Etanolul

Etanolul sau alcoolul etilic ,C₂H₅OH, se mai numeste si spirt. El se poate obtine prin sinteza, dar mai ales prin fermentatia zaharurilor.

Dintre metodele de sinteza, cele mai multe folosesc acetilena ca materie prima. Dupa unele procedee, acetilena, prin hidratare, este transformata in acetaldehida care apoi este supusa unei hidrogenari catalitice ( in prezenta nichelului, la 140⁰C ) :

CH=CH + H₂O CH₃-C=O + H₂ CH₃-CH₂OH

H

Procedeul prezinta avantaje din punct de vedere tehnic, dar nu este economic.

Dupa alte procedee, acetilena, prin hidrogenare moderata, este trecuta in etilena. Aceasta este tratata cu acid sulfuric, in prezenta de oxid de cupru, la 75⁰-80⁰C si presiune de 15 atm. Din reactie rezulta intai sulfatul acid de etil, din care, printr-o hidroliza ulterioara, se obtine etanol :

CH₂=CH₂ + HO-SO₃H CH₃-CH₂-O-SO₃H

H | OH CH3-CH2OH + H2SO4

In loc de a trece etilena in sulfat acid de etil, ea poate fi transformata in cloretan, CH₃-CH₂Cl, prin hidroliza caruia rezulta de asemenea etanol.

Ca materie prima se poate folosi in loc de acetilena, direct acetaldehida, respectiv etilena.

Fermentatia zaharurilor este calea utilizata pentru obtinerea celor mai mari cantitati de alcool. Desi fermentatia alcoolica este cunoscuta din antichitate, cauza fermentatiei si procesele chimice care au loc au fost lamurite mult mai tarziu.

In esenta, transformarea zaharurilor (de exemplu, a glucozei, C₆H₁₂O₆) in alcool poate fi redata prin reactia ( Gay-Lussac, 1789 ) :

C₆H₁₂O₆ 2 CO₂ + 2 C₂H₅OH

care insumeaza procesul destul de complicat al fermentatiei. L.Pasteur (1857) a legat acest proces de prezenta celulelor vii din drojdia de bere (Saccharomyces cerevisiae). El a observat ca solutia de zahar fermenteaza in prezenta drojdiei de bere, dar poate fi mentinuta neschimbata daca se4 pastreaza sterilizata si izolata de aer. Ulterior, Ed.Buchner (1897) a dovedit ca fermentatia se produce independent de existenta celulelor vii din drojdia de bere. Pentru aceasta, a sfaramat ( prin frecare cu nisip ) drojdia de bere si a presat masa astfel obtinuta; el a observat ca sucul rezultat prin filtrare are aceeasi actiune ca si drojdia de bere proaspata, adica chiar in cantitati foarte mici poate sa produca o fermentatie energica. Prin urmare, fermentatia nu este produsa de celula vie, ci de enzima continuta in aceasta si care poate fi separata. Ulterior s-a stabilit ca aceasta enzima ( zimaza ) nu este unitara, ci un amestec de mai multe enzime ( circa 12 ).

Dar nu numai glucoza poate fi transformata in alcool; industrial, alcoolul se obtine in cea mai mare parte din amidon, substanta cu compozitie mai complicata decat glucoza. Amidonul trebuie trecut mai intai intr-o forma mai simpla, si anume maltoza.

Transformarea amidonului in maltoza este de asemenea o reactie enzimatica. Ea este produsa de diastaza sau amilaza, care se gaseste in malt ( bobul de orz incoltit ). Aceasta transformare este data de reactia :

(C₆H₁₀O₅)_x + x/2 H₂O x/2 C₁₂H₂₂O₁₁

amidon Maltoza

Maltoza, la randul ei, este transformata in glucoza sub influenta enzimei maltaza, care se gaseste tot in drojdia de bere :

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O 2 C₆H₁₂O₆

Maltoza Glucoza

Prepararea industriala a etanolului cuprinde mai multe operatii. Ca materii prime se folosesc cereale sau cartofi, pentru continutul lor de amidon. Cerealele sau cartofii sfaramati sunt amestecati cu apa la temperatura de 60^oC si, preferabil, sub presiune de cca 3 atm. Pana cand rezulta o coca. Independent, se pregateste malt, prin incoltirea orzului. Maltul terciuit cu apa este amestecat cu coca de amidon in zaharificator, un dispozitiv prevazut cu agitator si serpentina de racire. Temperatura nu trebuie sa depaseasca 60oC, deoarece altfel amilaza este distrusa. Dupa cca o ora, amestecul din zaharificator se transforma intr-un lichid subtire si cu gust dulce, cea mai mare parte din amidon s-a transformat in maltoza.

Lichidul obtinut este racit la 15-20oC, dupa care i se adauga drojdie de bere. Aceasta se inmulteste si, dupa un timp, incepe o fermentatie energica. Fermentatia alcoolica dureaza 2-3 zile. Vasele in care se produce fermentatia trebuie racite, deoarece prin fermentarea fiecarui kg. de zahar se degaja 133 kcal. Bioxidul de carbon format in acest timp poate fi colectat.

Prin fermentatia alcoolica se produce un lichid, numit plamada, care contine pana la 18 % alcool, restul fiind apa, cantitati mici de glicerina, alcooli propilic, butilic, amilic etc. Acest lichid este supus unei prime distilari, in urma careia rezulta etanolul brut, de 90 % concentratie. Reziduul de la distilare se numeste borhot si este folosit ca nutret pentru vite, deoarece contine proteine, grasimi etc.

Alcoolul brut este supus rectificarii, in coloana de rectificare, obtinandu-se ca produs de distilare un alcool de 95,6 %, iar ca reziduu de distilare glicerina si fuzelul,un lichid uleios, format din alcooli superiori (propilic, butilic, amilic).

Alcoolul de 95,6 % este un amestec azeotrop, cu punct de fierbere 78,15oC; de aceea, pentru obtinerea unui alcool pur (alcool absolut) nu se poate recurge la inca o distilare, ci se aplica metode speciale, de exemplu tratarea cu substante care se combina cu usurinta cu apa (oxid de calciu, sulfat de calciu calcinat etc.) urmata de distilare.

Alta materie prima pentru fabricarea etanolului este celuloza din lemn, respectiv hidratii de carbon obtinuti prin hidroliza cu acizi a celulozei, din deseuri lemnoase, stuf etc. Alcoolul rezultat este impurificat cu mici cantitati de metanol. De asemenea, s-a incercat o valorificare a lesiilor bisulfitice de la industria celulozei, in vederea obtinerii etanolului.

Etanolul este un lichid incolor, cu gust arzator, care fierbe la 78,32oC si se solidifica la -114,1oC. Este mult mai usor decat apa, si se poate amesteca cu ea in orice proportii. Etanolul dizolva multe substante : iod, fosfor, hidroxizi alcalini, unele rasini etc.; precipita albumina, gelatina si alte proteine. Introdus in organism in cantitati mici, sub forma de bauturi alcoolice, constituie uneori un stimulent; baut in cantitati mari este toxic. Prin oxidare prelungita, etanolul se transforma in acid acetic :

CH3-CH2OH + O2 CH3-COOH + H2O

Fenomenul se intalneste si in natura, la otetirea vinului (fermentatia acetica).

Ca si metanolul, etanolul arde cu flacara albastruie formand bioxid de carbon si apa :

CH3-CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Tratat cu acid sulfuric, etanolul trece in eter etilic.

Etanolul este intrebuintat pentru prepararea diferitelor bauturi spirtoase, ca dizolvant in industria lacurilor si vopselelor, in industria colorantilor, la fabricarea explozivilor, in industria farmaceutica, pentru prepararea unor medicamente (in special la fabricarea eterului etilic), a cauciucului sintetic (procedeul Lebedev), la conservarea preparatelor anatomice, ca dezinfectant, in parfumerie, la unele termometre etc. Alcoolul absolut este folosit drept carburant la avioanele cu reactie, sau in amestec cu benzina pentru motoarele cu explozie.