Етиловий спирт: характеристика, технології, використання

Реферат

на тему:

Етиловий спирт: характеристика, технології, використання

ЗМІСТ

Вступ

Розділ 1. Етиловий спирт

1. Загальна характеристика етилового спирту

2. Особливості технології етилового спирту

3. Асортимент лікеро-горілчаних виробів і їхня характеристика

Висновок

Література

Вступ

Спиртами називаються органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька функціональних гідроксильних груп, з'єднаних з вуглеводним радикалом.

Вони можуть розглядатися тому як похідні вуглеводнів, у молекулах яких один або кілька атомів водню замінені на гідроксильні групи.

У залежності від числа гідроксильних груп спирти підрозділяються на одно -, дво -, триатомні і т.д. Двохатомні спирти часто називають гликолями за назвою найпростішого представника цієї групи - етиленгликоля (або просто гликоля).

Спирти, що містять більшу кількість гідроксильних груп, звичайно поєднують загальною назвою багатоатомні спирти.

Одноатомні	Двоатомні	Триатомні
СН3 - ОН Метанол	СН2 - СН2 I I ОН ОН Етандіол - 1, 2 (етиленгліколь)	СН2 - СН - СН2 І І І ОН ОН ОН Пропантріоль - 1, 2, 3 (гліцерин)

По положенню гідроксильної групи спирти поділяються на:

1) первинні - з гідроксильною групою в кінцевої ланки ланцюга вуглецевих атомів, у якого, крім того, маються два водневих атоми (R-CH₂-OH);

2) вторинні, у яких гідроксил приєднаний до вуглецевого атома, з'єднаному, крім ОН-групи, з одним водневим атомом [R-СН(ОН)-R₁];

3) третинні, у яких гідроксил з'єднаний з вуглецем, що не містить водневих атомів [(R)С-ОН] (R-радикал: СН₃, С₂Н₅ і т. д.)

У залежності від характеру вуглеводного радикала спирти поділяються на аліфатичні:

1) аліциклічні;

2) ароматичні.

На відміну від галогенпохідних, в ароматичних спиртів гідроксильна група не зв'язана безпосередньо з атомом вуглецю ароматичного кільця [3].

Спирти
Аліфатичні	Аліциклічні	Ароматичні
СН3СН2ОН Етанол	Циклогексаном	Бензиловий спирт

По замісній номенклатурі назви спиртів складають з назви родоначального вуглеводню з додатком суфікса -ол. Якщо в молекулі кілька гідроксильних груп, то використовують умножаючу приставку: ди- (етандіол -1,2), три - (пропантриол-1,2,3) і т.д.

Нумерацію головного ланцюга починають з того кінця, ближче до якого знаходиться гідроксильна група. По радикально-функціональній номенклатурі назву роблять від назви вуглеводного радикала, зв'язаного з гідроксильною групою, з додатком слова спирт.

Структурна ізомерія спиртів визначається ізомерією вуглецевого кістяка й ізомерією положення гідроксильної групи.

Розглянемо ізомерію на прикладі бутилових спиртів.

У залежності від будівлі вуглецевого кістяка, ізомерами будуть два спирти - похідні бутану й ізобутану:

СН₃ - СН₂ - СН₂ -СН₂ - ОН СН₃ - СН - СН₂ - ОН

Бутанол 1 метилпропанол 1

У залежності від положення гідроксильної групи при тім і іншому вуглецевому кістяку можливі ще два ізомерних спирти:

СН₃ - СН - СН₂ -СН₃ Н₃С - С - СН₃

Бутанол 2 метилпропанол 2

Число структурних ізомерів у голомологічному рядові спиртів швидко зростає. Наприклад, на основі бутану існує 4 ізомери, пентану - 8, а декана - уже 567 [5].

1. Загальна характеристика етилового спирту

Етиловий спирт (етанол) С₂Н₅ОН - безкольорова рідина, що легко випаровується. Спирт, що містить 4-5 % води, називають ректифікатом, а що містить тільки частки відсотка води - абсолютним спиртом. Такий спирт одержують хімічною обробкою в присутності водовіднімаючих засобів (наприклад, свіжопрокаленого СаО).

Етиловий спирт - багатотоннажний продукт хімічної промисловості. Одержують його різними способами. Один з них - спиртове шумування речовин, що містять цукристі речовини, у присутності ферментів (наприклад, зимази - ферменту дріжджів):

C₆H₁₂O₆ ^зимаза C₂H₆OH + 2CO₂

Такий спирт називають харчовим або винним спиртом.

Етиловий спирт можна одержувати з целюлози, що попередньо гідролізують. Глюкозу, що утвориться при цьому, піддають надалі спиртовому шумуванню. Отриманий спирт називають гідролізним.

Як відомо, для одержання етилового спирту існують і синтетичні способи, такі, як сіркокислі або пряма гідратація етілена:

H₂C==CH₂ + H₂ ^кат. H₃C--CH₂OH

Собівартість спирту, отриманого таким способом, набагато дешевше, ніж приготовленого з харчових продуктів.

Етиловий спирт широко використовують у різних областях промисловості і насамперед у хімічній. З нього одержують синтетичний каучук, оцтову кислоту, барвники, есенції, фотоплівку, порох, пластмаси. Спирт є гарним розчинником і антисептиком. Тому він знаходить застосування в медицині, парфумерії. У великих кількостях етиловий спирт йде для одержання спирто-горілчаних виробів.

Етиловий спирт - сильний наркотик. Потрапляючи в організм, він швидко всмоктується в кров і приводить організм у збуджений стан, при якому людині важко контролювати своє поводження. Уживання спирту часто є основною причиною важких шляхово-транспортних аварій, нещасних випадків на виробництві і побутових злочинах. Спирт викликає важкі захворювання нервової і серцево-судинної систем, а також шлунково-кишкового тракту. Спирт небезпечний у будь-якій концентрації (горілка, настойки, вино, пиво і т.д.).

Етиловий спирт, застосовуваний для технічних цілей, спеціально забруднюють дурно пахнучими речовинами. Такий спирт називають денатуратом (для цього спирт підфарбовують, щоб відрізнити його від чистого спирту).

Хімічні властивості спирту.

Як у всіх кисневмісних з'єднань, хімічні властивості етилового спирту визначаються, у першу чергу, функціональними групами і, певною мірою, будівлею радикала.

Характерною рисою гідроксильної групи етилового спирту є рухливість атома водню, що пояснюється електронною будівлею гідроксильної групи. Звідси здатність етилового спирту до деяких реакцій заміщення, наприклад, лужними металами. З іншого боку, має значення і характер зв'язку вуглецю з киснем. Унаслідок великої електровід'ємності кисню в порівнянні з вуглецем, зв'язок вуглець-кисень також до деякої міри поляризовано з частковим позитивним зарядом в атома вуглецю і негативним - у кисню. Однак, ця поляризація не приводить до дисоціації на іони, спирти не є електролітами, а являють собою нейтральні з'єднання, що не змінюють фарбування індикаторів, але вони мають визначений електричний момент диполя [3,4].

Спирти є амфотерними з'єднаннями, тобто можуть виявляти як властивості кислот, так і властивості основ.

2. Особливості технології етилового спирту

До початку 30-х років 20 століття його одержували винятково зародження харчової водневмісткої сировини, і при обробки зерна (жито, ячмінь, кукурудза, овес, просо) . У 30-і по 50-і роки було розроблено кілька способів синтезу етилового спирту з хімічної сировини наприклад: лідрування аценальдециду і інші. Осі сучасних способів - односейадисна (пряма) гідраітація. Етілена

CU₂=CU₂+H₂O -C₂H₅OH

здійснюється на фосфорно-кислотному каталізаторі при 280-300⁰С і 7,2-8,3 Мн/м (72-83 кг/см ). Так, у США в 1976 р. було вироблено близько 800 тис. тонн этонола, у т.ч. 550 тис. тонн прямій гідротацієй (інше збродження харчової сировини). В інших країнах (Україна, Франція і ін.) етиловий спирт одержують також двохетапною (сірко кислотною гідратацією етилена при : 75-80⁰С і 2,48 Мн/м/24,8 нес/м) этилен взаємодіє з концентрованою сірчаною кислотою з утворенням суміші моно і діентилеульфатів [С₂Н₅OSO₂ОН і (С₂Н₅О)₂SO₂], що потім гідролізують при 100⁰С і 0,3-0,4 Мн/м дають етиловий спирт і Н₂SO₄.

У ряді країн етиловий спирт (ЕС) одержують також збродженням продуктів гідролізу рослинних матеріалів. Очищення технічних ЕС проводять різними способами. Харчовий спирт-сирець, звичайно звільняють від домішок (сивушні олії й ін.) рекитифікацією.

Слінтентичний ЕС очищають від етилового ефіру, ацетальдегіду й ін. рекитифікацією у присутності лугу і гідруванням у паровій фазі на нікелевих каталізаторів при 105⁰С і 0,52 Мн/м (5,2 кгс/см)

Спирт - ректифікат являє собою азеотропну суміш ЕС з водою (95,57% спирту t кипіння 78,15⁰С). Для багатьох цілей потрібно обезводнений, Т.Н. абсолютний, ЕС. Останній у промисловості готують, воду у виді стрункої азеотропної суміші вода-спірит-бензол (спеціальна добавка), а в лабораторних умов-хімічному зв'язуванням води різними реагентами, окисом кальцію, металевим кальцієм або магнієм ЕС, призначений для технічних і побутових цілей, іноді денантурірують.

У природі спирти зустрічаються рідко, частіше - у виді похідних (складні ефіри й ін.), з яких вони можуть бути отримані. Для одержання спиртів важливу роль грає органічний синтез. Приведемо деякі способи синтезу спиртів.

1. Гідратація (приєднання води до алкенам). Реакція проводиться в присутності каталізаторів. При використанні як каталізатор сірчаної кислоти (сіркокисла гідратація) реакція йде в двох стадій:

H₂C=CH₂ + HO--SO₂--OH

H₃C--CH₂--OSO₂--OH

H₃C--CH₂--OSO₂--OH + H₂O

H₃C--CH₂--OH + H₂SO₄

Якщо реакцію гідратації проводити при високій температурі (300 - 350°С) і тиску в присутності каталізатора (суміші фосфорної до вольфрамового кислот), то реакція йде в одну стадію. Це метод прямої гідратації. При одержанні етилового спирту цей метод витиснув сіркокислу гідратацію. Гідратація алкенів має важливе промислове значення. Цей спосіб дозволяє одержувати спирти з доступної і дешевої сировини - газів крекінгу. Так, з 1 т етилену можна одержати 1,4 т спирти. Вперше в нашій країні етиловий спирт почали одержувати гідратацією етилену з 1952 р. (м. Сумгаіт).

2. Гідроліз моногалогенопохідних. Реакцію проводять, нагріваючи галогеналкіли з водою або водним розчином лугів:

C₂H₆Cl + H₂O

C₂H₆OH + HC

3. Одержання метанолу із синтезу-газу. Процес йде при 220-300°С і порівняно невисокому тиску з використанням каталізатора з оксидів міді і цинку:

CO + 2H₂ ? CH₃OH

Із синтезу-газу можна одержувати й інші спирти.

4. Відновлення альдегідів і кетонів. При відновленні альдегідів утворяться первинні, а при відновленні кетонів - вторинні.

5. Спиртове шумування (розщеплення) моносахарідів C₆H₁₂O₆ під впливом ферментів.

C₆H₁₂O₆ = C₂H₆OH + 2CO₂

Для одержання етилового спирту здавна користуються різними цукристими речовинами, наприклад, виноградним цукром, або глюкозою, що шляхом "шумування", викликуваного дією ферментів (энзимів), вироблюваних дріжджовими грибками, перетворюється в етиловий спирт.

С₆Н₁₂О₆ 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

Глюкоза у вільному виді утримується, наприклад, у виноградному соку, при шумуванні якого виходить виноградне вино зі змістом спирту від 8 до 16%.

Вихідним продуктом для одержання спирту може служити полісахариди крохмалю, що утримується, наприклад, у бульбах картоплі, зернах жита, пшениці, кукурудзи. Для перетворення в цукристі речовини (глюкозу) крохмаль попередньо піддають гідролізові. Для цього борошно або здрібнену картоплю заварюють гарячою водою і по охолодженні додають солод - пророслі, а потім підсушені і розтерті з водою зерна ячменя. У солоді утримується діастаз (складна суміш ферментів), що діє на процес оцукрювання крохмалю каталітично. По закінчуванні оцукрювання до отриманої рідини додають дріжджі, під дією ферменту яких утвориться спирт. Його відганяють, а потім очищають повторною перегонкою.

В даний час оцукрюванню піддають також інший полісахариди - целюлозу (клітковину), що утворить головну масу деревини. Для цього целюлозу піддають гідролізові в присутності кислот (наприклад, деревні обпилювання при 150 -170⁰С обробляють 0,1 - 5% сірчаною кислотою під тиском 0,7 - 1,5 МПа). Отриманий у такий спосіб продукт також містить глюкозу і зброджується на спирт за допомогою дріжджів. З 5500 т сухих обпилювань (відходи лісопильного заводу середньої продуктивності за рік) можна одержати 790 т спирту (вважаючи на 100%-ний). Це дає можливість заощадити близько 3000 т зерна або 10000 т картоплі [1].

3. Асортимент лікеро-горілчаних виробів і їхня характеристика

Напої, що містять етиловий спирт, називають алкогольні. До них відносяться спирт, горілка, лікеро-горілчані вироби, ром, скроні, коньяки, виноградні і плодово-ягідні вина.

Промисловість виробляє спирт-сирець, спирт-ректифікат, питний спирт і спирт денатурат (технічний).

Спирт для харчової промисловості і медицини виробляють із зерна, картоплі, патоки (технічний - з деревини, соломи, нафтопродуктів).

Технологія:

1) одержання солоду;

2) приготовлений і зброджування солодкого затору;

3) перегонка зрілої бражки;

4) ректифікація зрілого спирту.

У залежності від вихідної сировини і ступеня очищення спирт-ректифікат поділяють на люкс, екстра, вищого очищення і 1 сорту.

Питний спирт 95% - це суміш спирту-ректифікату вищого очищення, зм'якшеної води, профільтрована і витримана.

Спирт-ректифікат служить сировиною для виробництва горілок, вин, лікеро-горілчаних виробів.

Горілка - міцний алкогольний напій, що містить 40-56% спирту. Одержують зі спирту-ректифікату, зм'якшеної води, фільтрують через активоване вугілля. Додають: сахарин-пісок, питну соду, оцет, лимонну кислоту, мед, сіль.

Асортимент горілчаних виробів: 1) Столична 40% - спирт-ректифікат вищого очищення + цукор; 2) Російська 40% - спирт екстра, вода посиленого очищення; 3) Городня 40% - спирт-ректифікат, сахарин-пісок, лимонна кислота; 4) Старий замок 40% - спирт-ректифікат, цукор, хлористий калій; 5) Салют 40% - спирт люкс, аскорбінова кислота; 6) Білі роси 40% - спирт-ректифікат, цукровий сироп, лимонна киці-лота, сода гашена оцтом; 7) Кристал-100 - на кремнієвій воді; 8) Українська горілка 45% - спирт вищого очищення + мед.

Вимоги до якості: спирт і горілка повинні бути безбарвні, прозорі, без домішок, з характерним смаком і запахом без сторонніх.

Розливають у скляні полімерні пляшки, міцність ± 0,2%. Зберігають 1 рік.

Лікеро-горілчані вироби. Ці вироби містять барвні, ароматичні і смакові речовини, а багато з них і значна кількість цукру. По використовуваній сировині, змістові спирту і цукру їх підрозділяють на наступні види: настойки (гіркі і бальзами, гіркі зниженою міцністю, солодкі і напівсолодкою, напівсолодкі зниженою міцністю), наливки, пунші, аперитиви, напої десертні, лікери (міцні, десертні, креми).

Для готування лікеро-горілчаних виробів використовують етиловий спирт-ректифікат різного ступеня очищення, воду зм'якшену, свіжі і сушені плоди і ягоди, технічне сировина (ароматні трави, листи, бруньки, квіти, пряності й ін.), цукор, потокові, ефірні олії, есенції, харчові кислоти і барвники.

Виробництво лікеро-горілчаних виробів складається з наступних процесів: одержання напівфабрикатів, купажировання (змішування), відстоювання, фільтрації і розливу. Лікери витримують від 6 місяців до 2 років.

Напівфабрикати виробляють наступні: спиртовані морси, настої і соки, сиропи й ароматні спирти.

Спиртовані морси і настої одержують дворазовим настоюванням водно-спиртової рідини міцністю 30-50% на свіжих або сушених плодах, ягодах, травах, коріннях і т. п.

Спиртовані соки виготовляють зі свіжих плодово-ягідних соків і спирту-ректифікату вищого очищення (25%).

Ароматні спирти одержують перегонкою спиртованих морсів або настоїв. Відрізняються вони більш високою міцністю, тонкими смаком і ароматом. Готують ароматні спирти окремо для кожного виробу.

Сиропи - соки, консервовані цукром. Зміст цукру не менш 67%.

Випускають більш 200 найменувань лікеро-горілчаних виробів.

Горькі настойки готують купажируванням спиртованих настоїв або ароматних спиртів, спирту-ректифікату, харчових барвників і води.

До гірких настойок відносяться Бальзам ризький чорний, Гірський дубняк, Зубрівка, Звіробій і ін.. Особливими горілками називають Мисливську, Петровську, Ювілейну особливу, Старку.

Мисливська горілка має міцність 45%. Виробляють її на ароматному спирті, настояному на одинадцятьох видах сировини (гвоздиці, імбирі, чорному і червоному перці, кава і т.д.). Додають 20% білого портвейну і колер. Колір горілки темно-коричневий, смак і аромат - пряні, округлені (складні).

Старку готують зі спиртованого настою листів яблунь і груш. Додають коньяк, білий портвейн, ванілін, колер і цукор. Колір ясно-коричневий, смак злегка пекучий, аромат складний, переважає коньячний, спирту - 43%.

Петровскую горілку міцністю 40% готують на настої житніх сухарів, додають коньяк і колер. Вона має колір ясно-коричневий, смак злегка пекучий, запах житніх сухарів.

Ювілейна особлива горілка містить 40% спирту. У неї додають коньяк, мед і колер. Колір ясно-коричневий, смак злегка пекучий, запах округлений, з відтінком меду.

Горькі настойки зі зниженою міцністю відрізняються більш м'яким смаком і приємним ароматом. До них відносяться Ароматна, Апельсинова, Смарагдова, Осіння, Прозора, Золотава, Волзька.

Лікери відрізняються від інших виробів більш грузлою консистенцією. Їх витримують у дубових бочках від 6 місяців до 2 років, при цьому смак і аромат лікерів стають більш м'якими і ніжними. По змісту спирту і цукру лікери підрозділяють на міцні, десертні і креми.

Міцні лікери одержують купажируванням спиртованих настоїв і ароматних спиртів, приготовлених на технічній сировині (травах, коріннях, пряностях і ін.), ефірних олій, спирту-ректифікату вищого очищення, цукрового сиропу, харчових кислот, барвників і води.

До міцних лікерів відносяться Шартрц, Бенедиктин, Ганусовий, М'ятний, Південний, Апельсиновий і ін.

Десертні лікери найбільш поширені. Вони містять спирту менше, ніж міцні лікери.

До десертних лікерів відносяться Ванільний, Дружній, Мандариновий, Мигдальний, Новорічний і ін.

Кавовий лікер міцністю 30% виготовляють з настою й ароматного спирту кава, мигдальної есенції і ваніліну. Колір темно-коричневий, смак солодкий, з гіркотою кави, аромат кава.

Висновок

У висновку хотілося б сказати що в даний час знаходиться широке застосування спиртів. На багатьох виробництвах спирти застосовуються як розчинники. У хімічній промисловості вони використовуються для різних синтезів. Метиловий спирт у великих кількостях йде на одержання формальдегіду, використовуваного у виробництві пластмас оцтової кислоти й інших органічних речовин. В даний час розробляється багато нових технологічних процесів на основі використання метилового спирту як вихідного продукту, тому значення його в промисловому виробництві потрібних народному господарству, речовин і матеріалів буде усе більш зростати.

Перспективним вважається використання метилового спирту як моторне паливо, тому що добавка його до бензину підвищує октанове число пальної суміші і знижує утворення шкідливих речовин у вихлопних газах.

Етиловий спирт у великих кількостях йде на виробництво синтетичного каучуку. Окислюванням спирту одержують харчову оцтову кислоту. Шляхом його дігідрації готують діетиловий (медичний) ефір, із взаємодією з хлорводню одержують хлоретан, для місцевої анестозії. Спирт застосовується при виготовленні багатьох лік. У парфумерії він йде на виготовлення парфумів і одеколону.

Але також спирти можуть впливати на організм. Особливо отрутний метиловий спирт: 5 -10 мл спирту викликають сліпоту і сильне отруєння організму, а 30 мл можуть привести до смертельного результату.

Етиловий спирт - наркотик. При прийомі усередину він унаслідок високої розчинності швидко всмоктується в кров і збуджуючи діє на організм. Під впливом спиртного в людини слабшає увага, загальмовується реакція, порушується координація, з'являється розв'язність, брутальність у поводженні і т.д. Усе це робить його неприємним і неприйнятним для суспільства. Але наслідку вживання алкоголю можуть бути і більш глибокими. При частому споживанні з'являється звикання, пагубна пристрасть до нього і зрештою важке захворювання - алкоголізм.

Спиртом уражаються слизуваті оболонки шлунково-кишкового тракту, що може вести до виникнення гастриту, виразкової хвороби шлунка, дванадцятипалої кишки. Печінка, де повинна відбуватися руйнування спирту, не справляючись з навантаженням, починає перероджуватися, у результаті виникає цироз. Проникаючи в головний мозок, спирт отруючи діє на нервові клітки, що виявляється в порушенні свідомості, мови, розумових здібностей, у появі психічних розладів і веде до деградації особистості.

Особливо небезпечний алкоголь для молодих людей, тому що в зростаючому організмі інтенсивно протікають процеси обміну речовин, а вони особливо чуттєві до токсичного впливу. Тому в молоді швидше, ніж у дорослих, може з'явитися алкоголізм.

Литература

1. Виноградов Н.А., Качаев А.К. Алкоголизм, проблема, борьба. - М., Знание, 1971, вып. 1, с 3-13

2. Лившиц С.М., Яворский А.А. Социальные и клинические проблемы алкоголизма. Киев: Здоров'я, 1975. - с. 12-31

3. Последствия алкогольной интоксикации для потомства /М.: Наука, 1989. - 3-10

4. Алкоголизм (руководство для врачей)/Под ред. Г.В. Морозова, В.Е. Рожнова, Э.А. Бабаяна. - М., Медицина, 1983, стр. 3-10

5. Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1978. - 720 с.

6. Джатдоева М.Р. Теоретические основы прогрессивных технологий. Химический раздел. - Ессентуки: ЕГИЭиМ, 1998. - 78 с.

7. Зурабян С.Э., Колесник Ю.А., Кост А.А. Органическая химия: Учебник. - М.: Медицина, 1989. - 432 с.

8. Метлин Ю.Г., Третьяков Ю.Д. Основы общей химии. - М.: Просвещение, 1980. - 157 с.

9. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. - М.: Химия, 1974. - 624 с