مدل مولکول اتانول
اتانول یا الکل اتیلیک یا اتیل الکل با فرمول C۲H۵OH ترکیب شیمیائی 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 جوانه‌زدن 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.
تاریخچه
اتانول برای انسان از دوران باستان شناخته شده بود، زیرا این ماده ، جزء اصلی مشروبات الکلی است. جداسازی آن بصورت اتانول نسبتا خالص احتمالا اولین بار توسط "جابر بن حیان" که صنعت تقطیر را گسترش داد، انجام شده است. البته بیشتر گمان می‌رود که اتانول خالص توسط "محمد زکریای رازی" دانشمند ایرانی تولید شده باشد.
فرایند تولید
اتانول مورد استفاده در نوشابه های الکلی توسط فرایند تخمیر از متابولیسم گلوکز توسط گونه مخصوصی از مخمرها در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و در پایان فرایند تخمیر غلظت اتانول را با تقطیر بالا می‌برند. برای مخلوط اتانول با آب بالاترین نقطه آزئوتروپ جوش برای 95% الکل و 5% آب است. بنابراین جزء تقطیر شده مخلوط اتانول و آب نمی‌تواند خالصتر از 95 درصد باشد. برای تولید اتانول خالصتر ، مقدار کمی بنزن به آن اضافه می‌شود.
بنزن ، آزئوتروپ سه‌گانه ای با آب و اتانول تشکیل می‌دهد و مخلوط دوباره تقطیر می‌شود. نتیجه این فرایند بدست آوردن اتانول بدون آب است. با این همه چند ppm بنزن در اتانول باقی می‌ماند که جذب آن در بدن از مشخصه‌های آسیب کبدی است که در افراد الکلی دیده می‌شود.
تولید اتانول صنعتی
اتانول سوخت نسبتا خوبی برای موتورهاست و در صنعت ، بصورتهای مختلفی استفاده می‌شود. اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولا از واکنش کاتالیزوری آب با اتیلن تولید می‌کنند. این یک واکنش افزایشی است که در آن یک مولکول آب شکافته شده ، قطعات حاصل از آن به اتمهای کربن در پیوند دوگانه اضافه می‌شود. این فرایند ، تولید اتانول اقتصادی‌تر از تولید آن با مخمر است.
امروزه برای تولید تجارتی آسان آن تخمیر مواد آلی زائد مانند خرده چوب و خاک اره پیشنهاد شده است. اتانول صنعتی برای مصرف انسان ، نامناسب است، زیرا به آن ، مقادیر کمی متانول و مواد سمی دیگر اضافه می‌شود.
خواص فیزیکی
اتانول ، مایعی قابل احتراق و بی‌رنگ بوده ، یکی از انواع الکلهای موجود در نوشابه‌های الکلی است. گرانروی آن ، مانند آب است و بوی نسبتا تندی دارد. در صنعت بعنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود. بدلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می‌شود. اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.
به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریبا وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، 43- درجه سانتی‌گراد است، درحالی‌که نقطه جوش اتانول 78 درجه سانتی‌گراد است. دلیل این اختلاف ، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکولهای مجاور را افزایش می‌دهد. اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد که خاصیت بازی آن بدلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن ، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است. اتانول با فلزات فعال ( Na و K و Mg و … ) وارد واکنش شده ، اتوکسید ایجاد می‌کند.
کاربرد
اتانول بدلیل نقطه ذوب پائین در صنعت ضدیخ‌سازی استفاده می‌شود. حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی ، رنگسازی و … استفاده می‌شود. محلول %85 – 70 آن بعنوان محلول ضدعفونی کننده کاربرد دارد. اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی ، میکرو ارگانیسمهای آنها را از بین می‌برد. البته این عمل فقط در برابر باکتریها و ویروسها و قارچها موثر است، ولی در مقابل هاگ ، باکتریها تاثیری ندارد. اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ساختمان اتانول
نکته مهم
مصرف بیش از حد مشروبات الکلی ، بدلیل وجود اتانول در ترکیب آنها باعث ایجاد عوارض بسیاری در سلامتی انسان می‌شود که عبارتند از :
عوارض حاد
تهوع ، استفراغ ، افسردگی ، تنگی نفس.
عوارض مزمن
اعتیاد به الکل (الکسیم) ، سایروز کبدی ، تاثیر در سلسله اعصاب مرکزی ،
تولید اتانول از میکروب
استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است.
استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است. دانشمندان چند سالی است که متوجه شده اند استفاده از نوعی مولکول موسوم به Q microbe می تواند در تولید سوخت زیستی ارزشمندی همچون اتانول موثر باشد و اخیراً این تحقیق را در قالب پروژه یی برای ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی آغاز کرده اند.
این باکتری هم اکنون در کانون توجه محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست قرار گرفته است. «سوسان لشن» از محققان شرکت «اتانول خورشیدی» در این دانشگاه تلاش یک دهه گذشته دانشمندان را برای استفاده از این میکروب به عنوان تبدیل کننده ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی اتانول به واقعیت تبدیل می کند. محققان معتقدند استفاده از این میکروب در فرآیندهای کربن طبیعی که به آنزیم های اضافی نیازی نیست نیز کاربرد فراوان دارد. این میکروب می تواند خمیر چوب و باکتری مواد پسماند ذرت ها را با راندمان بالایی به اتانول تبدیل کند. به گفته محققان این میکروب توانایی های غیرمعمولی نیز دارد از آن جمله می تواند طیف وسیعی از مواد گیاهی را مورد مصرف قرار دهد. این میکروب می تواند به راحتی مولکول های سلولز را در هم بشکند.
تولید اتانول در داخل نانو لوله های کربن (86/06/29 )
مطالعات نشان دادهاند که می‌توان از اتانول به‌عنوان سوختی تجدیدپذیر استفاده کرد. منحصربه‌فردترین کاربرد اتانول، استفاده از آن به‌عنوان سوخت اتومبیل و مکمل سوخت است.
اتانول طی فرایند تخمیر قند و به‌وسیله مقادیر معینی از مخمّرها تولید می‌شود. این فرایند با پیشمادهای که شامل مقادیر مناسبی از قند یا موادی نظیر نشاسته یا سلولز که میتوانند به قند تبدیل شوند، انجام می‌شود.
در آمریکا پیشماده اولیه برای تولید اتانول ذرت است. در برزیل(عمدهترین تولیدکنندۀ اتانول در جهان)، پیشمادۀ اولیه از قند نیشکر حاصل می‌شود؛ در حالی که بحث‌های گسترده‌ای درباره فوائد اقتصادی و زیستمحیطی ناشی از کاربرد سوخت‌های سازگار با محیط زیست برای سوخت اتانولی مطرح است، به نظر میرسد که استفاده از فناوری‌نانو(نانولوله کربنی) راه حل خوبی را برای این منظور فراهم کند.
شهرت نانولولههای کربن به‌عنوان ماده‌ای امیدبخش برای کاتالیز کردن واکنش‌ها بسیار چشمگیر است.
همینک، پژوهشگران چینی از نانولوله های کربنی پرشده با نانوذرات رادیم، به‌عنوان راکتورهایی برای تبدیل مخلوط گازی مونوکسید کربن و هیدروژن به اتانول استفاده می‌کنند.
به نظر میرسد این اولین مثال از فعالیت و انتخابپذیری یک واکنش کاتالیزشده با فلز در فاز گازی باشد که کمک چشمگیری به پیشرفت یک واکنش درون یک ظرف واکنش از جنس نانولوله کربنی می‌کند