اتانول

نام ماده (فارسی):الکل اتیلیک

نام ماده (انگلیسی):Ethylic Alcohol

نام تجاری (فارسی):اتانول

نام تجاری (انگلیسی):Ethanol

سایر اسامی:اتیل الکل ، اتیل هیدرات ، اتیل هیدروکساید ، الکل تخمیر ، الکل گندم ، متیل کاربینول ، مولاس الکل

اتانول یا الکل اتیلیک یا اتیل الکل با فرمول شیمیائی C2H5OH با بوی خاص و آتشگیری است که در نوشیدنیهای الکلی وجود دارد. این الکل همان مادهای است که خاصیت مست کنندگی دارد و در نوشیدنیهای الکلی با درصدهای مختلف پیدا میشود. علاوه بر این در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارند. این کاربردها در عطرها و ادکلنها و همچنین در وانیل و همچنین به عنوان سوخت در برخی ماشینهای جدید میباشد. برای استفاده از این الکل در صنایع عطر سازی استفاده میکنند.مخمر آبجو ، قارچی است که با جوانه زدن تکثیر میشود، اگر این قارچ در مجاور یک ماده قندی تخمیر شود، موادی از خود خارج میکند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی قند میشود. در بین قندها ، گلوکز به فرمول C۶H۱۲O۶ است که در انگور وجود دارد که پس از تخمیر باعث ایجاد الکل میشود.اتانول از زمان های بسیار دور ، ما قبل از تاریخ توسط انسان مصرف می شده است. بقایای ظروف مربوط به عصر حجر، ۹۰۰۰ سال قبل در چین ، مصرف این ماده را به عنوان نوشیدنی الکلی تایید می کند. خالص سازی الکل و تهیه آن به صورت خالص ، نخستین بار توسط دانشمند ایرانی محمدبن زکریای رازی انجام گرفت. (رازی ۸۶۵-۹۲۵) بعدها دو شیمیدان با نام های گیبر Geber و الکندی Al-Kindi روش های تقطیر الکل را بهبود دادند.در قدیم تولید الکل به عنوان یک هنر و مهارت خاص علمی محسوب میگردید تا اینکه شیمیدان و دانشمند معروف فرانسوی Gay-Lussac نشان داد که گلوکز قند اصلی و آغازگر تخمیر اتانول میباشد و نهایتاً نقش مخمر در فرایند تخمیر در سال ۱۸۳۷ میلادی اثبات گردید و پس از آن لوئی پاستور خاصیت بی هوازی مخمر را کشف نموده و فرایند تولید الکل وارد مرحله صنعتی خود گردید.تولید الکل از مواد قندی صورت میگیرد و لذا در حال حاضر بعلت کاهش قیمت تمام شده آن، عموماً تولید آن بعنوان یکی از محصولات جانبی صنایع تولید شکر محسوب میگردد. در فرایند تولید شکر، ملاس حاصل میگردد.ملاس شربتی است که حاوی مخلوطی از قندهای کریستال نشده، جامدات غیر قندی باقیمانده از نیشکر یا چغندر، مواد شیمیایی باقیمانده از فرایند تولید و مقداری آب است.ملاس معمولاً چهار درصد وزن چغندر یا نیشکر را تشکیل میدهد و یا به عبارتی بطور متوسط (با در نظر گرفتن شکر چغندری و نیشکری) چهل درصد شکر تولیدی میباشد.

سوخت: بزرگترین کاربرد اتانول به صورت خالص به عنوان سوخت در متور خودروها است.

نوشیدنی های الکلی: اتانول را در انواع مشروبات الکلی مصرف می کنند.

پیل سوختی اتانولی: اتانول را می توان در پیل های سوختی مستقیم DEFC برای تولید برق همراه با محصولات جانبی آب و دی اکسیدکربن بکار برد.

سوخت موشک: اتانول را در سوخت موشک برای افزایش نیروی پیشرانه بکار می برند.

ضد عفونی کننده: اتانول را در مراکز پزشکی برای ضدعفونی لوازم پزشکی ، ضد عفونی ضخم و مواد ضد عفونی کننده دست استفاده می کنند.

پاد زهر: اتانول را برای از بین بردن اثر مسمومیت بعضی از مواد مانند متانول و اتیلن گلایکو استفاده می کنند.

سایر کاربردها: حلال ، ضد عرق و ..

اتانول به دو طریق مصنوعی (سنتزی) و تخمیر تولید میشود. در روش تولید سنتزی این ماده از مواد نفتی استحصال میگردد و در روش تخمیر از مواد غذایی و گیاهان حاوی قند استفاده میشود بیشترین اتانول تولیدی در جهان (حدود ۹۳ درصد) از روش تخمیر و فقط حدود ۷ درصد از روش مصنوعی تولید میگردد.لازم به ذکر است که از کل تولید الکل جهان به روش تخمیر، حدود ۶۵ درصد از طریق تخمیر از محصولات جانبی صنایع شکر و ۳۵ درصد دیگر از تخمیر سایر مواد قنددار مانند ذرت، گندم، خرما و غیره حاصل میگردد. در ذیل فرایندهای تولید اتانول بررسی شده است.

۱- تولید الکل اتیلیک به روش سنتزی اتانول سنتزی از دو روش هیدراسیون مستقیم و غیر مستقیم اتیلن تولید میگردد. فرایند هیدراسیون غیر مستقیم قدیمی تر از هیدراسیون مستقیم است و بیش از یکصد سال عمر دارد. در این روش ابتدا خوراک هیدروکربوری شامل ۳۵ تا ۹۵ درصد اتیلن در معرض اسید سولفوریک ۹۵ تا ۹۸ درصد قرار گرفته و تولید منو و دی اتیلن سولفات می کند

CH3CH2OSO3H—CH2=CH2 + H2SO4 O2(CH2=CH2)+H2SO4 — (CH3CH2O)SO4

این مخلوط سپس به کمک آب هیدرولیز شده و محلول ۵۰ تا ۶۰ درجه اسید سولفوریک بدست میدهد:

CH3CH2O)2SO3 + 2H2O — 2CH3CH2OH + H2SO4 CH3CH2OSO3H + H2O — CH3CH2OH + H2SO4

سپس اتانول از اسید سولفوریک رقیق در یک برج جداسازی جدا شده و اسید پس از غلیظ سازی به فرایند باز میگردد. فرایند هیدراسیون مستقیم در سال ۱۹۴۷ بطور صنعتی مورد بهرهبرداری قرار گرفت. در این فرایند، گاز غنی از اتیلن با آب مخلوط شده و پس از عبور از کاتالیست به اتانول تبدیل میشود. ۲CH2 + H2O — C2H5OH فرایندهای متعدد دیگری نیز جهت سنتز اتانول وجود دارد که از نظر صنعتی دارای اهمیت نمیباشند.

۲- تولید الکل اتیلیک به روش تخمیر یا فرمانتاسیون (Fermentation): مواد اولیه قنددار معمولاً بطور مستقیم توسط میکروارگانیسم ها به اتانول تبدیل میشوند، در حالی که نشاسته و سلولز ابتدا باید هیدرولیز شده و به قند تبدیل گردند و سپس در فرآیند تخمیر تبدیل به اتانول شوند.

۳- تولید الکل از ترکیبات قنددار: هم اکنون این گروه مهمترین ماده اولیه تولید الکل در ایران است. از بین این گروه ملاس (چغندر قند و نیشکر) مهمترین منبع هیدروکربنی ارزان قیمت است. ملاس در کارخانجات تولید قندوشکراز چغندرقند و نیشکر بوجود میآید که حاوی حدود ۳۶% قند قابل تبدیل به الکل است. (در مورد ملاس چغندر میزان قند ۵۱ درصد است) در این فرآیند، ابتدا ملاس با آب رقیق شده و سپس بوسیله مخمر تخمیر و تبدیل به الکل میگردد. فرایند تخمیر و تولید الکل از شکر طبق رابطه زیر صورت میگیرد. C6H12O6 — 2C2H5OH + 2CO2 از نظر تئوری، طبق رابطه فوق از هرکیلوگرم شکر موجود در ملاس، ۵۱۱ گرم الکل قابل تولید است. لیکن راندمان فرآیند در عمل بخاطر تولید محصولات جانبی نظیر میکروارگانیسمها و بعضی از محصولات شیمیایی دیگر کمتر بوده و بین ۴۰۰ تا ۴۶۰ گرم الکل از هر کیلوگرم شکر خواهد بود. بنابراین بطور تئوری میتوان گفت که هر ۱۵ـ۱۴ کیلوگرم ملاس نیشکر حدود یک کیلوگرم الکل تولید مینماید. میکروارگانیسم (مخمر) مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی تولید اتانول از ملاس، از گونه مخمر خمیر مایه نانوایی Bakers yeast یا Saccharomyces cerevisiae اســت.

۴- تولید الکل از ترکیبات نشاسته دار: تولید الکل از ترکیبات نشاستهدار نظیر ذرت، سیبزمینی و گندم معمولاً در دو مرحله (همزمان و یا متوالی) صورت میگیرد. نشاسته یک پلیمر از منومرهای گلوکز است. و.اکنش مرحله اول که شکستن این پلیمر به منومرهای اولیه آن است، به دو روش اسیدی و آنزیمی قابل انجام است. در روش اول عموماً اسید سولفوریک و روش دوم آنزیم آلفا ـ آمیلاژ برای هیدرولیز نشاسته بکار میرود. با توجه به قیمت مناسب آلفا ـ آمیلاژ و راندمان بالای روش آنزیمی، روش اسیدی تقریباً در دنیا منسوخ شده است. در مرحله دوم که شباهت بسیاری به فرآیند تولید الکل از ترکیبات قندی دارد،گلوکز حاصله در مرحله اول توسط مخمرها به الکل تبدیل میشود.

۵- تولید الکل از ترکیبات سلولزی: ترکیبات سلولزی نظیر چوب، ضایعات جنگلی، ضایعات کشاورزی و کاغذ بازیافتی، حاوی لیگنو سلولز است. تولید الکل از ترکیبات لیگنوسلولزی در دو مرحله صورت میگیرد. در مرحله اول که هیدرولیز نام دارد، زنجیره پلیمرهای سلولز و همی سلولز به منومرهای آنها شکسته شده و محلول قند حاصله در مرحله دوم تخمیر میگردد. هیدرولیز لیگنوسلولز میتواند به دو روش اسیدی و یا آنزیمی انجام گیرد.

پروتون زدایی: الکلها میتوانند در حضور بازهای بسیار قوی به سان یک اسید عمل کنند و تشکیل یون الکوکسی دهند. برای نمونه در واکنش سدیم هیدروکسید و اتانول، سدیم جانشین هیدروژنِ مثبت(پروتون) الکل شده و سدیم متوکسی به دست میدهد.

هیدروژن زدایی: از راه هیدروژن زدایی الکلها میتوان اتر به دست آورد. CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O (on 120C)

واکنشهای هسته دوستی: گروه هیدروکسیل الکل یک گروه ترککننده خوب است و سبب میشود که الکلها بتوانند در واکنشهای هسته دوستی شرکت جویند.

استری شدن: الکل با اسیدهای آلی در محیط اسیدی به کندی تشکیل استر میدهد. RCOOH + HOCH2CH3 RCOOCH2CH3 + H2O

اکسایش: الکلهای نوع اول میتوانند در واکنشهای اکسایش تبدیل به آلدهید و پس از آن تبدیل به کربوکسیلیک اسید شوند هرچند که الکلهای نوع دوم در واکنشهای اکسایش تنها تبدیل به کتون میشوند ولی الکلهای نوع سوم در واکنشهای اکسایش شرکت نمیکنند. الکلهای نوع اول میتوانند بدون واسطه نیز به روشهای زیر به کربوکسیلیک اسیدها تبدیل شوند CH3CH2OH + 2 Na 2 CH3CH2ONa + H2O

با حضور پتاسیم پرمنگنات (KMnO4). PDC در DMF. اکسایش جونز اکسایش هنس روتنیوم تتراکسید (RuO4). یک الکل با دو عامل مجاور میتواند در مجاورت سدیم پراکسید(NaIOsub4) یا سرب تترااستات (Pb(OAc)4) پیوند کربنش گسسته شده و به دو کربوکسیلیک اسید تبدیل شود. احتراق C2H5OH + O2 2 CO2 + 3 H2O(l)(Hr = 1409 kJ/mol[19]) هالوژن دار شدن CH3CH2OH + HCl CH3CH2Cl + H2O

از طریق استنشاقی ، پوستی و گوارشی روی بدن انسان اثر می گذارد.اثر روی پوست مانند سایر حلالهای چربی است و در صورت عدم احتیاط باعث التهاب پوست می شود.هر چند خوردن الکل صنعتی بعید به نظر می رسد ولی ممکن است توسط افراد معتاد استفاده شود.از آنجا که به الکل صنعتی مواد گوناگونی جهت جلوگیری از استفاده خوراکی افزوده می شود و گاه این مواد اثرات سوء بیشتری از الکل به تنهایی دارند لذا در صورت مصرف الکل صنعتی بصورت خوراکی عوارض بسته به نوع ماده اضافه شده متفاوت می باشد.عوارض حاد مصرف اتانول تهوع ، استفراغ ، افسردگی ، تنگی نفس می باشد.عوارض مزمن اعتیاد به الکل (الکسیم) ، سیروز کبدی ، تاثیر در سلسله اعصاب مرکزی ، تاثیر در حافظه در بلند مدت می باشد.اتانول یک مایع قابل اشتعال می باشد که بخار آن مخلوط با هوا در حرارت معمولی قابل اشتعال می باشد. لذا مخاطرات آتش سوزی و انفجار نیز بایستی مد نظر قرار گیرد.در بکارگیری افراد در محیطهایی که اتانول وجود دارد توجه به وضعیت وبیماریهای کبدی و پوستی وتنفسی لازم می باشد.