Этанол (общее название спирт) представляет собой алифатический одноатомный спирт с молекулярной формулой C2H6O. Чистое вещество представляет собой бесцветную, легко воспламеняющуюся жидкость при комнатной температуре с жгучим вкусом и характерным пряным (сладковатым) запахом. Спирт в основном известен как составная часть стимуляторов и алкогольных напитков, таких как вино, пиво и ликер.
Ферментация из сахара в этанол является одним из старейших известных биохимических реакций. Спирт широко используется в качестве растворителя для веществ, используемых в медицинских или косметических целях, таких как ароматизаторы, красители, лекарства, дезинфицирующие средства. Химическая промышленность использует его как в качестве растворителя, так и в качестве сырья для синтеза других продуктов, таких как этиловые эфиры карбоновых кислот.
В последние десятилетия этанол стал активно использоваться в качестве биотоплива (биоэтанола).
Описание
Этанол (C2 H5 OH) относится к линейным алканолам. «Алкоголь или спирт» является устоявшимся разговорным обращением. Термин «спирты» обозначает группу органических химических соединений, которые, в дополнение к углеводородному скелету, имеют по меньшей мере одну гидроксильную группу в качестве дополнительной функциональной группы. При этом у атома углерода, содержащего гидроксильную группу, отсутствует заместитель более высокого порядка.
Спирт является естественным продуктом алкогольного брожения в зрелых фруктах и соках. Многие продукты содержат небольшое количество этанола. Например, безалкогольное пиво содержит до 0,5%. Фруктовые соки могут иметь содержание спирта около 0,38%. Исключением является виноградный сок, который может содержать до 1% этанола, также как спелый банан и кефир. Физиологическое содержание спирта в крови человека составляет от 0,02 до 0,03%.
Стандарты
Весь этанол, который производится на предприятиях, должен соответствовать определенным стандартам. Для каждого способа получения и обработки есть свой, в котором указываются основные характеристики, которыми должен обладать конечный продукт. Рассматривается очень много свойств, например, содержание примесей, плотность спирта этилового, предназначение. Для каждой разновидности есть свой стандарт.
Так, например, синтетический технический спирт этиловый – ГОСТ Р 51999-2002 – делится на два сорта: первый и высший. Очевидное различие между ними – объемная доля этанола, которая составляет 96 % и 96,2 % соответственно. В стандарте под этим номером указывается как ректификованный, так и денатурированный этиловый спирт, предназначенный для использования в парфюмерной промышленности.
Для более прозаичной цели – применения в качестве растворителя – существует свой ГОСТ: Р 52574-2006. Здесь речь идет только о денатурате с разной объемной долей этанола – 92,5 % и 99 %.
Что же касается такого вида, как пищевой этиловый спирт, то для него действует ГОСТ Р 51652-2000, и у него есть целых 6 сортов: первый (96 %), высшей очистки (96,2 %), “Базис” (96 %), “Экстра” (96,3 %), “Люкс” (96,3 %) и “Альфа” (96,3 %). Здесь уже речь идет в первую очередь о сырье и некоторых других сложных показателях. Например, продукт марки “Альфа” вырабатывается только из пшеницы, ржи или их смеси.
До сих пор многие проводят, так сказать, параллели между двумя понятиями: спирт этиловый – ГОСТ 18300-87, который был принят еще в СССР. Этот стандарт давно утратил силу, что, однако, не мешает строить производство в соответствии с ним до сих пор.
История
Этанол естественным образом образуется при ферментации сахаристых фруктов. Человек издревле использовал это природное вещество для опьянения и одурманивания. Пиво, а позднее и вина были впервые произведены с помощью природных дрожжей. Содержание спирта в таких напитках было ниже, чем сегодня, потому что природные дрожжи прекращают превращать сахар в этанол при достижении определенной концентрации. Современные культивированные дрожжи позволяют достичь более высоких концентраций.
В 1796 году Иоганн Тобиас Лоуиц впервые получил чистый этанол путем фильтрации дистиллированного спирта через активированный уголь. Антуан Лавуазье впервые описал этанол как соединение углерода, водорода и кислорода. В 1808 году Николя-Теодор де Соссюр определил химический состав. Пятьдесят лет спустя Арчибальд Скотт Купер опубликовал структурную формулу. Синтетически спирт был впервые произведен в 1826 году Генри Хеннелем и Джорджем Саймоном Серуллой в Соединенном Королевстве Великобритании.
Сегодня этанол в основном получают путем ферментации из биомассы. В контексте производства биотоплива его называют биоэтанолом. Сельскохозяйственный спирт – это этанол из сельскохозяйственного сырья.
Производство
Ферментация
Этанол получают путем ферментации из биомассы, обычно из сахарных или крахмалосодержащих культур, или традиционно из садовых фруктов и овощей. Этот процесс осуществляется контролируемым образом с использованием ряда пищевых продуктов, например, вина из винограда или пива из солода и хмеля.
Крахмалосодержащее сырье (картофель и злаки) должно быть предварительно обработано для производства сбраживаемого сахара. Во время ферментации крахмал сначала расщепляется на дисахариды, гликозидные связи которых расщепляются гидролазами. Полученные моносахариды затем ферментируются дрожжами или бактериями. При концентрации этанола около 15% дрожжевые клетки и бактерии начинают умирать, что означает, что ферментация не может достичь более высокой концентрации. Общее уравнение алкогольного брожения:
Дистилляция
Питьевой спирт получают путем перегонки алкогольного сусла из сельскохозяйственного сырья. В зависимости от процесса сгорания дистиллят содержит ароматизаторы, сивушные масла и другие органические соединения, которые определяют характер и вкус конечного продукта, такого как бренди, виски или ром. Для производства водки используется почти чистый этанол, разбавленный только водой. Чистый спирт используется неразбавленным в качестве исходного материала для других алкогольных напитков, например, для большинства ликеров.
Алкогольные напитки, содержащие дистиллированный этанол, называются спиртными напитками – в отличие от вина и пива, этанол которых производится исключительно путем алкогольной ферментации.
Технический синтез
Этанол получают химическим синтезом из воды и этена в так называемом косвенном гомогенном каталитическом процессе с добавлением серной кислоты. Процесс проводится в две стадии с образованием сложных эфиров серной кислоты, которые должны быть гидролизованы на второй стадии. Серная кислота должна быть повторно сконцентрирована после гидролиза. В прямом процессе фосфорная кислота, нанесенная на кремнезем, действует как гетерогенный катализатор. Из-за проблем сточных вод и коррозии, вызванных использованием серной кислоты, в настоящее время этанол производится в промышленности путем катализа фосфорной кислоты. Общее уравнение для обоих процессов:
Где применяют этанол, помимо производства спиртного
В медицине этиловый спирт используется как устаревший вид антисептика, в качестве основы для изготовления настоек, компрессов и т. д.
Также нашлось ему применение в промышленности, в частности в химической и топливной. Примечательно, что первый автомобиль, созданный Генри Фордом в 1880 году, работал именно на этаноле.
Сегодня вещество используют как топливо для ракет и двигателей внутреннего сгорания. Также этанол входит в состав многих косметических и моющих средств.
Физические свойства
Отличительной особенностью спирта является его гидроксигруппа. Поскольку атом кислорода притягивает электроны больше, чем водород и углерод, то вдоль этой связи возникает асимметричное распределение электронной плотности – образуется молекулярный диполь. С одной стороны, диполи взаимно притягивают друг друга на молекулярном уровне, что приводит к сравнительно высокой температуре кипения – 78 С, а с другой стороны, этанол смешивается с жидкостями, которые имеют сходные дипольные свойства, например, вода и метанол. Это свойство называется гидрофильностью. По этой причине этанол является важным растворителем в химии и фармакологии. Растительные экстракты или другие лекарства в виде спиртовых растворов называются «настойка».
Спирт смешивается с водой в любых пропорциях. При смешивании с выделением тепла происходит сокращение объема. Общий объем смеси вода / этанол меньше суммы отдельных объемов. Смешивая 50 мл этанола с 50 мл воды, получится 97 мл этанол-водной смеси.
В органических растворителях, таких как четыреххлористый углерод, этанол образует димеры, тримеры и тетрамеры в зависимости от концентрации.
Химические свойства
Этанол растворяется в любых пропорциях с водой и многими другими органическими растворителями, такими как диэтиловый эфир, хлороформ и бензол.
Эстерификация
Катализируемый кислотой этанол реагирует с карбоновыми кислотами с образованием этиловых эфиров:
Этиловые эфиры используются в качестве добавок для косметики и ароматизаторов.
Обезвоживание
Очень сильные кислоты, такие как серная кислота, катализируют дегидратацию спирта. В процессе образуется диэтиловый эфир или этилен:
Этанол расщепляет воду в реакции элиминации с образованием двойной связи.
Окисление
Этанол может быть окислен из атмосферного кислорода при комнатной температуре через ацетальдегид в уксусную кислоту. В лаборатории сильные неорганические окислители, такие как хромовая кислота или перманганат калия, служат для окисления спирта до уксусной кислоты.
На воздухе этанол горит синим пламенем с теплотворной способностью около 30 МДж / кг с образованием углекислого газа и воды:
С помощью хлора или брома этанол вступает в реакцию с ацетальдегидом. Это формирует полуацетали. Дальнейшее окисление хлором приводит к гемиацеталию хлорала. В реакции с тионилхлоридом образуется этилхлорид.
Получение
Производство этилового спирта предусматривает использование одного из трех основных способов: микробиологического, синтетического или гидролизного. В первом случае имеем дело с процессом брожения, во втором, как правило, задействуются химические реакции с применением ацетилена или этилена, ну а третий говорит сам за себя. Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы, сложности и преимущества.
Для начала расмотрим этиловый спирт, который производится только для пищевых целей. Для его производства используется только метод брожения. В ходе этого процесса виноградный сахар распадается на этанол и двуокись углерода. Этот метод известен с глубокой древности и является наиболее естественным. Но он требует и большего количества времени. Кроме того, полученное вещество не является чистым спиртом и требует достаточного большого количества операций по обработке и очистке.
Для получения технического этанола брожение нецелесообразно, так что производители прибегают к одному из двух вариантов. Первый из них – сернокислая гидратация этилена. Она выполняется в несколько этапов, но есть и более простой метод. Второй вариант – прямая гидратация этилена в присутствии фосфорной кислоты. Эта реакция обратима. Впрочем, оба этих способа также несовершенны, и полученное вещество требует дальнейшей обработки.
Гидролиз – относительно новый метод, позволяющий получать этиловый спирт из древесины. Для этого сырье измельчается и обрабатывается 2-5 % серной кислотой при температуре 100-170 градусов по Цельсию. Этот метод позволяет получать до 200 литров этанола из 1 тонны древесины. По разным причинам гидролизный способ не слишком популярен в Европе, в отличие от США, где открывают все новые и новые заводы, работающие по этому принципу.
Применение
Основная часть произведенного этанола используется для производства различных алкогольных напитков. Он также служит в качестве растворителя для потребительских товаров (духи, дезодоранты) и медицинского использования (растворитель для лекарственных средств, дезинфицирующих средств).
Спирт используется в качестве чистящего средства для стекла, хрома, пластика. Применяется в качестве стеклоомывателя, пятновыводителя и антифриза.
Этанол используется в различных реакциях этерификации. Полученные сложные эфиры используются в качестве растворителей и промежуточных соединений для последующих синтезов. Важным вторичным продуктом является этилакрилат – мономер, используемый в качестве сомономера в различных процессах полимеризации. Этилацетат в качестве растворителя для клеев и лаков для ногтей. Гликолевые эфиры, такие как 2-этоксиэтанол, широко используются в качестве растворителей для масел, смол, жиров, восков, нитроцеллюлозы и лаков.
Медицина
Эффективность дезинфицирующего или антисептического средства (например, для дезинфекции рук) зависит от концентрации смеси этанол-вода. При оптимальном содержании алкоголя от 50 до 80% все бактерии, включая туберкулезные бактерии, погибают в течение одной минуты путем денатурирования бактериальной клеточной стенки. Но спирт ограничен в эффективности против вирусов и не эффективен против бактериальных эндоспор.
Питьевой этанол или алкогольные напитки не действуют как антисептики. Напитки с содержанием этанола менее 20% практически не убивают микробов.
Спирт играет важную роль в сохранении и стабилизации жидких лекарственных средств растительного происхождения (фитотерапия). Народная медицина использует разбавленные спиртовые растворы для лечения укусов насекомых.
В случае отравления метанолом этанол вводится внутривенно в качестве первой помощи. Этанол ингибирует превращение метанола через фермент алкогольдегидрогеназу в токсичный метанал. Этанол связывает примерно в 25 раз больше алкогольдегидрогеназы, чем метанол.
Удаление плесени
При относительно новом и поверхностном заражении плесенью на гладких материалах, таких как металл, керамика, стекло или лакированное дерево, их достаточно просто очистить губкой с обычным бытовым чистящим средством. Но пористые поверхности, такие как штукатурка, должны обрабатываться 70-80% этиловым спиртом.
Меры по предотвращению появления плесени в доме:
Свежий воздух
Постоянный приток свежего воздуха помогает против образования плесени. Помещение необходимо проветривать минимум 3 раза в день в течение 7-10 минут.
Влага
Плесень чаще всего образовывается при наличии влаги. Влага оседает на поверхности когда стена становится слишком холодной.
Ремонт
Плесень часто возникает, когда в старом доме устанавливаются новые герментичные стеклопакеты. Воздухообмен прекращается, стены охлаждаются, на них осаждается влага и образуется плесень.
Алкогольные напитки и сырье, из которого они производятся
- Вишневый и сливовый бренди (спирт из сброженных вишен или слив)
- Кальвадос (спирт из яблок Франции, регион Кальвадос)
- Текила (напиток из определенного типа агавы)
- Ром (напиток из сахарного тростника)
Вещества, уже содержащие спирт (вино, пиво и остатки от их производства)
- Бренди (спирт из вина)
- Коньяк (бренди из Франции, регион Коньяк)
- Арманьяк (бренди из Франции, регион Арманьяк)
- Кондитерский бренди (напиток из винодельческих остатков)
- Граппа (напиток из Италии)
Крахмалистые вещества или крахмалистое содержимое (крупы, картофель, рис, мука, манная крупа или отруби из них)
- Водка (спирт из пшеницы, кукурузы или картофельного дистиллята)
- Виски (спирт из ячменя, ржи, овса и / или кукурузы)
- Джин (спирт из пшеницы, кукурузы, ржи или ячменя) с добавлением ягод можжевельника и специй)
Виды этилового спирта
Спирт – слово латинского происхождения, обозначающее в переводе «душа». Действительно, напитки на основе этилового спирта в небольших количествах согревают душу. Главное, не усердствовать с употреблением потому, что большие концентрации угнетают нервную систему, провоцируют развитию депрессивных состояний.
Не очень приятные последствия могут появляться даже при употреблении избытка качественных алкогольных продуктов. Гораздо более тяжелыми бывают результаты попадания в организм других спиртов, купить которые сейчас несложно. Часть жидкостей – это аптечные препараты для наружного применения, другие – производственные растворители и реагенты, товары хозяйственного и бытового назначения. Какие виды спиртов бывают – нужно знать каждому взрослому человеку во избежание как минимум недоразумений, как недопустимый максимум – трагедий.
Виды этилового спирта
Ректификованный спирт
Этанол для производства алкоголя получают брожением из сахаристых веществ. Брагу выдерживают при заданной температуре с ферментами дрожжей. Полученный продукт очищают на ректификационных колоннах.
В домашних условиях ректификацию сделать сложно, поэтому самогон перегоняют дистилляцией. В результате продукт содержит много примесей, часть из которых ядовита. Можно купить домашний аппарат для ректификации, поставляющий спирт хорошей степени очистки. Однако стоит он дорого, для обычного потребителя не всегда доступен.
Существует 5 сортов ректификованного этанола из пищевого растительного сырья.
- Ректификат Люкс содержит 96,3 % этанола. Спирт получают из различных зерновых культур, взятых в смеси или по отдельности.
- Продукт Экстра – это раствор с долей этилового спирта 96,3 %. Его получают из зерен, взятого в смеси или по отдельности, а также из смеси зерен и картофеля. При этом массовая доля картофеля не должна превышать 60 %.
- Продукт Альфа содержит 96,3 % основного вещества. Этот этанол получают из пшеничных, ржаных зерен, взятых вместе или по отдельности
- В ректификате Базис имеется 96 % основного спирта. Его разрешается производить из любых сельхозкультур, кроме плодов фруктовых деревьев.
- Продукция высшей очистки – это концентрат с содержанием этилового спирта 96,2 %. Этот сорт ректификата, также как продукт первого сорта производят из зерен, корнеплодов картофеля, сахарной свеклы, кормовой патоки, другого сырья, содержащего глюкозу.
- Ректификат первого сорта содержит 96 % этанола. Продукция, также как спирт высшей очистки производится из любого растительного углеводсодержащего сырья или из первой фракции ректификата, отобранной во время производства этанола из пищевого сырья. Для изготовления алкоголя жидкость не используют. Можно купить спирт 1 сорта для хозяйственных нужд.
Спирт Альфа
Спирт Люкс
Итак, наиболее качественная основа для водки, других алкогольных напитков – это первые четыре вида спирта. Можно использовать для внутреннего употребления некоторую часть этанола высшей степени очистки, Никакие другие концентраты с этанольной основой пить нельзя.
Медицинский спирт
Благодаря антисептическим свойствам этанол в медицине используют для наружной обработки инструментов, рук, раневой поверхности. Жидкость тщательно очищают в процессе производства, но для употребления внутрь она не предназначена. Цена на медицинский спирт выше, чем на пищевые сорта, что дополнительно сдерживает потребителей от употребления фармацевтического концентрата. Купить медицинский спирт можно в любой аптеке, где он продается без ограничений
Раствор этилового спирта
Спирт-сырец
В продаже имеется большой ассортимент хорошего алкоголя, но многие любители продолжают делать его дома самостоятельно. Самогон получают ферментативным брожением пищевого сырья, последующей двойной перегонкой. Продукт первой дистилляции недостаточно очищен, поэтому его называют спирт-сырец. В домашних условиях крайне сложно отделить все примеси даже после второй перегонки. Сырец содержит ядовитые компоненты, пить его категорически не рекомендуется.
Первый выгон – это спирт сырец
Технический спирт
Ректификации подвергают спиртовый продукт, полученный гидролизом (термическим расщеплением с участием воды) непищевого растительного сырья, в частности древесины. В народе напиток называют «табуретовкой», в специальной литературе – гидролизным или древесным. Употреблять технический спирт внутрь категорически не рекомендуется, хотя его сорта, согласно ГОСТу имею вполне привлекательные названия:
- Экстра,
- высший;
- первый.
Табуретовка
Содержание этанола в древесном, техническом спирте, купить который можно в хозяйственных магазинах, варьируется от 96 до 96,2 %. В нем присутствуют примеси токсического характера.
Синтетический этанол
Спирты могут быть получены не только превращением, расщеплением сахаросодержащего сырья, но и синтезом из других исходных веществ. Синтетический этанол производят присоединением воды к молекуле этилена. Продукт применяют в химической промышленности, для внутреннего употребления он запрещен.
Синтетический спирт
Авиационный спирт
В авиации используется особый вид этилового спирта с добавками воды, других веществ. Главная функция спиртовой жидкости – исключение обледенения поверхности истребителей, некоторых других самолетов. Состав раствора по потребности может изменяться, пить его не рекомендуется.
Авиационный спирт
Влияние на здоровье
Этанол всасывается по всему пищеварительному тракту. Первый этап в небольшой степени начинается уже в слизистой оболочке полости рта. Поглощенный там спирт поступает непосредственно в кровь и, таким образом, распределяется по всему телу, включая мозг. Около 20% всасывается в желудке, остальное в тонкой кишке.
Этанол, абсорбированный в желудке и кишечнике, сначала попадает в печень вместе с кровью, где он частично разлагается. Всасывание спирта увеличивается за счет различных факторов, таких как тепло (ирландский кофе, грог), сахар (ликер) и углекислый газ (игристое вино).
Приблизительно 2-10% выпитого спирта выделяется с мочой, потом и выдыхаемым воздухом.
В печени, основная часть этанола (как и другие растворимые в воде токсины) с помощью ферментов алкогольдегидрогеназы (АДГ) деградируют спирт до уксусной кислоты. Уксусная кислота затем превращается в CO2 через цикл Кребса. Промежуточный этанал отвечает за так называемые симптомы «похмелья» – головная боль, тошнота и рвота. Разложение этана сдерживается сахаром, поэтому похмелье бывает особенно интенсивно при употреблении сладких алкогольных напитков, особенно ликера и некоторых сортов шампанского.
Скорость деградации алкогольдегидрогеназой является постоянной в определенных пределах. У мужчин это около 0,1 г в час и кг массы тела, у женщин 0,085
Токсикология
Этанол не классифицируется ни как яд, ни как вредный для здоровья элемент. Но патологи считают его «гепатотоксическим веществом», то есть прямым токсином печени. А педиатры называют его «тератогенным ядом», который может поврежить плод.
Излишнее потребление спирта приводит к типичным симптомам острой интоксикации, таким как головокружение, тошнота, дезориентация, разговорчивость и повышенная агрессия. Летальная доза (ЛД) составляет приблизительно от 3,5 до 4,0 промилле.
Другие статьи
ОПИСАНИЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА (ЭТАНОЛ)
ФЕРМЕНТАЦИЯ ФРУКТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПИРТА
ВЛИЯНИЕ АЛКОГОЛЯ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
ПРОИЗВОДСТВО АЛКОГОЛЯ В ДРЕВНОСТИ
СВОЙСТВА СПИРТОВ
В чем отличие медицинского спирта от пищевого?
Сегодня главным отличием медицинского спирта от пищевого является наличие сертификата о соответствии стандарту GMP (Good Manufacturing Practice) российского образца, который выдает Минпромторг после инспекции подведомственного ему Государственного института лекарственных средств и надлежащих практик. То есть для выпуска фармацевтического спирта компания должна придерживаться определенных стандартов. В остальном и медицинский, и пищевой спирт относятся к одной группе: этиловой.
«Пищевой и медицинский спирт — это этиловая группа. Просто один вид спирта используется в пищевой промышленности, а другой — в медицине. Раньше в советское время считалось, что медицинский спирт самый чистый, но по большому счету разницы между ними нет», — рассказал АиФ.ru руководитель Центра исследований федерального и регионального рынков алкоголя «ЦИФРРА» Вадим Дробиз.
