乙醇 乙醇(英文名稱:Ethanol)是一種重要的有機物,俗稱酒精,分子式為C 2 H 6 O, 摩爾質(zhì)量 為46.07g/mol,密度為0.79g/cm ,是無色透明易揮發(fā)和易燃性液體,具有酒的氣味和刺激的辛辣味,燃燒時出現(xiàn)淡藍色火焰。乙醇易溶于水、 甲醇 、 乙醚 和 氯仿 等,能與水以任意比例混合,具有吸濕性,能與水混合形成 共沸混合物 。乙醇可通過發(fā)酵法和 乙烯 水合法進行制備。乙醇是重要的基礎(chǔ)化工原料,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化工等行業(yè),是一種常用溶劑,也用作消毒劑、洗滌劑和燃料等。
歷史 酒精是最古老的人造飲料。從考古資料發(fā)現(xiàn),原始社會人們就開始使用瓜果、谷物發(fā)酵釀酒。4000多年前夏禹記載過釀酒方法,當(dāng)時人們把飲酒當(dāng)作一種生活樂趣。而且并非只有人才會釀酒,明代 李日樺 所著《 紫桃軒?蓬桃夜話 》中曾描述“ 黃山 多猿猱,春夏采花于石注中,醞釀成湯,香氣溢發(fā),聞數(shù)百步”。這就是最古老的“猿猴造酒”的傳說?!?/span>漢書·食貨志 》曾寫道:酒,百藥之長。《 本草綱目 》也記載過:酒少飲則和血行氣,痛飲則傷神耗血,損胃之精,生痰動火?!?/span>圣經(jīng) 》挪亞篇記載過酒精急性中毒; 希臘 和 印度 也有類似記載。19世紀(jì)醫(yī)學(xué)家用酒精治療 心衰 和傷寒等癥。生理學(xué)家和藥理學(xué)家開始對酒精的藥理作用進行研究,發(fā)現(xiàn)酒精能影響鳥的中樞神經(jīng)活動,抑制蛙和哺乳動物的心跳,影響狗的胃腸消化吸收功能。 關(guān)于利用木材發(fā)酵生產(chǎn)酒精的歷史非常悠久,十九世紀(jì)30年代 德國 采用強酸高溫法水解木材,后來又采用稀酸水解法水解木材,1935年 蘇聯(lián) 建成第一個木材水解廠(列寧格勤水解廠),第二年便開始了木材水解酒精生產(chǎn), 美國 、 加拿大 也利用木材廢料制造酒精,以上各國均是采用酸水解法。直到1973年后,酶水解方法的研究得到了較大的發(fā)展。 1878年,A.Mitscherlich首先提出了對 亞硫酸鹽 廢液中的糖類進行發(fā)酵以生產(chǎn)酒精的方法并獲專利。1907年在 瑞典 首次對SSL中糖類的發(fā)酵過程進行了大規(guī)模的研究。到1940年,瑞典已有21家工廠將這種方法用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。很快,這種用SSL生產(chǎn)酒精的方法就被其他國家接受。 1825年,第一次發(fā)表了間接水合法科學(xué)實驗結(jié)果,乙烯用硫酸吸收再經(jīng)水解制得乙醇。1930年,美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Co.)首先采用間接水合法生產(chǎn)乙醇,該法在美國迅速發(fā)展。從提出該法到實現(xiàn)工業(yè)化,中間將近隔了一個多世紀(jì)。但是由于間接水合法生產(chǎn)乙醇的過程中硫酸介質(zhì)會導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和需要消耗大量硫酸,自1932年起,美國和蘇聯(lián)就開始了直接水合法的研究。其實早在1900年左右就發(fā)現(xiàn)了乙醇在 固體催化劑 下脫水生成乙烯;1923年報道了乙烯和水在一定的溫度下(300℃~400℃)通過催化劑( 氧化鋁 )可以得到乙醇。其實乙烯直接水合制乙醇關(guān)鍵問題是尋找有實用價值的催化劑,有不少研究者 花費大量時間去研究選取催化劑和相平衡關(guān)系的研究,但都未取得滿意的成果。蘇聯(lián)1939年建立中試并進行中間試驗,同時開展催化劑篩選和水合工藝的研究。確定了工藝條件和以磷酸-合成 硅酸鋁 為催化劑,于1957年在 隆拉托夫 、 格羅茲內(nèi)依 、 烏法 、 古比雪夫 、 巴庫 等地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。到了 六十年代中期,他們又對水合催化劑進行改進和提高,最后確定為磷酸-硅藻土催化劑。約在1945年,美國殼牌(Shell)化學(xué)公司發(fā)現(xiàn)了磷酸本身可以作為直接水合的催化劑,并將磷酸鹽載在硅藻土載體上,制成了固體催化劑,從而使該公司于1948年在 休斯敦 (Houston)實現(xiàn)了直接水合法工業(yè)化生產(chǎn)。
生理作用 人喝下去的乙醇,其中90%以上由胃腸吸收進血液,隨著血液循環(huán)到肝臟,并在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)化為 乙醛 。乙醛比乙醇更具有毒性,乙醛很快被轉(zhuǎn)化成 醋酸 ,而醋酸可被任何細胞所利用,最后氧化成水和 二氧化碳 排出體外。另有不到10%的乙醇由尿液、汗液、唾液、呼吸等途徑排出。
結(jié)構(gòu)
乙醇中, 羥基 上的氧是sp 雜化,兩對 孤對電子 分別占據(jù)兩條sp 雜化軌道,另外兩條sp 雜化軌道一條與氫形成 鍵,一條與碳的sp 雜化軌道形成 鍵。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 乙醇是一種無色透明易揮發(fā)和易燃的液體, 結(jié)構(gòu)簡式 為CH 3 CH 2 OH,密度為0.79g/cm ,摩爾質(zhì)量為46.07g/mol,熔點為-114℃,沸點為78℃,閃點為12.78℃,易溶于水、甲醇、乙醚和氯仿等,能與水以任意比例混合,還是一種良好的有機溶劑,具有吸濕性,能與水混合形成共沸混合物。
化學(xué)性質(zhì) 氧化反應(yīng)
乙醇燃燒時發(fā)出不易見的淡藍色火焰,放出熱量,燃燒后生成二氧化碳和水。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
乙醇在 高錳酸鉀 或 重鉻酸鉀 等氧化劑的作用下,能迅速氧化生成乙醛,進一步氧化生成乙酸(冰醋酸)。 工業(yè)上常用此法檢查蒸餾液中有無酒精的存在。如果有酒精的存在,溶液將變?yōu)榫G色,酒精含量越大,綠色越深。用比色法可測得蒸餾廢液中酒精含量的多少。
乙醇在加熱和催化劑(銅或銀)存在的條件下,能被空氣氧化而生成乙醛。工業(yè)上采用這個方法生產(chǎn)乙醛。
還原反應(yīng)
乙醇能與堿金屬作用放出 氫氣 。乙醇與金屬 鈉 反應(yīng)方程式如下: 脫水反應(yīng)
乙醇和 濃硫酸 混合共熱時,發(fā)生脫水反應(yīng),脫水產(chǎn)物因反應(yīng)條件不同而不同。在170℃左右時乙醇分子內(nèi)脫水,生成乙烯;如控制溫度在140℃左右,則乙醇會發(fā)生 分子間脫水 ,生成乙醚。 消去反應(yīng)(分子內(nèi)脫水):
分子間脫水:
乙醇與有機酸作用生成酯,是一種只由羥基中的氫所參與的反應(yīng)類型,該反應(yīng)是可逆的。
脫氫反應(yīng)
乙醇蒸氣在200℃~300℃的溫度下,用 銅 作為催化劑時,一步脫氫得到乙醛。 酸堿反應(yīng)
乙醇的解離:
乙醇是比水還弱的酸,根據(jù)酸堿定義,較弱的酸失去 氫離子 后就成較強的堿,所以 乙醇鈉 是比 氫氧化鈉 更強的堿。 鹵化反應(yīng)
乙醇與氫鹵酸(通常是氯化鈉和濃硫酸的混合物)反應(yīng),羥基被鹵素取代生成 鹵烴 和水。這是制備鹵烴的重要方法之一。 其他
乙醇與 濃硝酸 反應(yīng),生成 硝酸乙酯 。硝酸乙酯受熱分解,會發(fā)生猛烈爆炸,因此可作為炸藥原料。 乙醇能使蛋白質(zhì)凝固變性,因此具有殺菌能力,75%乙醇殺菌能力最強。少量的乙醇對人的大腦有興奮作用。
制備方法
發(fā)酵法 糧食發(fā)酵法
糧食發(fā)酵法是最早發(fā)明生產(chǎn)乙醇的方法,該方法至今還在使用,特別是在飲用酒的生產(chǎn)上。工業(yè)上先將谷物淀粉在淀粉糖化酶的作用下預(yù)先進行糖化:
發(fā)酵過程中,雙糖(即麥芽糖)水解生成 葡萄糖 : 最后葡萄糖酒化:
淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精主要設(shè)備流程圖 木材水解發(fā)酵法
木材是由 纖維 、半纖維(戊糖、 己糖 )及木素組成,還有無機物(灰分)、樹脂、油脂、 單寧 等物質(zhì)。木材中大約有一半是纖維。 木材發(fā)酵法制備乙醇,首先用硫酸或 鹽酸 水解木材,將纖維變成葡萄糖: 然后進入制醇的發(fā)酵階段。
亞硫酸鹽廢堿液制取乙醇法
在用纖維造紙的企業(yè)中,有大量的廢亞硫酸鹽堿液產(chǎn)生,對這種廢液經(jīng)過蒸煮等過程處理后得到乙醇。因為紙漿廢液中含有
纖維素 ,這種纖維素可以轉(zhuǎn)化為葡萄糖,經(jīng)過發(fā)酵即可得到乙醇和二氧化碳。這種乙醇通常稱作亞硫酸鹽乙醇。
乙烯水合法 乙烯間接水合法
乙烯間接水合法又稱硫酸法。首先乙烯和硫酸作用生成 硫酸氫乙酯 : 乙烯直接水合法
乙烯直接水合法是乙烯和水在催化劑、高溫、加壓條件下直接加成得到乙醇的方法:
該法又稱為一步法。
應(yīng)用領(lǐng)域 在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)方面,乙醇被廣泛用來進行醫(yī)療 器具和皮膚的消毒,還可用乙醇繃帶醫(yī)治創(chuàng)傷。乙醇是泡制各種藥酒和制備 碘酒的必需原料;還可用來調(diào)制許多生藥以制備成藥,如 大黃酊 、流浸膏等。 在食品工業(yè)中,往往用乙醇作防腐劑和消毒劑。用食用乙醇制造各種配制酒、兌制白酒、強化葡萄酒,以及用以制食醋、制
造各種酒精性飲料和作為食品添加劑等。
在農(nóng)牧業(yè)方面,乙醇是制造農(nóng)業(yè)殺蟲劑的重要原料。酒精廠的副產(chǎn)物酒糟以及以酒糟為原料制造的飼料酵母、維生素等精飼
料,都是牲畜的優(yōu)良飼料,它們不但營養(yǎng)豐富,而且具有特殊的香味,牲畜特別愛吃。這對 節(jié)約糧食 和促進畜牧業(yè) 的發(fā)展均有重要意義。另外,酒糟還用來養(yǎng)魚和作為農(nóng)業(yè)肥料。 在交通運輸業(yè)方面,乙醇不僅直接可作發(fā)動機 的燃料,而且還可將乙醇摻入汽油中,以提高汽油的燃燒值,改善防爆性能,并能保持機器的清潔和減少對空氣的污染。 在化學(xué)工業(yè)方面,乙醇是制造乙醛、乙酸、乙醚、 聚乙烯 、丁二烯、 乙二醇 、氯仿、 碘仿 以及合成橡膠等化工產(chǎn)品的重要原料。 乙醇是一種良好的有機溶劑。它可以作為各種香料、油漆、染料、油脂、軍工、電影、樹脂、 硝化棉 和照相膠片的溶劑,也可用以萃取植物油與香精油等。
安全事宜
安全標(biāo)識 CHS分類
CHS
危險說明
危險等級
H225
高度易燃的液體和蒸氣
易燃液體
毒理學(xué)資料 大鼠LD 50 經(jīng)口給藥為7060mg/kg,LC 50 吸入10小時為20000mg/m ;小鼠LD 50 經(jīng)口給藥為3450mg/kg,LC 50 吸入4小時為39mg/m 。皮膚刺激,兔輕度;眼刺激,兔重度。 國際癌癥研究機構(gòu) ( IARC )分類酒精飲料中的乙醇為1類致癌物。
生態(tài)影響 乙醇泄漏到土壤中,會蒸發(fā)或被生物降解,或者滲漏到地下水中去。釋放到水中,會蒸發(fā)或被生物降解,不會在魚體內(nèi)發(fā)生累積。釋放到空氣中,會被光分解,半衰期為4d~6d。
消防措施 滅火時,應(yīng)徹底撲滅,防止二次復(fù)燃。疏散和清理火場時,應(yīng)有泡沫跟進保護,以便消除隱蔽的火源。做好個人防護,減
少皮膚外露,以防灼傷。防止爆炸傷人,應(yīng)利用承重物體掩護。
滅火劑可以使用抗溶性泡沫、二氧化碳、“1211”滅火劑、干粉等。如果是儲罐發(fā)生火災(zāi),罐壁應(yīng)用水冷卻。
健康危害 乙醇對人有麻醉作用,少量飲用能加快血液循環(huán),大量飲用時使中樞神經(jīng)和運動反射麻痹,導(dǎo)致運動失調(diào),意識不清,還會引起 肝臟 、 胰腺 和 心臟 疾病。人飲用乙醇的中毒劑量為75g~80g,致死劑量為250g~500g。 乙醇急性中毒會使人出現(xiàn)意識喪失、瞳孔擴大、呼吸不規(guī)律、休克、心力循環(huán)衰竭和呼吸停止。
儲存與運輸 乙醇儲存于陰涼通風(fēng)倉間內(nèi),倉溫不超過30℃,遠離火種、熱源,防止陽光直射。應(yīng)與氧化劑、遇水燃燒物品等分倉間存放,切勿混儲混運。桶儲時應(yīng)經(jīng)常檢查是否有泄漏,如發(fā)現(xiàn)泄漏,應(yīng)及時換桶。