭化水素化合物です。

分子量は約16g/molと小さく、分子間力（ファンデルワールス力）が非常に弱いため、融点・沸点ともに極めて低い値を示します。

この特性が、常温・常圧での気体という状態を生み出しているのです。

メタンの融点に関するデータの出典

メタンの融点に関するデータは、国内外の公的機関によって公開されています。

例えば、米国国立標準技術研究所（NIST）のデータベースでは、メタンの熱力学的性質が詳細に掲載されており、融点は90.694K（約－182.5℃）と記載されています。

国内では、産業技術総合研究所（AIST）の物性データベース「SDBS」や「J-GLOBAL」などでも確認が可能です。

公的機関の信頼性の高いデータを参照することで、正確な情報を得ることができるでしょう。

参考リンクとして、NISTのWebBook（https://webbook.nist.gov/）をご活用ください。

絶対温度（K）と摂氏温度（℃）の関係

融点の話題では、「K（ケルビン）」という単位が登場することがあります。

ケルビンは絶対温度と呼ばれる単位で、熱力学の計算で広く使われています。

絶対温度の最低値（絶対零度）は0K（－273.15℃）であり、これ以下の温度は理論上存在しません。

メタンの融点である91K前後は、絶対零度からわずか91度しか離れていない、非常に低い温度であることがわかります。

メタンが固体になる条件

通常、地球上でメタンが固体になることはほぼありませんが、特殊な条件下では固体メタンを生成することも可能です。

実験室などでは、液体窒素（沸点約－196℃）を用いてメタンを冷却することで、固体メタンを作り出せます。

固体メタンは白色の結晶状固体で、非常に脆い性質を持っています。

また、圧力を加えることで融点が変化する場合もありますが、メタンに関しては圧力の影響は比較的小さいとされています。

メタンの沸点と融点の違い——状態変化のポイントを整理

続いては、メタンの沸点と融点の違いを確認していきます。

メタンの沸点は約－161.5℃（111.7K）です。

融点（約－182℃）との差は約20℃であり、この温度範囲でメタンは液体として存在します。

融点と沸点はともに「状態変化」に関わる温度ですが、その意味はまったく異なります。

用語	意味	メタンの値
融点	固体→液体に変わる温度	約－182℃（91K）
沸点	液体→気体に変わる温度	約－161.5℃（111.7K）
凝固点	液体→固体に変わる温度	約－182℃（融点と同値）
液化温度	気体→液体に変わる温度	約－161.5℃（沸点と同値）

この表からも明らかなように、メタンが液体として存在できる温度範囲は非常に狭いものです。

常温・常圧（約20℃、1atm）では沸点をはるかに上回っているため、メタンは気体として存在します。

液化天然ガス（LNG）と沸点の関係

メタンの沸点である約－161.5℃は、エネルギー産業において非常に重要な数値です。

液化天然ガス（LNG：Liquefied Natural Gas）は、天然ガスを約－162℃まで冷却して液化したものです。

液化することで体積が気体の約600分の1になるため、大量輸送が可能になります。

日本は世界有数のLNG輸入国であり、電力・ガス・工業用途など幅広い分野でLNGが活用されています。

経済産業省の資源エネルギー庁（https://www.enecho.meti.go.jp/）でも、LNGに関する詳細な情報が公開されています。

気体・液体・固体の状態変化とエネルギー

物質が状態変化する際には、エネルギーの出入りが伴います。

融点では「融解熱」、沸点では「蒸発熱（気化熱）」と呼ばれるエネルギーが必要です。

蒸発熱が融解熱よりも大きいことは、液体→気体の変化が固体→液体の変化よりも多くのエネルギーを必要とすることを示しています。

これはメタンに限らず、多くの物質で見られる一般的な傾向です。

臨界点と超臨界メタン

温度と圧力を一定以上に高めると、液体と気体の区別がなくなる「臨界点」に達します。

メタンの臨界温度は約－82.6℃、臨界圧力は約4.60MPaです。

臨界点を超えた状態を「超臨界状態」と呼び、液体と気体の両方の性質を持つ特殊な流体になります。

超臨界メタンは、宇宙工学や深海探査機のエンジン燃料の研究などでも注目されている分野です。

メタンの密度と物理的性質——気体・液体それぞれの特徴

続いては、メタンの密度と物理的性質を確認していきます。

密度とは単位体積あたりの質量のことで、物質の「重さの程度」を表す重要な指標です。

メタンの密度は、気体状態か液体状態かによって大きく異なります。

状態	条件	密度
気体（標準状態）	0℃、1atm	約0.717 kg/m³
気体（常温）	20℃、1atm	約0.668 kg/m³
液体（沸点）	－161.5℃、1atm	約422.6 kg/m³

気体メタンの密度は空気（約1.293 kg/m³）の約0.55倍であり、空気よりも軽い気体です。

このため、メタンが漏れた場合には天井付近に溜まりやすい性質があります。

ガス漏れの検知器を天井近くに設置する理由のひとつはここにあります。

メタンの分子量と密度の関係

気体の密度は分子量と密接に関係しています。

メタン（CH₄）の分子量は約16g/molであり、空気の平均分子量（約29g/mol）と比べて小さいため、空気より軽くなります。

この性質は、安全管理の観点から非常に重要です。

空気より軽いメタンは拡散しやすいという特徴がある一方、室内で滞留した場合には爆発限界（5～15vol%）に達する危険性もあります。

取り扱いには十分な注意が必要でしょう。

メタンのその他の物理的性質

密度以外にも、メタンには様々な物理的性質があります。

以下の表に主要な物理定数をまとめました。

物性	値
分子式	CH₄
分子量	16.04 g/mol
融点	約－182℃（91K）
沸点	約－161.5℃（111.7K）
臨界温度	約－82.6℃
臨界圧力	約4.60MPa
気体密度（標準状態）	約0.717 kg/m³
引火点	約－188℃
発火温度	約537℃

発火温度が537℃と比較的高いため、メタンは他の炭化水素と比べて引火しにくい面もありますが、爆発範囲（5～15vol%）は他の炭化水素系ガスと同様に注意が必要です。

液体メタンと気体メタンの体積比

LNGの項でも触れましたが、液体メタンと気体メタンの体積比は非常に重要なデータです。

液体メタン1Lは、気化すると標準状態で約625L（約0.625m³）の気体になります。

この体積膨張の大きさが、LNGを大量輸送に適した形態にしている理由のひとつでしょう。

天然ガスとメタンの関係——組成・用途・環境問題まで

続いては、天然ガスとメタンの関係を確認していきます。

天然ガスの主成分はメタンであり、通常80～95vol%以上をメタンが占めています。

残りはエタン・プロパン・ブタンなどの炭化水素や、二酸化炭素・窒素などの不純物です。

産地や採掘地によって組成は多少異なりますが、いずれにしてもメタンが圧倒的な主成分であることに変わりはありません。

成分	一般的な含有量（vol%）
メタン（CH₄）	80～95%以上
エタン（C₂H₆）	1～10%
プロパン（C₃H₈）	0～5%
ブタン（C₄H₁₀）	0～2%
窒素・二酸化炭素等	微量～数%

天然ガスの採掘と利用

天然ガスは地中深くの地層に閉じ込められており、掘削によって採取されます。

近年ではシェールガスやタイトガスなど、従来技術では採掘困難だった非在来型天然ガスの開発も進んでいます。

採取された天然ガスは精製・処理されたのち、パイプラインや船舶（LNGタンカー）を通じて消費地へ運ばれます。

日本では、ほぼすべての天然ガスを輸入に頼っており、資源エネルギー庁のデータによれば、主な輸入先はオーストラリア・マレーシア・カタール・ロシア（近年は変動）などです。

天然ガスは、都市ガス・発電・工業用燃料など、私たちの生活インフラを支える重要なエネルギー源となっています。

メタンと地球温暖化——温室効果ガスとしての側面

メタンは燃料として有用である一方、強力な温室効果ガスでもあるという側面を持っています。

地球温暖化係数（GWP：Global Warming Potential）で見ると、メタンのGWP（100年換算）は約25～30とされており、二酸化炭素（CO₂）の約25～30倍の温室効果を持ちます。

環境省や気象庁（https://www.jma.go.jp/）でも、メタン濃度の観測データや温室効果ガスに関する情報が公開されています。

国際的には、2021年のCOP26でも「グローバル・メタン誓約」が採択されるなど、メタン削減に向けた取り組みが加速しています。

メタンハイドレートと将来のエネルギー源

日本近海の海底には、メタンハイドレートと呼ばれるメタンと水が結合した氷状の物質が大量に存在していることが知られています。

これは「燃える氷」とも呼ばれ、将来の国産エネルギー資源として期待されています。

国立研究開発法人産業技術総合研究所（AIST）や経済産業省などが中心となって、メタンハイドレートの商業利用に向けた研究・開発が進められている状況です。

メタンハイドレートの融点や安定条件は通常のメタンとは異なり、低温高圧の環境でのみ安定して存在できる特性があります。

エネルギー安全保障の観点からも、今後の研究動向に注目が集まっています。

まとめ

本記事では、「メタンの融点は？沸点との違いや密度・天然ガスとの関係も解説」と題して、メタンに関する基本的な物理的性質から実用的な情報まで幅広くお伝えしました。

メタンの融点は約－182℃（91K）であり、標準大気圧下では固体から液体へ変化する温度です。

沸点は約－161.5℃であり、融点との差はわずか約20℃、この狭い温度範囲でのみメタンは液体として存在します。

気体メタンの密度は約0.717 kg/m³（標準状態）で空気より軽く、漏れた際には天井付近に滞留しやすい性質があります。

天然ガスの主成分として私たちの生活に欠かせないメタンですが、温室効果ガスとしての側面や、将来のエネルギー源としてのメタンハイドレートの可能性など、環境・エネルギーの両面から注目すべき物質でもあります。

メタンの基本的な性質を正しく理解することは、化学の学習はもちろん、エネルギー政策や環境問題を考える上でも非常に役立つでしょう。

本記事が少しでもお役に立てれば幸いです。