«Алкоголь» - это слово, которое, как и многие термины, имеет более конкретное значение в науке, чем в повседневном употреблении. «Этанол», тем временем, описывает конкретное химическое вещество; Хотя этанол является разновидностью алкоголя, он также имеет множество применений (одно промышленное, одно связанное с пищевыми продуктами и напитками), которые имеют мало общего.

Что этанол? Также называемый этиловым спиртом, он является одним из самых простых спиртов и, безусловно, самым знаменитым, к лучшему или к худшему, в западной культуре. Эта скромная двухуглеродная молекула является центром обширных исторических противоречий, и ее использование в качестве вещества, изменяющего настроение, оказало значительное влияние на человеческое общество на протяжении всей истории цивилизации.

Что такое алкоголь?

Многие химические соединения представляют собой углеводороды, состоящие только из атомов углерода и водорода. Введение атомов кислорода в углеводороды открывает двери для множества новых категорий химических веществ с различными свойствами.

Спирты представляют собой углеводороды, в которых группа -ОН или гидроксильная группа замещена атомом водорода. Простейшим примером является углеводородный метан, имеющий формулу CH4. Атомы углерода могут образовывать четыре связи с другими атомами, а водород - только один, поэтому метан является стабильным соединением. Кислород, с другой стороны, образует всего две связи. Таким образом, гидроксильная группа, которая имеет кислород, связанный с водородом, имеет одно «пятно», доступное для связи. Это означает, что если условия являются подходящими, метан можно превратить в метиловый спирт или метанол.

Формула для этой молекулы - CH3 (OH).

В то время как метанол имеет один атом углерода, этанол, следующий по величине и полученный из чистого углеводородного этана, имеет два. Химическая формула для этана CH3CH3 (также написано C2H6); каждый атом углерода связан с тремя атомами водорода и с другими атомами углерода. Следовательно, формула для этанола - CH3CH2 (OH).

Этанол также называют этиловым спиртом. Это соглашение об именах, как вы, возможно, подозревали, применяется ко всем спиртам; суффикс "-анол" может быть заменен на более громоздкий "-иловый спирт". Зная, что пропан - это название трехуглеродного углеводорода, можете ли вы определить его химическую формулу, форму ассоциированного с ним спирта и два разных названия этого спирта?

Другие спирты

Поскольку метанол и этанол являются одно- и двухуглеродистыми спиртами соответственно, не существует никакой двусмысленности с точки зрения их формулы. То есть, учитывая одноуглеродный или двухуглеродный углеводород с одной гидроксильной группой вместо одного атома водорода, существует только одна возможная конфигурация. В случае этанола углерод, к которому присоединен -ОН, не имеет значения, поскольку сам этан является симметричной молекулой; нет геометрического различия между первым углеродом и вторым.

Однако на уровне трехуглеродных соединений все становится сложнее. Пропан имеет формулу CH3CH2CH3 (также записывается как C3H8). Если гидроксильная группа присоединена к одному из концевых (концевых) атомов углерода, результатом является обычный пропиловый спирт или пропанол. Но что, если вместо этого гидроксильная группа присоединена к среднему углероду?

На самом деле, важное соединение под названием пропан-2-ол имеет именно такую ​​структуру. (Вы можете увидеть это как 2-пропанол в более старых ссылках; добавление «2» в качестве инфикса является соглашением, которое началось в 2013 году, когда Международный союз теоретической и прикладной химии, или IUPAC, разработал новые правила номенклатуры.) 2 "относится к тому факту, что гидроксильная группа присоединена ко второму из трех атомов углерода пропана и, следовательно, находится посередине. Это вещество содержит три атома углерода, восемь атомов водорода и кислород, как обычный пропанол. Как таковой, он является изомером пропанола и носит название изопропиловый спирт. Большинство так называемых «спиртов» для антисептического применения содержит изопропиловый спирт.

Кроме того, что если присутствует более одной гидроксильной группы? Это вещество все еще находится в спирте? На самом деле это тоже происходит. Когда второй -ОН добавляется к этанолу на другом углероде, это создает молекулу под названием 1,2-этандиол. «Диол» показывает, что вещество представляет собой двойной спирт с двумя гидроксилами, а префикс «1,2-» указывает, что они присоединены к разным атомам углерода. Этот спирт чаще называют этиленгликолем и является основным компонентом антифриза. Он высокотоксичен (как и метанол).

Другой распространенный так называемый полигидроксиловый спирт носит общее название глицерин или глицерин. Это просто пропан с гидроксильной группой, замещенной атомом водорода у каждого из трех атомов углерода, все на одной стороне молекулы пропана. Таким образом, формальное название этого вещества - 1,2,3-пропантриол, и оно служит «основой» для пищевых молекул жира и может использоваться клетками непосредственно для топлива.

Синтез этанола

Этанол производится из кукурузы и других растительных веществ. В общем, этанол получают из молекулы глюкозы, которая существует во всех видах крахмалов и является основной формой энергии, используемой всеми живыми клетками. Одна молекула глюкозы превращается в этанол и углекислый газ под воздействием дрожжей, которые действуют как фермент, стимулирующий реакцию:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Эта реакция известна как брожение, поскольку это форма анаэробного (без кислорода) дыхания. Другим типом реакции ферментации является ферментация молочной кислоты, которой подвергается ваше тело, когда вы тренируетесь слишком интенсивно, чтобы потребление и обработка кислорода не отставали от ваших потребностей в энергии. Оба вида ферментации являются альтернативой аэробному дыханию, при котором глюкоза перерабатывается в митохондриях клеток через цикл Кребса и цепь переноса электронов с получением энергии в форме АТФ или аденозинтрифосфата.

Этиловый спирт как топливо

Этанол, который давно известен как активный ингредиент в алкогольных напитках, также стал все более широко использоваться в качестве «альтернативного» топлива, что означает, что он является альтернативой традиционным ископаемым или основанным на нефти видам топлива, таким как бензин и природный газ. , Сегодня свыше 98 процентов бензина, продаваемого в США, содержат некоторое количество этанола. Наиболее распространенным соотношением является 90-процентный бензин (еще один углеводород, если вы ведете счет) к 10-процентному этанолу. Некоторые транспортные средства обладают большей гибкостью в отношении свойств сгорания топлива в своих двигателях, и они могут работать с использованием топлива, которое содержит более 50 процентов этанола, а в некоторых случаях - более 80 процентов.

Этанол популярен в США в качестве топлива, потому что его выбросы менее токсичны, чем бензин, и потому что он снижает зависимость от иностранной нефти. В настоящее время, однако, этаноловое топливо не может обеспечить такую ​​же экономию топлива, как автомобили с бензиновым двигателем, предлагая только около трех четвертей эффективности использования топлива стандартных автомобилей.

Злоупотребление этанолом

Этанол также используется в производстве спирта, предназначенного для питья. Люди веками использовали этанол в его обработанных питьевых формах, таких как пиво, чтобы изменить то, что они чувствуют. В меньших количествах это может расслабить ум и позволить некоторым людям легче участвовать в стрессовых социальных ситуациях.

Однако, несомненно, поскольку алкоголь является предметом злоупотребления и так широко доступен, употребление алкоголя представляет собой серьезную опасность для здоровья населения. В 2010 году, по данным Центров США по контролю и профилактике заболеваний, чрезмерное потребление алкоголя обошлось экономике США в четверть триллиона долларов в результате несчастных случаев, потери производительности, проблем со здоровьем, преступности и других проблем. Около 88 000 смертей в год напрямую связаны с последствиями чрезмерного употребления алкоголя. У некоторых людей тенденция к физической или психологической зависимости от спиртосодержащих напитков намного выше, чем у других, причем большая часть этого считается генетической. Большинство экспертов считают, что на самом деле не существует безопасного предела в отношении эксплуатации автотранспортного средства под воздействием, но автомобильные аварии, связанные с алкоголем, остаются огромным источником предотвратимой смерти и слабости по всей стране.