Tài liệu Êtanol doc

Êtanol
Nguồn: vi.wikipedia.org
Êtanol, còn được biết đến như là rượu êtylic hay rượu ngũ cốc hay cồn, là
một
hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ cháy, không
màu, là một trong các
rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa
cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là
rượu.
Công thức hóa học của nó là C
2
H
5
OH, hay CH
3
-CH
2
-OH, viết tóm tắt là
C
2
H
6
O.
Bài này nói về êtanol chủ yếu như là một hợp chất hóa học. Đối với các đồ
uống chứa êtanol, xem bài
Đồ uống chứa cồn. Đối với việc sử dụng êtanol như là
một loại nhiên liệu, xem bài
Nhiêu liệu từ rượu.
Lịch sử
Êtanol đã được con người sử dụng từ thời tiền sử như là một thành phần
gây cảm giác say trong

đồ uống chứa cồn. Các cặn bã khô trong các bình gốm
9000 năm tuổi tìm thấy ở miền bắc
Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử dụng
các đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ
đồ đá mới. Việc chiết
nó ra dưới dạng tương đối nguyên chất đã được thực hiện lần đầu tiên bởi các nhà
giả kim thuật Hồi giáo và họ là những người đã phát triển ra nghệ thuật chưng cất
rượu trong thời kỳ của chế độ
khalip (vua chúa Hồi giáo) thời kỳ Abbasid (tiếng Ả
Rập: ﻦﻳﺪﺳﺎّﺒﻌﻟا al-Abbāsidīn). Các ghi chép của Jabir Ibn Hayyan (Geber) (721-
815) đã đề cập tới hơi dễ cháy của rượu được đun sôi.
Al-Kindī (801-873) cũng đã
miêu tả rõ ràng quá trình chưng cất rượu. Việc chưng cất êtanol ra khỏi nước có
thể tạo ra các sản phẩm chứa tới 96% êtanol. Êtanol nguyên chất lần đầu tiên đã
thu được vào năm
1796 bởi Johann Tobias Lowitz, bằng cách lọc êtanol chưng cất
qua
than củi.
Antoine Lavoisier đã mô tả êtanol như là một hợp chất của cacbon, hiđrô và
ôxy, và năm 1808,
Nicolas-Théodore de Saussure đã xác định được công thức hóa
học của nó. Năm
1858, Archibald Scott Couper đã công bố công thức cấu trúc của
êtanol: điều này làm cho êtanol trở thành một trong các hợp chất hóa học đầu tiên
có sự xác định cấu trúc hóa học.
Êtanol lần đầu tiên được tổng hợp nhân tạo vào năm 1826, thông qua các cố
gắng độc lập của Henry Hennel ở Anh và S.G. Sérullas ở Pháp.
Michael Faraday
đã điều chế êtanol bằng phản ứng hyđrat hóa
êtylen với xúc tác axít năm 1828,

theo một công nghệ tương tự như công nghệ tổng hợp êtanol công nghiệp ngày
nay.
Tính chất
Tính chất vật lý
Rượu eylic là một
chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn
nước (
khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15 độ C), sôi ở nhiệt độ 78,39 độ C, hóa rắn
ở -114,15 độ C, tan trong nước vô hạn. Sở dĩ rượu etylic tan trong nước vô hạn và
có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với
este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp
xỉ là do sự tạo thành
liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước.
Tính chất hóa học
Tính chất của một rượu đơn chức
Phản 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
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
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 -> C
2
H
4
+ H
2
O
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
Phản ứng
oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: oxi hóa không hoàn
toàn ( hữu hạn ) thành
aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn ( đốt cháy )
thành CO
2
và H
2
O. Ví dụ ở mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao
CH
3

-CH
2
-OH + CuO -> CH
3
-CHO + Cu + H
2
O
Mức 2, có
xúc tác:
CH
3
-CH
2
-OH + O
2
-> CH
3
-COOH + H
2
O
Mức 3
C
2
H
5
OH + 3 O
2
-> 2 CO
2
+ 3 H

2
O
Phản ứng riêng
Phản ứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví
dụ Cu + Al
2
O
3
ở 380-400 độ C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước
2C
2
H
5
OH -> CH
2
=CH-CH
2
=CH + 2 H
2
O + H
2
Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có
mặt
men giấm ở nhiệt độ khoảng 25 độ C.
CH
3
-CH
2
-OH + O
2

-> CH
3
-COOH + H
2
O




Một số tính chất khác
Tính chất Giá trị
Số UN 1170
Nhiệt độ tan 158,8 K (-114,3°C, -173,83°F)
Điểm tới hạn 514 K (241°C, 465.53°F) ở áp suất 63 bar
Δ
tan
H 4,9 kJ/mol
Δ
tan
S 31 J/mol•K
Δ
sôi
H 38,56 kJ/mol
pH 7,0 (trung tính)
Δ
f
H
0
lỏng
-277,38 kJ/mol

S
0
lỏng
159,9 J/mol•K
C
p
112,4 J/mol•K
Δ
f
H
0
khí
-235,3 kJ/mol
S
0
khí
283 J/mol•K
C
p
65,21 J/mol•K
Tác động cấp tính
Buồn nôn, gây mửa, gây
trầm cảm. Ngừng thở
trong trường hợp nặng.
Tác động kinh niên Nghiện. Xơ gan.
Nhiệt độ tự cháy 425°C (797°F)
Mật độ giới hạn nổ 3,5-15%
Tính chất khác
(
tiếng Anh)

NIST WebBook
Sản xuất
Êtanol 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 êtylen
Êtanol 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 axít, 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
Chất xúc tác thông thường là
axít 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 êtanol ở mức
độ công nghiệp năm 1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại ôxít 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
axít sulfuric đậm đặc để
tạo ra
êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành êtanol và tái tạo axít
sulfuric:
H
2
C=CH
2
+ H
2
SO
4
→ CH
3
CH
2
OSO
3
H
CH
3
CH
2

OSO
3
H + H
2
O → CH
3
CH
2
OH + H
2
SO
4
Êtanol 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
mêtanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium-
C
21
H
29
N
2
O•C
7
H
5
O
2
-là một chất rất đắng, gây tê). Êtanol biến tính có số UN là UN
1987 và êtanol biến tính độc hại có số là UN 1986.

Lên men
Êtanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn êtanol 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
ôxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra êtanol và cacbon điôxít
CO
2
. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
Quá 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 êtanol 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 êtanol 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 axít sulfuric loãng,
enzym
nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
Về tiềm năng, glucoza để lên men thành êtanol 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 êtanol 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.
(C
6
H
10
O
5
)

n
-> C
12
H
22
O
11
Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng
của men
mantaza.
C
12
H
22
O
11
-> C
6
H
12
O
6
Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C
6
H
12
O
6
-> 2 C

2
H
5
OH + 2 CO
2
Với 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 êtanol 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 khiết
Đối với hỗn hợp êtanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở
nồng độ 96% êtanol và 4% nước. Vì lý do này,
chưng cất phân đoạn hỗn hợp
êtanol-nước (chứa ít hơn 96% êtanol) không thể tạo ra êtanol tinh khiết hơn 96%.
Vì vậy, 95% êtanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.
Hai hướng cạnh tranh nhau có thể sử dụng trong sản xuất êtanol 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 êtanol nhằm loại bỏ êtanol ra
khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với êtanol loại bỏ phần lớn benzen. Êtanol
được tạo ra không chứa nước. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ
phần triệu benzen
vẫn còn, vì thế việc sử dụng êtanol 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 nước từ dung
dịch 96% êtanol.
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 CO
2
nóng. Êtanol 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.
Các chất hóa học dẫn xuất từ êtanol
Êtyl este
Trong sự hiện diện của chất xúc tác axít (thông thường là
axít sulfuric)
êtanol phản ứng với các
axít cacboxylic để tạo ra êtyl este:
CH
3
CH
2
OH + RCOOH → RCOOCH
2
CH
3
+ H
2
O
Hai êtyl este được sản xuất nhiều nhất là êtyl acrylat (từ êtanol và axít
acrylic) và êtyl axêtat (từ êtanol và axít 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.
Dấm
Dấm là dung dịch loãng của axít axêtic được điều chế bằng phản ứng của vi
khuẩn
Acetobacter trên dung dịch êtanol. Mặc dù theo truyền thống người ta điều
chế dấm từ các đồ uống chứa cồn như
rượu vang, rượu táo vàbia nhưng dấm cũng
có thể điều chế từ các dung dịch êtanol công nghiệp. Dấm điều chế từ êtanol
chưng cất được gọi là "dấm chưng cất" và nó được sử dụng phổ biến trong
ngâm
dấm thực phẩm hay làm gia vị.
Êtylamin
Khi nung nóng tới 150–220 °C trên chất xúc tác
niken gốc silica- hay
alumina-, êtanol và amôniắc phản ứng với nhau để tạo ra êtylamin. Các phản ứng
tiếp theo tạo ra
điêtylamin và triêtylamin:
CH
3
CH
2
OH + NH
3
→ CH
3

CH
2
NH
2
+ H
2
O
CH
3
CH
2
OH + CH
3
CH
2
NH
2
→ (CH
3
CH
2
)
2
NH + H
2
O
CH
3
CH
2

OH + (CH
3
CH
2
)
2
NH → (CH
3
CH
2
)
3
N + H
2
O
Các 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 khác
Êtanol 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 Brazil thì êtanol 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.