Etanol, còn được biết đến như là rượu etylic, alcohol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của alcohol, dễ cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn .
Liên kết hydro trong ethanol rắn ở nhiệt độ 186 ° C
Các liên kết hydro làm cho etanol nguyên chất có tính hút ẩm, làm chúng sẵn sàng hút hơi nước trong không khí. Sự phân cực tự nhiên của nhóm chức hydroxyl làm cho etanol có thể hòa tan một số hợp chất ion như natri và kali hydroxide, magiê chloride, calci chloride, ammoni chloride, ammoni bromide, và natri bromide.[16] Natri và kali chloride ít tan trong etanol[16] Do phân tử etanol có một đầu không phân cực, nó cũng sẽ hòa tan các hợp chất không phân cực, bao gồm hầu hết tinh dầu[23] và nhiều chất hương liệu, màu, và thuốc. Tính chất hóa họcSửa đổiTính chất hóa học của etanol được quyết định bới cấu trúc phân tử Tính chất của một rượu đơn chứcSửa đổiPhản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. Ví dụ: 2 C 2 H 5 OH + 2 Na ⟶ 2 C 2 H 5 ONa + H 2 {\displaystyle {\ce {2C2H5OH + 2 Na -> 2C2H5ONa + H2}}}Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este. Ví dụ: C 2 H 5 OH + CH 3 COOH ⟶ CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O {\displaystyle {\ce {C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O}}}Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trường acid sulfuric đặc ở 170 độ C: C 2 H 5 OH 170 o C H 2 S O 4 , d e n s e C 2 H 4 + H 2 O {\displaystyle {\ce {C2H5OH ->[H_2SO_4,dense][170^oC] C2H4 + H2O}}} Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether C 2 H 5 OH + C 2 H 5 OH ⟶ C 2 H 5 O C 2 H 5 + H 2 O {\displaystyle {\ce {C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O}}}Phản ứng oxy hóa, trong đó rượu bị oxy hóa theo 3 mức: [hữu hạn] thành aldehyde, acid hữu cơ và oxy hóa hoàn toàn [đốt cháy] thành CO2 và H2O. Ví dụ ở mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao CH 3 CH 2 OH + CuO ⟶ CH 3 CHO + Cu + H 2 O {\displaystyle {\ce {CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O}}}Mức 2, có xúc tác men giấm: Mức 3: C 2 H 5 OH + 3 O 2 ⟶ 2 CO 2 + 3 H 2 O {\displaystyle {\ce {C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}}}Phản ứng riêngSửa đổiPhản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ Cu + Al2O3 ở 380-400 độ C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước 2C2H5OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O + H2Phản ứng lên men giấm: oxy hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt men giấm ở nhiệt độ khoảng 25 độ C. CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2OMột số tính chất khácSửa đổi
Sản xuấtSửa đổiEtanol 94% "biến tính" được bán trong các chai lọ an toàn để sử dụng trong gia đình-không dùng để uống Etanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat hóa êtylen, và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu. Hyđrat hóa etilenSửa đổiEtanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat hóa êtylen bằng xúc tác acid, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etilen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic hoặc acid phosphoric: H 2 C = CH 2 + H 2 O ⟶ CH 3 CH 2 OH {\displaystyle {\ce {H2C=CH2 + H2O -> CH3CH2OH}}}Chất xúc tác thông thường là acid phốtphoric, được hút bám trong các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit [đất chứa tảo cát] hay than củi; chất xúc tác này đã lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất etanol ở mức độ công nghiệp năm 1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại oxide kim loại khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học. Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm 1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì êtylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với acid sulfuric đậm đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành etanol và tái tạo acid sulfuric: H2C=CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO3HCH3CH2OSO3H + H2O CH3CH2OH + H2SO4Etanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người ["biến tính"] do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại [chẳng hạn metanol] hay khó chịu [chẳng hạn denatonium- C21H29N2OC7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê]. Etanol biến tính có số UN là UN 1987 và etanol biến tính độc hại có số là UN 1986. Lên menSửa đổiEtanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn etanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định [quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae] chuyển hóa đường trong điều kiện không có oxy [gọi là yếm khí], chúng sản xuất ra etanol và cacbon dioxide CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau: C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ rượu. Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rượu, nhưng nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất. Để sản xuất etanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất etanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với acid sulfuric loãng, enzym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp. Về tiềm năng, glucoza để lên men thành etanol có thể thu được từ xenluloza. Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh. Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân xenluloza là rất cao. Hãng Iogen ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất etanol trên cơ sở xenluloza đầu tiên vào năm 2004. Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước. Bước 1, thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men amylaza. [C6H10O5]n -> C12H22O11Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng của men mantaza. C12H22O11 -> C6H12O6Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima. C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hóa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để sản xuất etanol tinh khiết. Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó. Làm tinh khiếtSửa đổiĐối với hỗn hợp etanol và nước, điểm sôi hỗn hợp [azeotrope] cực đại ở nồng độ 96% etanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp etanol-nước [chứa ít hơn 96% etanol] không thể tạo ra etanol tinh khiết hơn 96%. Vì vậy, 95% etanol trong nước là dung môi phổ biến nhất. Hai hướng cạnh tranh nhau có thể sử dụng trong sản xuất etanol tinh chất. Để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzen có thể thêm vào, và hỗn hợp lại được chưng cất phân đoạn một lần nữa. Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và etanol nhằm loại bỏ etanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với etanol loại bỏ phần lớn benzen. Etanol được tạo ra không chứa nước. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ [cỡ phần triệu benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng etanol đối với người có thể gây tổn thương cho gan. Ngoài ra, sàng phân tử có thể sử dụng để hấp thụ có chọn lọc nựớc từ dung dịch 96% etanol. Zeolit tổng hợp trong dạng viên tròn có thể sử dụng, cũng như là bột yến mạch. Hướng tiếp cận bằng zeolit là đặc biệt có giá trị, vì có khả năng tái sinh zeolit trong hệ khép kín về cơ bản là không giới hạn số lần, thông qua việc làm khô nó với luồng hơi CO2 nóng. Etanol tinh chất được sản xuất theo cách này không có dấu tích của benzen, và có thể sử dụng như là nhiên liệu hay thậm chí khi hòa tan có thể dùng để làm mạnh thêm các loại rượu như rượu vang pooctô [có nguồn gốc ở Bồ Đào Nha hay rượu vang sherry [có nguồn gốc ở Tây Ban Nha] trong các hoạt động nấu rượu truyền thống. Sử dụngSửa đổiChiếc ô tô sử dụng "nhiên liệu etanol" [thành phố New York, Hoa Kỳ]. Etanol có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn [thông thường được trộn lẫn với xăng] và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác. Etanol cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó. Tại Hoa Kỳ, Iowa là bang sản xuất etanol cho ô tô với sản lượng lớn nhất. Nó dễ dàng hòa tan trong nước theo mọi tỷ lệ với sự giảm nhẹ tổng thể về thể tích khi hai chất này được trộn lẫn nhau. Etanol tinh chất và etanol 95% là các dung môi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so với nước một chút và được sử dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồn thuốc. Các tỷ lệ khác của etanol với nước hay các dung môi khác cũng có thể dùng làm dung môi. Các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có các hợp chất tạo mùi khác nhau được hòa tan trong nó trong quá trình ủ và nấu rượu. Khi etanol được sản xuất như là đồ uống hỗn hợp thì nó là rượu ngũ cốc tinh khiết. Dung dịch chứa 70% etanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế. Etanol cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của etanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hơn hay thấp hơn của etanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn. Etanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan lipid của chúng. Nó có hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus, nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn. Rượu vang chứa ít hơn 16% etanol không tự bảo vệ được chúng trước vi khuẩn. Do điều này, vang Bordeaux thông thường được làm nặng thêm bằng etanol tới ít nhất 18% etanol theo thể tích để ngăn chặn quá trình lên men nhằm duy trì độ ngọt và trong việc pha chế để lưu trữ, từ thời điểm đó nó trở thành có khả năng ngăn chặn vi khuẩn phát triển trong rượu, cũng như có thể lưu trữ lâu năm trong các thùng gỗ có thể 'thở', bằng cách này vang Bordeaux có thể lưu trữ lâu năm mà không bị hỏng. Do khả năng sát khuẩn của etanol nên các đồ uống chứa trên 18% etanol theo thể tích có khả năng bảo quản lâu dài. Nhóm hyđroxyl trong phân tử etanol thể hiện tính acid cực yếu, nhưng khi xử lý bằng kim loại kiềm hay các base cực mạnh, ion H+ có thể bị loại khỏi để tạo ra ion êthoxide, C2H5O-. Xăng E5Sửa đổiKể từ ngày 1/1/2018 Việt Nam đưa xăng E5 [Ron92 95%, ethanol 5%] vào sử dụng trong toàn quốc. So với thế giới có lẽ chậm một bước vì một số quốc gia đã đưa vào sử dụng xăng E10, E15.... Các chất hóa học dẫn xuất từ etanolSửa đổiÊtyl esteTrong sự hiện diện của chất xúc tác acid [thông thường là acid sulfuric] etanol phản ứng với các acid cacboxylic để tạo ra êtyl este: CH3CH2OH + RCOOH RCOOCH2CH3 + H2OHai êtyl este được sản xuất nhiều nhất là êtyl acrylat [từ etanol và acid acrylic] và êtyl axêtat [từ etanol và acid axêtic]. Êtyl acrylat là một đơn phân tử được sử dụng trong sản xuất polyme acrylat có công dụng làm chất kết dính hay các vật liệu che phủ. Êtyl axêtat là dung môi phổ biến sử dụng trong sơn, các vật liệu che phủ và trong công nghiệp dược phẩm. Các êtyl este khác cũng được sử dụng trong công nghiệp nhưng với sản lượng ít hơn như là các chất tạo mùi hoa quả nhân tạo. GiấmGiấm là dung dịch loãng của acid axêtic được điều chế bằng phản ứng của vi khuẩn Acetobacter trên dung dịch etanol. Mặc dù theo truyền thống người ta điều chế giấm từ các đồ uống chứa cồn như rượu vang, rượu táo vàbia nhưng giấm cũng có thể điều chế từ các dung dịch etanol công nghiệp. Giấm điều chế từ etanol chưng cất được gọi là "Giấm chưng cất" và nó được sử dụng phổ biến trong ngâm giấm thực phẩm hay làm gia vị. ÊtylaminKhi nung nóng tới 150220°C trên chất xúc tác niken gốc silica- hay alumina-, etanol và amonia phản ứng với nhau để tạo ra êtylamin. Các phản ứng tiếp theo tạo ra điêtylamin và triêtylamin: CH3CH2OH + NH3 CH3CH2NH2 + H2O CH3CH2OH + CH3CH2NH2 [CH3CH2]2NH + H2O CH3CH2OH + [CH3CH2]2NH [CH3CH2]3N + H2OCác êtylamin được sử dụng trong việc tổng hợp các dược phẩm, hóa chất nông nghiệp và các chất hoạt tính bề mặt. Các hợp chất khácEtanol là nguồn nguyên liệu hóa học đa dụng, và trong thời gian qua đã được sử dụng với phạm vi thương mại để tổng hợp hàng loạt các mặt hàng hóa chất với sản lượng lớn khác. Hiện nay, nó đã được thay thế trong nhiều ứng dụng bằng các nguyên liệu hóa dầu khác rẻ tiền hơn. Tuy nhiên, trên thị trường của các quốc gia có nền nông nghiệp phát triển nhưng các cơ sở hạ tầng của công nghiệp hóa dầu thì còn chưa phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ và Brasil thì etanol có thể được sử dụng để sản xuất các hóa chất mà được các nước phương Tây phát triển sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ, bao gồm êtylen và butađien. Mối nguy hạiSửa đổi
Xem thêmSửa đổi
Chú thíchSửa đổi
Tài liệuSửa đổi
Liên kết ngoàiSửa đổi
Video liên quanChủ Đề |