Metan dünyadaki en önemli kimyasal bileşiklerden biridir. 1770'li yıllarda keşfedildiğine inanılıyor. Homolog alkan serisini başlatan, bir karbon atomuna sahip basit bir organik bileşiğin bir örneğidir. Metanın birçok farklı 'yüzü' var. Bir yandan değerli bir fosil yakıt ve enerji kaynağıdır, diğer yandan karbondioksitten 28 kat daha fazla sera etkisine neden olur. Metan aynı zamanda dünya çapında maden yangınlarının ve madencilik felaketlerinin en yaygın nedenlerinden biridir. Kimyasal yapısı çok basit olmasına rağmen çok çeşitli özellikleri ve uygulamaları vardır.
Metan, alifatik hidrokarbonların homolog serisindeki en basit bileşiktir. Metanın moleküler formülü CH4’tür . Molekülü bir karbon atomu ve dört hidrojen atomundan oluşur. Metan molekülündeki atomlar arasındaki tüm bağlar kovalenttir (sigma bağları). Deneysel olarak aynı uzunluğa ve enerjiye sahip oldukları gösterilmiştir. Bağlar arasındaki açılar 109°28’de eşittir. Metan molekülü düzenli bir tetrahedron şeklini alır. Buna göre karbon atomu sp3 hibridizasyonunu benimser.
Metan doğada oldukça yaygındır ve ana kaynağı doğal gazdır. Bu fosil yakıtın yatakları çoğunlukla yeraltının derinliklerinde veya çıkarıldığı denizlerin ve okyanusların dibinde bulunur. Bu tür kaynaklardan elde edilen ürüne genellikle organik gaz, yani organik maddenin yüksek sıcaklık ve basınç altında dönüşümünden elde edilen gaz adı verilir. Metan ayrıca kömür yataklarına eşlik eden grizuda ve bitki artıklarının ayrışması sırasında açığa çıkan bataklık gazında da bulunur. İkinci durumda gaz, organik maddelerin bir dizi bozunma sürecinin ürünüdür. Önemli miktarlarda metan, gaz halindeki metanın su moleküllerinin oluşturduğu bir tür ‘kafes’ içinde hapsolduğu metan klatratlar formunda okyanus deniz yatağının altında birikmektedir. Laboratuvar koşullarında metan çeşitli yollarla elde edilir. Bunlardan biri, yüksek sıcaklıkta (500°C) karbon ve hidrojenden doğrudan sentezdir. Laboratuvarlar genellikle metan moleküllerinin yanı sıra alüminyum hidroksit üretmek için alüminyum karbürün suyla reaksiyonunu kullanır. Reaksiyonu gerçekleştirirken metanın gaz halinde bir madde olduğunu unutmamalısınız, dolayısıyla ortaya çıkan ürünü toplamak istiyorsanız gaz halindeki ürünleri yakalamak için özel bir sistem hazırlamalısınız. Laboratuvar bazlı başka bir yöntem, sodyum asetat ve sodyum hidroksit karışımının yüksek sıcaklıkta ısıtılmasıdır (dekarboksilasyon). Metanın fiziksel ve kimyasal özellikleri:
Metan bir dizi önemli kimyasal reaksiyona girer. En önemlileri yanma reaksiyonlarını içerir. Sınırsız hava beslemesi ile metanın tamamen yanması meydana gelir. Reaksiyon karbondioksit ve su ile sonuçlanır. Bu yanma türü en güvenli ve en verimli olanıdır. Oksijen kaynağı sınırlı olduğunda metanın eksik yanması meydana gelir. Sağlanan oksijen miktarına bağlı olarak, bu tür bir yanmanın ürünleri arasında zehirli karbon monoksit (II) ve su veya karbon ve su bulunur. Metan brom ve permanganik asitle reaksiyona girmez. Bu, bromlu su ve potasyum permanganat (VII) çözeltisinin renginde değişiklik olmamasını açıklamaktadır. Ancak klor ile nispeten kolay reaksiyona girer . Halojenlerle alkan reaksiyonları oldukça ekzotermiktir. Metan ve klor arasındaki reaksiyonlar radikaldir. Önemli olan, bu en basit alkanın klorlanmasının karanlıkta meydana gelmemesidir (genellikle ışıkla başlatılır). Reaksiyonun gerçekleşmesi için tüm sistemin 250°C’nin üzerinde bir sıcaklığa ısıtılması gerekir. Metan klorlaması, bir klor molekülünün iki radikale parçalanmasıyla meydana gelir; bu radikaller daha sonra diğer substratla reaksiyona girer ve metil radikallerinin ve hidrojen klorürün oluşumuna yol açar. Klorlama reaksiyonu monoklorlama aşamasında durmaz. Oluşan radikaller klor molekülleri veya klor radikalleri ile etkileşime girer. Daha fazla klorlamaya maruz kalmayan bir molekül, tüm hidrojen atomlarının klor atomları ile ikame edildiği karbon tetraklorürdür. Aslında son karışım söz konusu türevlerin tümünü içerir. 
Metanın ana uygulamalarından biri enerji kaynağı olarak kullanılmasıdır. Enerji, bu bileşiği içeren yakıtların yakılmasıyla elde edilir. Doğal gaz bu tür yakıtlara bir örnektir. Metan içeriği %90’ı aşıyor. Çıkarıldıktan sonra neredeyse doğrudan özel tüketicilere ve sanayi sektörüne gidiyor. Metanın yakılması, gaz türbinlerinde elektrik ve ısı üretmek için de kullanılır. Evleri ısıtmak için de kullanılabilir. Metan motorlu taşıtları hareket ettirmek için kullanılır. Yakıt olarak CNG (sıkıştırılmış doğal gaz) veya LNG (sıvılaştırılmış doğal gaz) adı altında pazarlanmaktadır. Arabalarda yanması dizel veya benzine göre çok daha verimlidir. Açıkçası, kimya endüstrisi yoğun bir metan kullanıcısıdır. Kimyasal uygulamalardan biri, buhar reformasyonu adı verilen bir işlemle hidrojen üretimidir . Dolayısıyla geleceğin yakıtı olarak hidrojene olan ilginin artması, metana olan ilginin de artmasını gerektiriyor. Metan kullanan diğer kimyasal işlemler arasında metanol, kömür gazı veya plastik üretimi yer alır. Metan ayrıca dolaylı olarak lastik üretiminde de yer alıyor. Gazın eksik yanması sonucu oluşan kurum, araba lastiklerinin yapımında kullanılan kauçuğu güçlendirmek için kullanılan bileşenlerden biridir. Aynı kurum boya ve matbaa mürekkeplerinin üretiminde de kullanılabilir.
Küresel ısınmaya en fazla etki eden gazlar ve emisyonlar arasında karbondioksit ilk sırada yer alıyor. Atmosferde çok uzun bir süre, birkaç bin yıla kadar varlığını sürdüren bir kirletici türüdür. Ancak metan iklim için daha da tehlikeli bir tehdittir. Kirletici olarak ‘yalnızca’ 10 ila 15 yıl boyunca mevcut olur, karbondioksitten çok daha kısadır, ancak sera etkisi üzerindeki etkisi çok daha büyüktür. 
Potansiyel olarak maddenin değerli bir kaynağı olabilecek metan birikintilerinin ilginç bir örneği, metan klatratlardır. Kimyasal yapılarına bakıldığında metan hidrat, hidrometan veya metan buzu isimlerini sıklıkla duyabilirsiniz. Metan klatratlar su molekülleri ve metan moleküllerinin bir kombinasyonudur. Bu durumda su, içinde metanın hapsolduğu kafes benzeri bir yapı oluşturur. Aralarında hiçbir kimyasal bağ yoktur. Klatratlar kristal yapıyla karakterize edilir ve artan basınç altında oluşturulur. Fiziksel olarak beyaz katılara benziyorlar. Kokusuzdurlar ve dokunuşta straforu andırırlar. En yaygın olarak iki küçük ve altı orta boy ‘kafesi’ çevreleyen 46 su molekülünden oluşan metan klatratlar bulunur. Metan bunların içinde hapsolmuş durumda. Metan klatratlar hâlâ tam olarak keşfedilmiş bir enerji kaynağı değil. Enerji üretimi amacıyla önemli miktarda metan çıkarma olasılıkları nedeniyle büyük ilgi görüyorlar. Ortaya çıkan hammadde, geleneksel hidrokarbon kaynaklarına çok iyi bir alternatif olabilir, ancak metanın klatratlardan çıkarılmasıyla ilgili yetersiz bilgi, metanın kontrolsüz bir şekilde atmosfere salınmasının bir sonucu olarak çevre için büyük bir risk oluşturur.
Biyometan, biyogazdan elde edilen bir gaz olarak tanımlanır. Biyogaz ise biyokütleden elde edilen bir gazdır. Bitki ve hayvan atıkları, çöp depolama alanları veya atık su arıtma tesisleri de dahil olmak üzere organik madde dönüşümü yoluyla oluşur. Metan genellikle biyogazın yaklaşık %55’ini oluşturur. Biyogaz genellikle doğrudan kullanılırken saf biyometana saflaştırılması yalnızca istisnai durumlarda gerçekleştirilir. Biyometan maddenin iki halinde gelir: gaz ve sıvı. Biyolojik atıkların metan fermantasyonu sırasında oluşur. Bu şekilde elde edilen biyometanın neredeyse tamamı enerji üretimi amaçlıdır. Birçok şirket ve üretim tesisi, artık genellikle doğal gazdan enerji kullanan ekipmanlara güç sağlamak için biyogaz ve içerdiği biyometanı kullanıyor. Yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasına rağmen biyometanın yakılması, önemli miktarda sera gazı olan karbondioksit emisyonuna neden olur.
