ETILSPIRTS: FORMULA, ĪPAŠĪBAS, RISKI UN LIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Etilspirts , etanols vai spirts, ir organisks ķīmisks savienojums klase no spirtiem pēc alkohola un tiek ražots ar rauga vai ar ķīmijas procesos. Tas ir bezkrāsains, viegli uzliesmojošs šķidrums un papildus psihoaktīvai vielai kā dezinfekcijas un antiseptisks līdzeklis, kā kurināmā avots tīrai sadedzināšanai, ražošanas nozarē vai kā ķīmisks šķīdinātājs.

Etilspirta ķīmiskā formula ir C ₂ H ₅ OH, un tā pagarinātā formula ir CH ₃ CH ₂ OH. Tas ir arī uzrakstīts kā EtOH, un IUPAC nosaukums ir etanols. Tāpēc tā ķīmiskās sastāvdaļas ir ogleklis, hidrogēns un skābeklis. Molekulu veido divu oglekļa virkne (etāns), kurā vienu H aizvieto ar hidroksilgrupu (-OH). Tā ķīmiskā struktūra ir parādīta 1. attēlā.

1. attēls: etanola struktūra

Tas ir otrs vienkāršākais alkohols. Visi oglekļa un skābekļa atomi ir sp3, ļaujot brīvi griezties molekulu robežām. (Etilspirta formula, SF).

Etanolu dabā var atrast ļoti plaši, jo tas ir daļa no tāda rauga metabolisma procesa kā Saccharomyces cerevisiae, tas atrodas arī nogatavojušos augļos. Daži augi to ražo arī caur anerobiozi. Tas ir atrasts arī kosmosā.

Etanolu var ražot ar raugu, fermentējot cukurus, kas atrodami graudos, piemēram, kukurūzā, sorgo un miežos, kā arī kartupeļu ādās, rīsos, cukurniedēs, cukurbietēs un pagalma atgriezumos; vai organiskā sintēzē.

Organisko sintēzi veic, hidratējot etilēnu, kas iegūts naftas ķīmijas rūpniecībā, un kā katalizatoru izmantojot sērskābi vai fosforskābi 250-300 ° C temperatūrā:

CH ₂ = CH ₂ + H ₂ O → CH ₃ CH ₂ OH

Etilspirta ražošana

Etanols, kas iegūts, raudzējot cukurus, ir alkoholisko dzērienu un biodegvielas ražošanas galvenais process. To galvenokārt izmanto tādās valstīs kā Brazīlija, kur raugu izmanto etanola biosintēzei no cukurniedrēm.

Kukurūza ir galvenā etanola degvielas sastāvdaļa Amerikas Savienotajās Valstīs. Tas ir saistīts ar tā pārpilnību un zemo cenu. Cukurniedru un bietes ir visizplatītākās sastāvdaļas, ko izmanto etanola ražošanai citās pasaules daļās.

Tā kā alkohols tiek veidots, fermentējot cukuru, cukura kultūras ir visvieglākās sastāvdaļas, kuras var pārveidot par spirtu. Brazīlija, pasaules otrais lielākais degvielas etanola ražotājs, lielāko daļu etanola ražo no cukurniedrēm.

Lielākā daļa Brazīlijas automašīnu spēj darboties ar tīru etanolu vai ar benzīna un etanola maisījumu.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Etanols ir dzidrs, bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu smaržu un dedzinošu garšu (Karaliskā ķīmijas biedrība, 2015).

Etilspirta molmasa ir 46,06 g / mol. Tā kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi -114 ºC un 78 ºC. Tas ir gaistošs šķidrums, un tā blīvums ir 0,789 g / ml. Etilspirts ir arī viegli uzliesmojošs un rada zila liesmu.

Tas viegli sajaucas ar ūdeni un lielāko daļu organisko šķīdinātāju, piemēram, etiķskābi, acetonu, benzolu, tetrahloroglekli, hloroformu un ēteri.

Interesants fakts ir tas, ka etanols ir viegli sajaucams arī tādos alifātiskos šķīdinātājos kā pentāns un heksāns, bet tā šķīdība ir atkarīga no temperatūras (Nacionālais biotehnoloģiju informācijas centrs. PubChem Compound Database; CID = 702, 2017).

Etanols ir pazīstamākais spirtu pārstāvis. Šajā molekulā hidroksilgrupa atrodas uz termināļa oglekļa, kā rezultātā molekulā ir augsta polarizācija.

Līdz ar to etanols var veidot spēcīgu mijiedarbību, piemēram, savienošanu ar ūdeņradi un mijiedarbību ar dipola-dipola mijiedarbību. Ūdenī etanols ir viegli sajaucams, un mijiedarbība starp abiem šķidrumiem ir tik liela, ka tie rada maisījumu, ko sauc par azeotropu, ar atšķirīgām abu sastāvdaļu īpašībām.

Acetilhlorīds un bromīds spēcīgi reaģē ar etanolu vai ūdeni. Spirtu maisījumi ar koncentrētu sērskābi un stipru ūdeņraža peroksīdu var izraisīt eksploziju. Arī etilspirta un koncentrēta ūdeņraža peroksīda maisījumi veido spēcīgas sprāgstvielas.

Alkilhipohlorīti ir vardarbīgas sprāgstvielas. Tos viegli iegūst, reaģējot ar hipohlorskābi un spirtiem tetrahlorūdeņraža ūdens šķīdumos vai jauktos šķīdumos.

Hlors un spirti arī veidotu alkilhipohlorītus. Viņi sadalās aukstumā un eksplodē, nonākot saules gaismas vai karstuma ietekmē. Terciārie hipohlorīti ir mazāk nestabili nekā sekundārie vai primārie hipohlorīti.

Izocianātu reakcija ar bāzes katalizētajiem spirtiem jāveic inertos šķīdinātājos. Šādas reakcijas, ja nav šķīdinātāju, bieži notiek ar eksplozīvu vardarbību (DENATURED ALCOHOL, 2016).

Reaģētspēja un bīstamība

Etilspirtu klasificē kā stabilu, gaistošu un viegli uzliesmojošu savienojumu. To viegli aizdedzina karstums, dzirksteles vai liesmas. Tvaiki ar gaisu var veidot sprādzienbīstamus maisījumus. Tie var nokļūt pie aizdegšanās avota un atpakaļ.

Lielākā daļa tvaiku ir smagāki par gaisu. Tos izkliedēs pa zemi un savāc zemās vai norobežotās vietās (kanalizācijā, pagrabos, tvertnēs). Iekārtās, ārā vai kanalizācijā pastāv tvaika eksplozijas briesmas. Karsējot konteineri var eksplodēt.

Etanols ir toksisks, ja to norij lielos daudzumos vai lielās koncentrācijās. Tas iedarbojas uz centrālo nervu sistēmu kā depresīvs un diurētiķis. Tas kairina arī acis un degunu.

Tas ir viegli uzliesmojošs un spēcīgi reaģē ar peroksīdiem, acetilhlorīdu un acetilbromīdu. Saskaroties ar dažiem platīna katalizatoriem, tas var aizdegties.

Simptomi ieelpošanas gadījumā ir klepus, galvassāpes, nogurums, miegainība. Tas var radīt sausu ādu. Ja viela nonāk saskarē ar acīm, tā izraisa apsārtumu, sāpes vai dedzinošu sajūtu. Ja norīts, rodas dedzinoša sajūta, galvassāpes, apjukums, reibonis un bezsamaņa (IPCS, SF).

Acis

Ja savienojums nonāk acīs, jāpārbauda un jānoņem kontaktlēcas. Acis nekavējoties skalot ar lielu daudzumu ūdens vismaz 15 minūtes ar aukstu ūdeni.

Āda

Ja nokļūst uz ādas, skarto zonu nekavējoties vismaz 15 minūtes jāskalo ar lielu daudzumu ūdens, noņemot piesārņoto apģērbu un apavus.

Pārklājiet kairinātu ādu ar mīkstinošu līdzekli. Pirms atkārtotas lietošanas nomazgājiet apģērbu un apavus. Ja kontakts ir smags, mazgājiet ar dezinficējošām ziepēm un piesārņoto ādu pārklājiet ar antibakteriālu krēmu.

Ieelpošana

Ieelpošanas gadījumā cietušais jāpārvieto vēsā vietā. Ja neelpo, tiek veikta mākslīgā elpošana. Ja apgrūtināta elpošana, dodiet skābekli.

Norīšana

Ja savienojums ir norīts, nedrīkst izraisīt vemšanu, ja vien to nav norādījis medicīnas personāls. Atbrīvojiet stingru apģērbu, piemēram, krekla apkakli, jostu vai kaklasaiti.

Visos gadījumos nekavējoties jāmeklē medicīniskā palīdzība (Materiālu drošības datu lapa Etilspirts 200 Proof, 2013).

Lietojumprogrammas

Medicīna

Etanolu medicīnā izmanto kā antiseptisku līdzekli. Etanols iznīcina organismus, denaturējot to olbaltumvielas un izšķīdinot lipīdus, un ir efektīvs pret lielāko daļu baktēriju, sēnīšu un daudzu vīrusu. Tomēr etanols ir neefektīvs pret baktēriju sporām.

Etanolu var ievadīt kā antidotu saindēšanās gadījumā ar metanolu un etilēnglikolu. Tas ir saistīts ar fermenta, kas tos sadala, saukto spirta dehidrogenāzes, konkurējošo nomākumu.

Atpūtas

Etanols kā centrālo nervu sistēmu nomācošs līdzeklis ir viens no visplašāk izmantotajiem psihoaktīvajiem līdzekļiem.

Etanola daudzumu organismā parasti nosaka ar alkohola saturu asinīs, ko šeit ņem kā etanola svaru uz asiņu tilpuma vienību.

Nelielas etanola devas parasti rada eiforiju un relaksāciju. Cilvēki, kuri izjūt šos simptomus, mēdz būt runīgi un mazāk nomākti, un viņiem var būt slikts vērtējums.

Lietojot lielākas devas, etanols darbojas kā centrālās nervu sistēmas nomācējs, radot arvien lielākas devas, traucēta maņu un motorika, samazināta izziņa, pavājināšanās, bezsamaņa un iespējama nāve.

Etanolu parasti izmanto kā atpūtas zāles, it īpaši socializējoties. Jūs varat arī redzēt, kādas ir alkoholisma pazīmes un simptomi?

Degviela

Etanolu galvenokārt izmanto kā degvielu un degvielas piedevu. Etanola lietošana var samazināt atkarību no naftas un samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas (EGI).

Etanola degvielas izmantošana Amerikas Savienotajās Valstīs ir dramatiski palielinājusies - no aptuveni 1,7 miljardiem galonu 2001. gadā līdz aptuveni 13,9 miljardiem 2015. gadā (ASV enerģētikas departaments, SF).

E10 un E15 ir etanola un benzīna maisījumi. Cipars aiz “E” norāda etanola procentuālo daudzumu tilpumā.

Lielākā daļa benzīna, ko pārdod Amerikas Savienotajās Valstīs, satur līdz 10% etanola, daudzums ir atkarīgs no apgabala. Visi automašīnu ražotāji apstiprina benzīna automašīnās maisījumu līdz E10.

1908. gadā Henrijs Fords projektēja savu T modeli, kas ir ļoti vecs automobilis, kurš brauca ar benzīna un alkohola maisījumu. Fords šo maisījumu sauca par nākotnes degvielu.

1919. gadā etanols tika aizliegts, jo to uzskatīja par alkoholisku dzērienu. To varēja pārdot tikai sajaucot ar eļļu. Pēc aizlieguma darbības beigām 1933. gadā atkal tika izmantots etanols (ASV enerģijas informācijas pārvalde, SF).

Citi lietojumi

Etanols ir svarīga rūpnieciska sastāvdaļa. To plaši izmanto kā citus organiskos savienojumus, piemēram, etilhalogenīdus, etilesterus, dietilēteri, etiķskābi un etilskābes.

Etanols viegli sajaucas ar ūdeni un ir labs universāla šķīdinātājs. Tas ir atrodams krāsās, traipos, marķieros un personīgās higiēnas līdzekļos, piemēram, mutes skalošanas līdzekļos, smaržās un dezodorantos.

Tomēr polisaharīdi no ūdens šķīduma izgulsnējas spirta klātbūtnē, un šī iemesla dēļ DNS un RNS attīrīšanā izmanto etanola nogulsnes.

Zema kušanas punkta (-114.14 ° C) un zemas toksicitātes dēļ etanolu dažreiz izmanto laboratorijās (ar sausu ledu vai citiem dzesēšanas līdzekļiem) kā dzesēšanas vannu, lai konteinerus turētu temperatūrā, kas zemāka par ūdens sasalšana. Tā paša iemesla dēļ to izmanto arī kā aktīvo šķidrumu spirta termometros.

Bioķīmija

Etanola oksidēšana organismā rada 7 kcal / mol enerģijas daudzumu, kas ir starpposms starp ogļhidrātiem un taukskābēm. Etanols rada tukšas kalorijas, kas nozīmē, ka tas nesniedz neviena veida barības vielas.

Pēc iekšķīgas lietošanas etanols ātri uzsūcas asinsritē no kuņģa un tievās zarnas un tiek sadalīts kopējā ķermeņa ūdenī.

Tā kā absorbcija notiek ātrāk no tievās zarnas nekā no kuņģa, kuņģa iztukšošanās kavēšanās aizkavē etanola absorbciju. No tā izriet jēdziens nedzert tukšā dūšā.

Vairāk nekā 90% etanola, kas nonāk ķermenī, ir pilnībā oksidēti par acetaldehīdu. Pārējais etanola daudzums izdalās caur sviedriem, urīnu un elpošanu (elpu).

Ir trīs veidi, kā ķermenis metabolizē alkoholu. Galvenais ceļš ir caur fermentu spirta dehidrogenāzi (ADH). ADH atrodas šūnu citoplazmā. Tas galvenokārt atrodams aknās, lai arī tas ir atrodams arī kuņģa-zarnu traktā, nierēs, deguna gļotādās, sēkliniekos un dzemdē.

Šis ferments ir atkarīgs no oksidētā koenzīma NAD. Tas ir vissvarīgākais etanola oksidēšanā, jo tas metabolizē no 80 līdz 100% patērētā etanola aknās. Tās funkcija ir oksidēt spirtu par acetaldehīdu atbilstoši reakcijai:

CH ₃ CH ₂ OH + NAD ⁺ → CH ₃ CHO + NADH + H ⁺

Vēl viens veids, kā metabolizēt alkoholu, ir caur katalāzi, kas izmanto ūdeņraža peroksīdu, lai oksidētu spirtu par acetaldehīdu šādā veidā:

CH ₃ CH ₂ OH + H ₂ O ₂ → CH ₃ CHO + 2H ₂ O

Šo ceļu ierobežo zemie H ₂ O ₂ veidošanās ātrumi, ko šūnu apstākļos ražo fermenti ksantīna oksidāze vai NADPH oksidāze.

Trešais spirta metabolizēšanas veids ir caur mikrosomālu etanola oksidācijas sistēmu (SMOE). Tā ir sistēma toksisko vielu izvadīšanai no organisma, kas atrodas aknās, un kas sastāv no citohroma P450 jauktu funkciju oksidāzes fermentiem.

Oksidācijas hidroksilējot modificē narkotikas un svešus savienojumus (ksenobiotikas), padarot tos netoksiskus. Īpašajā etanola gadījumā reakcija ir:

CH ₃ CH ₂ OH + NADPH + H ⁺ + O ₂ → CH ₃ CHO + NADP ⁺ + 2H ₂ O

Kad šie trīs enzīmi etanolu pārvērš acetaldehīdā, fermenta aldehīda dehidrogenāzes (ALDH) iedarbībā tas tiek oksidēts par acetātu. Šis ferments ir atkarīgs no oksidētā koenzīma NAD, un reakcija ir:

CH ₃ CHO + NAD + + H ₂ O → CH ₃ COOH + NADH + H ⁺

Acetāts tiek aktivizēts ar koenzīmu A, lai iegūtu acetilkoA. Tas nonāk Krebsa enerģijas ražošanas ciklā (ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka, 2012).

Hidroksilgrupas nozīme spirtos

Hidroksilgrupa ir molekula, ko veido skābekļa atoms un ūdeņraža atoms.

Tā rezultātā veidojas ūdenim līdzīga molekula ar tīru negatīvu lādiņu, kas saistās ar oglekļa ķēdi.

Šī molekula oglekļa ķēdi padara par spirtu. Turklāt tas nodrošina noteiktas molekulas vispārīgas īpašības.

Pretēji alkāniem, kas ir nepolāri molekulas to oglekļa un ūdeņraža ķēžu dēļ, kad hidroksilgrupa pieķeras ķēdei, tā iegūst spēju šķīst ūdenī, pateicoties OH molekulas līdzībai ar ūdeni.

Tomēr šī īpašība mainās atkarībā no molekulas lieluma un hidroksilgrupas stāvokļa uz oglekļa ķēdi.

Fizikāli ķīmiskās īpašības mainās atkarībā no molekulas lieluma un hidroksilgrupas sadalījuma, bet kopumā spirti parasti ir šķidri ar raksturīgu smaku.

Atsauces

1. DENATURĒTAIS ALKOHOLS. (2016). Atgūts no cameohemicals.noaa.gov.
2. Etilspirta formula. (SF). Atgūts no softschools.com.
3. (SF). ETANOLS (ANHIDROKS). Atgūts no inchem.org.
4. Materiālu drošības datu lapa Etilspirts 200 Pierādījums. (2013. gads, 21. maijs). Atgūts no sciencelab.com.
5. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. PubChem salikto datu bāze; CID = 702. (2017. gads, 18. marts). PubChem salikto datu bāze; CID = 702. Atgūts no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Karaliskā ķīmijas biedrība. (2015). Etanols. Atgūts no vietnes chemspider.com
7. S. enerģētikas nodaļa. (SF). Etanols. Atgūts no fueleconomy.gov.
8. S. enerģijas informācijas administrēšana. (SF). Etanols. Atgūts no eia.gov.
9. S. Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2012, 20. decembris). HSDB: ETANOLS. Atgūts no toxnet.nlm.nih.gov.