Vsebina
"Alkohol" je beseda, ki ima, tako kot veliko angleških izrazov, v znanosti bolj specifičen pomen, kot ga ima pri vsakdanji uporabi. "Etanol" medtem opisuje specifično kemično snov; Medtem ko je etanol vrsta alkohola, ima tudi več možnosti uporabe (ena industrijska, ena hrana in pijača), ki se malo prekrivajo.
Kaj etanol? Imenujejo ga tudi etilni alkohol, je eden najpreprostejših alkoholov in je zagotovo najbolj znan, za boljše ali slabše, v zahodni kulturi. Ta skromna dvo-ogljikova molekula je središče številnih zgodovinskih polemik, njena uporaba kot snov, ki spreminja razpoloženje, pa je v zgodovini civilizacije pomembno vplivala na človeško družbo.
Kaj je alkohol?
Mnoge spojine v kemiji so ogljikovodiki, sestavljeni samo iz ogljikovih in vodikovih atomov. Vnos kisikovih atomov v ogljikovodike odpira vrata številnim novim kategorijam kemikalij z vrsto lastnosti.
Alkoholi so ogljikovodiki, v katerih je -OH skupina ali hidroksilna skupina substituirana za atom vodika. Najpreprostejši primer je ogljikovodikov metan, ki ima formulo CH4. Ogljikovi atomi lahko tvorijo štiri vezi z drugimi atomi, vodik pa samo eno, zato je metan stabilna spojina. Kisik na drugi strani tvori skupaj dve vezi. Tako ima hidroksilna skupina, ki ima kisik vezan na vodik, na voljo eno "mesto" za vezavo. To pomeni, da se lahko metan, če so primerni, pretvori v metilni alkohol ali metanol. Formula te molekule je CH3(OH).
Medtem ko ima metanol en ogljikov atom, ima etanol, naslednji največji in izhaja iz čistega ogljikovodikovega etana. Kemična formula etana je CH3CH3 (napisana tudi C2H6); vsak atom ogljika je vezan na tri vodike in na druge ogljikove atome. Formula etanola je torej CH3CH2(OH).
Etanol se imenuje tudi etilni alkohol.Ta konvencija o poimenovanju, kot ste morda sumili, velja za vse alkohole; pripono "-anol" lahko zamenjamo z okornejšim "-il alkoholom." Ali veste, da je propan ime tri ogljikovega ogljikovodika, ali lahko določite njegovo kemijsko formulo, njegovo povezano alkohol in dve različni imeni za ta alkohol?
Drugi alkoholi
Ker sta metanol in etanol eno- in dvoogljični alkoholi, v smislu njihove formule ni dvoumnosti. To pomeni, da ima ogljikovodik z enim ogljikom ali dve ogljiki z eno samo hidroksilno skupino namesto enega vodikovega atoma, obstaja le ena možna konfiguracija. V primeru etanola ogljik, na katerega je -OH vezan, ni pomemben, ker je etan sam po sebi simetrična molekula; med prvim ogljikom in drugim ni geometrijskega razlikovanja.
Na ravni tri ogljikovih spojin pa stvari postanejo bolj zapletene. Propan ima formulo CH3CH2CH3 (napisano tudi kot C3H8). Če je hidroksilna skupina vezana na enega od končnih (končnih) ogljikov, je rezultat navadni propilni alkohol ali propanol. Kaj pa, če je hidroksilna skupina namesto tega nameščena na srednji ogljik?
Pravzaprav ima pomembna spojina imenovana propan-2-ol ravno takšno ureditev. (To lahko vidite kot 2-propanol v starejših referencah; dodajanje "2" kot infix je konvencija, ki se je začela leta 2013, ko je Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo ali IUPAC razvila nova nomenklatura.) " 2 "se nanaša na dejstvo, da je hidroksilna skupina vezana na drugi od treh ogljikovih propan in je zato na sredini. Ta snov vsebuje tri ogljika, osem vodikov in kisik, tako kot običajni propanol. Kot tak je izomer propanola in se imenuje izopropil alkohol. Večina tako imenovanega "drgnjenja alkohola" za antiseptično uporabo vsebuje izopropil alkohol.
Kaj pa tudi, če je prisotnih več kot ena hidroksilna skupina? Je zadevna spojina še vedno v alkoholu? Pravzaprav se tudi to dogaja. Ko dodamo drugi -OH etanolu na drugem ogljiku, je nastala molekula, imenovana 1,2-etandiol. "Diol" razkriva, da je snov dvojni alkohol z dvema hidroksiloma, predpona "1,2-" pa pomeni, da so vezane na različne ogljike. Ta alkohol pogosteje imenujemo etilen glikol in je glavna sestavina antifriza. Je zelo strupen (kot metanol).
Drug pogost, tako imenovani polihidroksilni alkohol, ima splošno ime glicerol ali glicerin. To je preprosto propan s hidroksilno skupino, substituirano za atom vodika na vsakem od treh atomov ogljika, vsi na isti strani molekule propana. Uradno ime te snovi je torej 1,2,3-propanetriol, oboje pa služi kot "hrbtenica" prehranskih molekul maščobe, celice pa jih lahko neposredno uporabljajo za gorivo.
Sinteza etanola
Etanol nastaja iz koruze in drugih rastlinskih snovi. Etanol na splošno nastaja iz molekule glukoze, ki obstaja v škrobih vseh vrst in je glavna oblika energije, ki jo uporabljajo vse žive celice. Ena molekula glukoze se pod vplivom kvasa pretvori v etanol in ogljikov dioksid, ki deluje kot encim za spodbujanje reakcije:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
Ta reakcija je znana kot fermentacija, saj je oblika anaerobnega (brez kisika) dihanja. Druga vrsta fermentacijske reakcije je fermentacija mlečne kisline, ki jo vaše telo podvrže, ko izvajate preveč intenzivno, da bi omogočili porabo in predelavo kisika, da bi sledili vašim potrebam po energiji. Obe vrsti fermentacije sta alternativi aerobnemu dihanju, pri katerem se predela glukoza v celičnih mitohondrijih skozi Krebsov cikel in elektronsko transportno verigo, da se pridobi energija v obliki ATP ali adenosin trifosfata.
Etilni alkohol kot gorivo
Etanol, ki je dolgo znan kot učinkovina v alkoholnih pijačah, se tudi vedno pogosteje uporablja kot "alternativno" gorivo, kar pomeni, da je alternativa tradicionalnim fosilnim gorivom ali gorivom na osnovi nafte, kot sta bencin in zemeljski plin . Danes 98 odstotkov bencina, prodanega v ZDA, vsebuje nekaj etanola. Najpogostejše razmerje je 90 odstotkov bencina (še en ogljikovodik, če upoštevate) in 10 odstotkov etanola. Nekatera vozila imajo več motorjev večjo fleksibilnost glede lastnosti zgorevanja goriva in ta lahko delujejo z gorivi, ki vsebujejo več kot 50 odstotkov etanola in v nekaterih primerih več kot 80 odstotkov.
Etanol je v ZDA priljubljen kot gorivo, ker so njegove emisije manj strupene od emisij bencina in ker zmanjšuje odvisnost od pomembne tuje nafte. Trenutno pa etanolna goriva ne morejo zagotoviti enake porabe goriva kot bencinska vozila, saj nudijo le približno tri četrtine učinkovitosti porabe goriva v standardnih avtomobilih.
Zloraba etanola
Etanol se uporablja tudi pri proizvodnji alkohola za pitje. Ljudje že stoletja uporabljajo etanol v njegovih predelanih oblikah pitja, kot je pivo, da bi spremenili način počutja. V manjših količinah lahko sprosti um in nekaterim posameznikom omogoči lažjo udeležbo v sicer stresnih družbenih situacijah.
Nedvomno pa je pitje alkohola, ker ga je tako enostavno zlorabiti in je tako široko dostopno, velika nevarnost za javno zdravje. Leta 2010 je po podatkih ameriških centrov za nadzor in preprečevanje bolezni čezmerno uživanje alkohola zaradi nesreč, izgubljene produktivnosti, zdravstvenih težav, kriminala in drugih vprašanj stalo ameriško gospodarstvo četrt bilijona dolarjev. Približno 88.000 smrti na leto je mogoče neposredno pripisati učinkom prekomernega pitja. Nekateri ljudje imajo veliko večjo težnjo kot drugi, da postanejo fizično ali psihično odvisni od pijač, ki vsebujejo alkohol, pri čemer je večina tega prepričana, da je genetska. Večina strokovnjakov meni, da za upravljanje motornega vozila pod vplivom resnično ni varne meje, vendar avtomobilske nesreče, povezane z alkoholom, ostajajo velik vir preprečevanja smrti in debilnosti po vsej državi.