甲烷的难溶性主要与其分子结构、极性和分子间影响力有关，具体缘故如下：
一、分子极性差异
- 甲烷的非极性特征
甲烷分子为正四面体结构，四个C-H键的键长和键角完全相同（键角109.5°，键长1.09?），分子高度对称，整体呈非极性。 - 水的强极性
水分子是典型的极性分子，氧原子的电负性较高，导致分子内电荷分布不均。 - 相似相溶原理
根据“相似相溶”制度，非极性分子（甲烷）难以与极性溶剂（水）形成有效相互影响，因此溶解度极低。
二、分子间影响力限制
- 甲烷与水的相互影响
甲烷与水分子之间仅存在微弱的范德华力（伦敦色散力），而水分子之间通过强氢键和偶极-偶极影响紧密结合。甲烷的分子间影响力不足以破坏水分子间的氢键网络。 - 溶解能障
甲烷分子进入水相需要克服水分子间氢键的阻力，这一经过能量需求高，热力学上不利。
三、溶解度的具体表现
- 溶解度数据
在标准条件（20°C，0.1kPa）下，100体积水仅能溶解约3体积甲烷。若换算为质量浓度，约为5毫克/100毫升。 - 高压低温的独特情况
在高压（如深海*和低温条件下，甲烷可与水形成笼状化合物——甲烷水合物（可燃冰）。此时甲烷通过物理包裹而非化学溶解存在于水分子笼中。
四、实际应用与验证
- 实验技巧
甲烷的难溶性使其可通过排水法收集气体，但需注意气体湿度难题。 - 环境意义
甲烷的低溶解度限制了其在水体中的天然扩散，但可能通过水合物形式在海底长期储存。
甲烷不溶于水的根本缘故在于其非极性分子特性与水的强极性不匹配，同时分子间影响力不足以突破水分子间的氢键网络。这一性质在能源开采（如天然气收集）和环境保护（如温室气体控制）中具有重要意义。
