Действие этанола. Какие заболевания вызывает? Брожения сахаристых веществ

13.12.2017 Врач Евгения Александровна Мирошникова 0

Этанол: свойства и применение

Этанол представляет собой вещество с характерным запахом и вкусом. Впервые он был получен в результате реакции брожения. Для последней использовались различные продукты: злаковые, овощи, ягоды. Затем люди освоили процессы дистилляции и способы получения более концентрированного спиртового раствора. Этанол (как и его аналоги) получил широкое распространение благодаря комплексу своих свойств. Чтобы избежать опасного воздействия на организм, следует знать особенности вещества и специфику его применения.

Этанол (второе название - винный спирт) является одноатомным спиртом, то есть содержит всего один атом. Латинское название - Aethanolum. Формула - C2H5OH. Этот спирт применяется в различных отраслях: промышленности, косметологии, стоматологии, фармоцевтике.

Этанол стал основой для производства различных алкогольных напитков. Это стало возможным за счет способности его молекулы к угнетению центральной нервной системы. Согласно нормативным документам этиловый ректификованный спирт имеет ГОСТ 5962-2013. Его следует отличать от технического варианта жидкости, который используется преимущественно в промышленных целях. Производство и хранение алкогольной продукции осуществляется под контролем государственных органов.

Польза и вред вещества

Этиловый спирт при употреблении в строго ограниченных дозировках полезен для организма. Приобрести его в аптеке можно только по рецепту врача. Цена колеблется в зависимости от объема емкости. Польза этанола проявляется в:

• нормализации функционирования пищеварительного тракта;
• профилактике заболеваний миокарда;
• нормализации кровообращения;
• разжижении крови;
• уменьшении болевого синдрома.

В результате регулярного употребления вещества в организме наблюдается кислородное голодание. Из-за быстрой гибели клеток головного мозга наступает ухудшение памяти, снижается чувствительность к боли. Отрицательное воздействие на внутренние органы проявляется в развитии различных сопутствующих заболеваний. Чрезмерное употребление алкоголя опасно сильным отравлением и наступлением комы.
Алкоголизм характеризуется развитием как физической, так и психической зависимости. При отсутствии лечения и прекращения употребления спиртосодержащих веществ происходит личностная деградация, нарушаются полноценные социальные связи.

Свойства

Этанол представляет собой естественный метаболит. Это заключается в его способности синтезироваться в организме человека.

Группу свойств винного спирта можно разделить на три категории:

1. физические;
2. химические;
3. пожароопасные.

Первая категория включает описание внешнего вида и другие параметры физического характера. В нормальных условиях этанол летуч, отличается от других веществ своеобразным ароматом и жгучим вкусом. Вес одного литра жидкости составляет 790 грамм.

Он хорошо растворяет различные органические вещества. Температура закипания составляет 78,39 °C. Плотность этанола (в результате измерения ареометром) меньше, чем у воды, поэтому он ее легче.

Этиловый спирт является горючим, способен быстро воспламеняться. При горении пламя отличается синим цветом. Благодаря данному химическому свойству этанол можно легко отличить от метилового спирта, являющегося ядом для человека. Последний при возгорании имеет зеленое пламя.

Для того, чтобы в домашних условиях определить водку, сделанную на метаноле, необходимо нагреть медную проволоку и опустить ее в водку (достаточно одной ложки). Аромат прелых яблок является признаком этилового спирта, запах формальдегида указывает на наличие метанола.

Этанол является пожароопасным веществом, так как его температура воспламенения составляет всего 18°С. Поэтому, контактируя с веществом, следует избегать его нагревания.

При злоупотреблении этанолом, он оказывает на организм вредное воздействие. Это связано с теми механизмами, которые запускает прием любого алкоголя. Смесь воды и спирта провоцирует выделение гормона эндорфина.

Это способствует седативно-гипнотическому эффекту, то есть подавлению сознания. Последнее выражается в преобладании процессов торможения, что проявляется такими симптомами как сниженная реакция, заторможенность движений и речи. Передозировка этанолом характеризуется в начале возникновением возбуждения, которое затем сменяют процессы торможения.

Краткая история

Этанол нашел применение еще в эпоху неолита. Доказательством этого являются следы алкогольных напитков, найденные в Китае на керамике, возраст которой составляет около 9000 лет. Впервые этанол был получен в XII веке в Салерно. Он представлял собой смесь воды и спирта.

Чистый продукт был получен в 1796 году Иоганном Тобиасом Ловиц. Ученый использовал для фильтрации активированный уголь. На протяжении долгих лет подобный способ получения спирта был единственным.
Впоследствии формула этанола была вычислена Николо-Теодором де Соссюром. Описание веществу как углеродному соединению дал Антуан Лавуазье. XIX-XX века характеризуются как период тщательного изучения этанола, когда подробно были описаны его свойства. Благодаря последним он получил широкое применение в различных отраслях человеческой жизни.

В чем опасность этанола?

Этанол относится к тем вещества, незнание свойств которого может привести к негативным последствиям. Поэтому перед его использованием следует ознакомиться с тем, в чем заключается опасность винного спирта.

Можно ли пить?

Употребление спирта в составе алкогольных напитков допустимо при одном условии: пить редко и в небольшой дозе. При злоупотреблении происходит развитие физической и психической зависимости, то есть алкоголизма.

Бесконтрольное применение спиртосодержащих напитков (когда концентрация этанола составляет 12 грамм на 1 килограмм массы тела) вызывает сильную интоксикацию организма, которая при отсутствии своевременной медицинской помощи может стать причиной летального исхода.

Пить этанол в чистом виде нельзя.

Какие заболевания вызывает?

При употреблении этанола большую опасность представляют продукты его распада в организме. Одним из них является ацетальдегид, который принадлежит к токсичным и мутагенным веществам. Канцерогенные свойства становятся причиной развития онкологических патологий.

Неумеренное потребление этилового спирта опасно:

• ухудшением памяти;
• гибелью клеток головного мозга;
• нарушением функционирования пищеварительного тракта (гастрит, язва 12-типерстного кишечника);
• развитием заболеваний печени (цирроз), почек;
• нарушением функционирования миокарда и сосудов (инсульт, инфаркт);
• личностной деградацией;
• необратимыми процессами в центральной нервной системе.

Применение

Большой спектр характеристик этанола обеспечил его использование в различных направлениях. Наиболее популярны из них следующие:

1. В качестве топлива для автомобилей. Использование этилового спирта как моторного топлива связано с именем Генри Форда. Им в 1880 году был создан первый автомобиль, который работал на этаноле. После этого вещество стали использовать для работы ракетных двигателей, различных нагревательных приборов.
2. Химическая промышленность. Этанол используют для получения других веществ, например, этилена. Являясь отличным растворителем, этиловый спирт используют в производстве лака, красок, бытовой химии.
3. Фармакологическая отрасль. В данной сфере этанол используют по-разному. Обеззараживающие свойства медицинского спирта позволяют его применять для обработки операционного поля, рук хирурга. Его используют для уменьшения проявлений лихорадки, в качестве основы для компрессов, настоек. Этанол относится к противоядиям, которые помогают при отравлении метанолом и этиленгликолем. Он нашел применение в качестве пеногасителя при подаче кислорода или искусственной вентиляции легких.
4. Косметическая промышленность. Производители косметики и парфюмерии включают этанол в состав различных одеколонов, туалетной воды, аэрозолей, шампуней и других средств ухода за кожей и телом.
5. Пищевая промышленность. Этиловый спирт используется в качестве главного компонента алкогольных напитков. Он содержится в продуктах, которые были получены с помощью процессов брожения. Его используют как растворитель различных ароматизаторов и консервант при производстве хлеба, булочек, кондитерских изделий. Этиловый спирт является пищевой добавкой E1510.
6. Другие направления. Винный спирт используют для при работе с препаратами биологической природы.

Взаимодействие с другими веществами

Согласно инструкции по применению, этанол при одновременном использовании может усиливать действие лекарств, угнетающих центральную нервную систему, процессы кровообращения, центр дыхания.
Взаимодействие с некоторыми веществами указано в таблице.

Этанол в зависимости от его применения может быть как полезен, так и вреден. При регулярном употреблении алкоголя, содержащего этиловый спирт, происходит формирование зависимости. Поэтому использование крепких напитков в качестве антидепрессантов не должно превращаться в привычку.

Структурная формула

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: C 2 H 6 O

Химический состав Этанола

Молекулярная масса: 46,069

Этанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) - CH 3 OH, простейший одноатомный спирт, бесцветная ядовитая жидкость. Этанол - это первый представитель гомологического ряда одноатомных спиртов.
одноатомный спирт с формулой C 2 H 5 OH (эмпирическая формула C 2 H 6 O), другой вариант: CH 3 -CH 2 -OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.
Действующий компонент алкогольных напитков, являющийся депрессантом - психоактивным веществом, угнетающим центральную нервную систему человека.
Этиловый спирт также используется как топливо, в качестве растворителя, как наполнитель в спиртовых термометрах и как дезинфицирующее средство (или как компонент его).

Получение

Существует 2 основных способа получения этанола - микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена):

Брожение

Известный с давних времён способ получения этанола - спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, источником получения топливного спирта является вырабатываемый из тростника сахар-сырец и проч. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением: C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 .
Раствор, получаемый в результате брожения, содержит не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи нежизнеспособны. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путём дистилляции.
Для получения этанола этим способом наиболее часто используют различные штаммы дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae, в качестве питательной среды предварительно обработанные древесные опилки и/или раствор, полученный из них.
Промышленное производство спирта из биологического сырья
Современная промышленная технология получения этилового спирта из пищевого сырья включает следующие стадии:

• Подготовка и измельчение крахмалистого сырья - зерна (прежде всего - ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы, яблок и т. п.
• Ферментация. На этой стадии происходит ферментативное расщепление крахмала до сбраживаемых сахаров. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путём - глюкамилаза, амилосубтилин.
• Брожение. Благодаря сбраживанию дрожжами сахаров происходит накопление в браге спирта.
• Брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.

• Альфа
• Экстра
• базис
• высшей очистки
• 1 сорт

Гидролизное производство

В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. В странах Западной Европы и Америки эта технология не получила распространения, но в СССР (ныне в России) существовала развитая промышленность кормовых гидролизных дрожжей и гидролизного этанола.

Гидратация этилена

В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена . Гидратацию можно вести по двум схемам:

• прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест: CH 2 =CH 2 + H 2 O → C 2 H 5 OH.
• гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты , с последующим его гидролизом (при температуре 80-90 °С и давлении 3,5 МПа): CH 2 =CH 2 + H 2 SO 4 → CH 3 -CH 2 -OSO 2 OH (этилсерная кислота).
  CH 3 -CH 2 -OSO 2 OH + H 2 O → C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 .

Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира .

Очистка этанола

Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95,6 % (мас.); эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4,4 % воды (мас.) и имеет температуру кипения 78,15 °C. Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток).

Абсолютный спирт

Абсолютный спирт - этиловый спирт, практически не содержащий воды . Он кипит при температуре 78,39 °C, в то время как спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды, кипит при 78,15 °C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами, например, спирт обрабатывают веществами, реагирующими с водой или поглощающими воду , такими, как негашёная известь CaO или прокалённый медный купорос CuSO 4 .

Свойства

Физические свойства

Внешний вид: в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Этиловый спирт легче воды . Является хорошим растворителем других органических веществ. Следует избегать популярной ошибки: часто смешивают свойства 95,57 % спирта и абсолютизированного. Их свойства почти одинаковы, но величины начинают различаться, начиная с 3-4-й значащей цифры. Смесь 95,57 % этанола + 4,43 % воды является азеотропной, т. е. не разделяется при перегонке.

Химические свойства

Типичный представитель одноатомных спиртов. Горюч. Легко воспламеняется. При достаточном доступе воздуха горит (за счёт его кислорода) светлым голубоватым пламенем, образуя терминальные продукты окисления - диоксид углерода и воду :
C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
Ещё энергичнее эта реакция протекает в атмосфере чистого кислорода.
При определённых условиях (температура, давление, катализаторы) возможно и контролируемое окисление (как элементным кислородом, так и многими другими окислителями) до ацетальдегида, уксусной кислоты , щавелевой кислоты и некоторых других продуктов, например:
3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 2 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
Обладает слабо выраженными кислотными свойствами, в частности, подобно взаимодействует со щелочными металлами, а также магнием, алюминием и их гидридами, выделяя при этом водород и образуя солеподобные этилаты, являющиеся типичными представителями алкоголятов:
2C 2 H 5 OH + 2К → 2С 2 Н 5 ОК + Н 2 .
C 2 H 5 OH + NaH → C 2 H 5 ONa + H 2
Обратимо реагирует с и некоторыми неорганическими кислородсодержащими с образованием сложных эфиров:
С 2 Н 5 OH + RCOOH → RCOOС 2 Н 5 + H 2 O
С 2 Н 5 OH + HNO2 → С 2 Н 5 ONO + H 2 O
С галогеноводородами (HCl , HBr, HI) вступает в обратимые реакции нуклеофильного замещения:
C 2 H 5 OH + HX → C 2 H 5 X + H 2 O
Без катализаторов реакция с HCl идет относительно медленно; значительно быстрее - в присутствии хлорида цинка и некоторых других кислот Льюиса.
Вместо галогеноводородов для замещения гидроксильной группы на галоген могут быть использованы галогениды и галогеноксиды фосфора, тионилхлорид и некоторые другие реагенты, например:
3C 2 H 5 OH + PCl 3 → 3C 2 H 5 Cl + H 3 PO 3
Сам этанол также обладает нуклеофильными свойствами. В частности, он относительно легко присоединяется по активированным кратным связям, например:
C 2 H 5 OH + СH 2 =CHCN → С 2 Н 5 OCH 2 СH 2 CN,
реагирует с альдегидами с образованием полуацеталей и ацеталей:
RCHO + C 2 H 5 OH → RCH(OH)OС 2 Н 5
RCH(OH)OС 2 Н 5 + C 2 H 5 OH → RCH(OС 2 Н 5)2 + H 2 O
При умеренном (не выше 120 °C) нагревании с концентрированной серной кислотой или другими водоотнимающими средствами кислотного характера образует диэтиловый эфир:
2C 2 H 5 OH → С 2 Н 5 -O-С 2 Н 5 + H 2 O
При более сильном нагревании с серной кислотой , а также при пропускании паров над нагретым до 350÷500 °C оксидом алюминия происходит более глубокая дегидратация. При этом образуется этилен:
CH 3 CH 2 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O
При использовании катализаторов, содержащих наряду с оксидом алюминия высокодисперсное серебро и другие компоненты, процесс дегидратации может быть совмещён с контролируемым окислением этилена элементным кислородом, в результате чего с удовлетворительным выходом удается реализовать одностадийный процесс получения окиси этилена:
2CH 3 CH 2 OH +O 2 → 2C 2 H 4 O + 2H 2 O
В присутствии катализатора, содержащего оксиды алюминия, кремния, цинка и магния, претерпевает серию сложных превращений с образованием в качестве основного продукта бутадиена (реакция Лебедева):
2C 2 H 5 OH → CH 2 =CH-CH=CH 2 + 2H 2 O + H 2
В 1932 году на основе этой реакции в СССР было организовано первое в мире крупнотоннажное производство синтетического каучука.
В слабощелочной среде образует иодоформ:
C 2 H 5 OH + 4I 2 + 6NaHCO 3 → CHI 3 + HCOONa + 5NaI + 5H 2 O + 6CO 2
Эта реакция имеет некоторое значение для качественного и количественного определения этанола в отсутствии других веществ, дающих подобную реакцию.

Пожароопасные свойства

Легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость; давление насыщенного пара, кПа: lg p = 7.81158-1918.508/(252.125+t) при температуре от −31 до 78°С; теплота сгорания - 1408 кДж/моль; теплота образования −239,4 кДж/моль; температура вспышки 13°С (в закрытом тигле), 16°С (в открытом тигле); температура воспламенения 18°С; температура самовоспламенения 400°С; концентрационные пределы распространения пламени 3,6-17,7 % объёма; температурные пределы распространения пламени: нижний 11°С, верхний 41°С; минимальная флегматизирующая концентрация, % объёма: CO 2 - 29.5, H 2 O - 35.7, N 2 - 46; максимальное давление взрыва 682 кПа; максимальная скорость нарастания давления 15,8 МПа/с; скорость выгорания 0,037 кг/(м2 с); максимальная нормальная скорость распространения пламени - 0,556 м/с; минимальная энергия зажигания - 0,246 МДж; минимальное взрывоопасное содержание кислорода 11,1 % объёма.

Применение

Топливо

Первым использовал этанол в качестве моторного топлива Генри Форд, который в 1880 г. создал первый автомобиль, работающий на этаноле. Возможность использования спиртов в качестве моторного топлива была показана также в 1902 г., когда на конкурсе в Париже были выставлены более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этаноле и смесях этанола с бензином. Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей (так, 75%-й водный этанол использовался в качестве топлива в первой в мире серийной баллистической ракете - немецкой «Фау-2» и ранних советских ракетах конструкции Королёва - от Р-1 до Р-5), двигателей внутреннего сгорания, бытовых, походных и лабораторных нагревательных приборов (т. н. «спиртовок»), грелок для туристов и военнослужащих (каталитическое автоокисление на платиновом катализаторе). Ограниченно (в силу своей гигроскопичности) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов - Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Химическая промышленность

• служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота , хлороформ, этилацетат, этилен и др.;
• широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
• является компонентом антифризов и стеклоомывателей;
• в бытовой химии этанол применяется в чистящих и моющих средствах, в особенности для ухода за стеклом и сантехникой. Является растворителем для репеллентов.

Медицина

• по своему действию этиловый спирт можно отнести к антисептикам;
• как обеззараживающее и подсушивающее средство, наружно;
• подсушивающие и дубящие свойства 96%-го этилового спирта используются для обработки операционного поля или в некоторых методиках обработки рук хирурга;
• растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
• консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %);
• пеногаситель при подаче кислорода, искусственной вентиляции лёгких;
• в согревающих компрессах;
• для физического охлаждения при лихорадке (для растирания);
• компонент общей анестезии в ситуации дефицита медикаментозных средств;
• как пеногаситель при отёке лёгких в виде ингаляции 33 % раствора;
• этанол является противоядием при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими, как метанол и этиленгликоль. Его действие обусловлено тем, что фермент алкогольдегидрогеназа, при наличии нескольких субстратов (например, метанол и этанол) осуществляет лишь конкурентное окисление, благодаря чему после своевременного (почти немедленного, вслед за метанолом/этиленгликолем) приёма этанола уменьшается текущая концентрация токсичных метаболитов (для метанола - формальдегида и муравьиной кислоты, для этиленгликоля - щавелевой кислоты).

Парфюмерия и косметика

Является универсальным растворителем различных веществ и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая такие, как: зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.

Пищевая промышленность

Наряду с водой , является основным компонентом спиртных напитков (водка, вино, джин, пиво и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1-3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе - от 0,5 до 1,2 %.
Растворитель для пищевых ароматизаторов. Может быть использован как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510.
Энергетическая ценность этанола - 7,1 ккал/г.

Применение этанола в качестве автомобильного топлива

Топливный этанол делится на биоэтанол и этанол, полученный другими методами (из отходов пластмасс, синтезированный из газа и т. п.).
Биоэтанол - это жидкое этанолсодержащее топливо, получаемое специальными заводами из крахмал-, целлюлозно- или сахаросодержащего сырья по системе укороченной дистилляции (позволяет получать качество, достаточное для использования в качестве топлива). Содержит метанол и сивушные масла, что делает его совершенно непригодным для питья. Применяется в чистом виде (точнее в виде азеотропа 96,6 %), а чаще в смеси с бензином (так называемый газохол) или дизельным топливом. Производство и использование биоэтанола увеличивается в большинстве стран мира, как более экологичная и возобновляемая альтернатива нефти.
Полноценно использовать биоэтанол способны лишь автомобили с соответствующим двигателем или с универсальным Flex-Fuel (способен потреблять смеси бензин/этанол с любым соотношением). Бензиновый двигатель способен потреблять бензин с добавкой этанола не более 30 %, возможно также переоборудование обычного бензинового двигателя, но это экономически нецелесообразно.
Проблемой является недостаточная смешиваемость бензина и дизельного топлива с этанолом, из-за чего последний нередко выслаивается (при низких температурах всегда). Особенно эта проблема актуальна для России. Решения этой проблемы на данный момент не найдено.
Преимуществом смесей этанола с другими видами топлива перед «чистым» этанолом является лучшая зажигаемость, благодаря низкому содержанию влаги, тогда как «чистый» этанол (марка E100, с практическим содержанием C 2 H 5 OH 96,6 %) является неразделяемым дистилляцией азеотропом. Разделение же иными способами невыгодно. При добавлении этанола к бензину или дизелю происходит выслаивание воды. В США «Энергетический билль», подписанный президентом Бушем в августе 2005 года, предусматривает производство к 2012 году ежегодно 30 миллиардов литров этанола из зерна и 3,8 миллиардов литров из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности).
Внедрение производства биотоплива является затратным процессом, однако дает экономике преимущества впоследствии. Так, например, строительство завода по производству этанола мощностью 40 млн галлонов даёт экономике (на примере США):

• 142 млн долл. инвестиций во время строительства;
• 41 рабочее место на заводе, плюс 694 рабочих места во всей экономике;
• Увеличивает местные цены на зерновые на 5-10 центов за бушель;
• Увеличивает доходы местных домохозяйств на 19,6 млн долл. ежегодно;
• Приносит в среднем 1,2 млн долларов налогов;
• Доходность инвестиций 13,3 % годовых.

• 160231 новых рабочих мест во всех секторах, включая 20000 рабочих мест в строительстве;
• Увеличила доходы домохозяйств на $6,7 миллиарда;
• Принесла $2,7 млрд федеральных налогов и $2,3 млрд местных налогов.
В 2006 году в США было переработано в этанол 2,15 миллиарда бушелей кукурузы, что составляет 20,5 % годового производства кукурузы. Этанол стал третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта. На этанол перерабатывается 15 % урожая сорго США.

Автомобильный парк, работающий на этаноле

Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрой у буквы Е обозначается процентное содержание этанола. Е85 означает смесь из 85 % этанола и 15 % бензина. Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле. Однако некоторые производители автомобилей ограничивают гарантию при использовании смеси с содержанием более 10 % этанола. Смеси, содержащие более 20 % этанола, во многих случаях требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля. Автопроизводители выпускают автомобили, способные работать и на бензине, и на Е85. Такие автомобили называются «Flex-Fuel». В Бразилии такие автомобили называют «гибридными». В русском языке названия нет. Большинство современных автомобилей либо изначально поддерживают использование такого топлива, либо опционально, по соответствующему запросу. В 2005 году в США более 5 млн автомобилей имели гибридные двигатели. В конце 2006 г. в США эксплуатировалось 6 млн автомобилей с такими двигателями. Общий автопарк составляет 230 млн автомобилей. 1200 заправочных станций продают Е85 (май 2007). Всего в США автомобильное топливо продают около 170 000 заправочных станций. В Бразилии около 29 000 заправочных станций продают этанол.

Экономичность

Себестоимость бразильского этанола (около 0,19 долларов США за литр в 2006 г.) делает его использование экономически выгодным.

Экологические аспекты

Биоэтанол как топливо часто называют «нейтральным» в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO 2 , сколько до этого было взято из атмосферы использованными для его производства растениями. Однако ректификация этанола требует дополнительных затрат энергии, вырабатываемой одним из «традиционных» способов (в том числе и сжиганием ископаемого топлива). В 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в СО 2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.

Безопасность и регулирование

• Этанол - горючее вещество, смесь его паров с воздухом взрывоопасна.
• Спирт этиловый синтетический, технический и пищевой, непригодный для производства алкогольной продукции, входит в список ядовитых веществ для целей статьи 234 и других статей Уголовного кодекса Российской Федерации.
• С 2005 года розничная продажа спирта в России запрещена (за исключением районов Крайнего Севера).

Действие этанола на организм человека

В зависимости от дозы, концентрации, пути попадания в организм и длительности воздействия этанол также может обладать наркотическим и токсическим действием. Под наркотическим действием обозначается его способность вызвать кому, ступор, нечувствительность к боли, угнетение функций ЦНС, алкогольное возбуждение, привыкание, а также его наркозное действие. Под действием этанола происходит выделение эндорфинов в прилежащем ядре (Nucleus accumbens), у страдающих алкоголизмом также в орбитофронтальной коре (поле 10). Тем не менее, с юридической точки зрения этиловый спирт наркотиком не признан, так как это вещество не включено в международный список контролируемых веществ конвенции ООН 1988 года. В определённых дозах к массе тела и концентрациях приводит к острому отравлению и смерти (смертельная разовая доза - 4-12 граммов этанола на килограмм массы тела). Основной метаболит этанола ацетальдегид является токсичным, мутагенным и канцерогенным веществом. Существуют доказательства канцерогенности ацетальдегида в экспериментах на животных; кроме того, ацетальдегид повреждает ДНК. Длительное употребление этанола может вызвать такие заболевания, как цирроз печени, гастрит, язва желудка, рак желудка и рак пищевода, т.е. является канцерогеном, сердечно-сосудистые заболевания. Употребление этанола может вызвать оксидативное повреждение нейронов головного мозга, а также их гибель вследствие повреждения гемато-энцефалического барьера. Злоупотребление алкогольными напитками может привести к клинической депрессии и алкоголизму. Этанол может в небольших количествах синтезироваться в просвете желудочно-кишечного тракта в результате процессов ферментации углеводной пищи микроорганизмами (условный эндогенный алкоголь). Существование биохимических реакций с синтезом этанола в тканях организма человека (истинно эндогенный алкоголь) полагается возможным, но не доказано к настоящему моменту. Количество эндогенного алкоголя редко превышает 0,18 промилле, что находится на границе чувствительности самых современных приборов. Обычный алкотестер такие количества определить не может.

Виды и марки этанола

• Ректификат (точнее, спирт-ректификат) - это очищенный путём ректификации этиловый спирт, содержит 95,57 %, химическая формула C 2 H 5 OH. Может выпускаться по ГОСТ 18300-72 (Госстандарт СССР, спирт этиловый ректификованный технический, технические условия) и ГОСТ 5964-82; ГОСТ 5964-93. В зависимости от степени очистки технический этиловый ректификованный спирт выпускают марки «Экстра» и двух сортов: высшего и первого
• Спирт этиловый абсолютированный - содержание спирта >99,9 %.
• Спирт медицинский - содержание спирта 96,4-96,7 %.

Этимология названий

Для обозначения данного вещества используется несколько наименований. Технически наиболее правильным является термин этанол или этиловый спирт. Однако значительное распространение получили названия алкоголь, винный спирт или просто спирт, хотя спирты, или алкоголи - это более широкий класс веществ.

Этимология термина «этанол»

Названия этанол и этиловый спирт указывают на то, что данное соединение содержит в своей основе этил - радикал этана. При этом слово спирт (суффикс -ол) в названии указывает на содержание гидроксильной группы (-OH), характерной для спиртов.

Этимология названия «алкоголь»

Название алкоголь происходит от араб. ‏الكحل‎ аль-кухуль, означающего мелкий порошок, полученный возгонкой, порошкообразная сурьма, порошок для подкрашивания век. В русский язык слово «алкоголь» пришло через его немецкий вариант нем. alkohol. Однако в русском языке сохранился в виде архаизма, по всей видимости, и омоним слова «алкоголь» в значении «мелкий порошок».

Этимология слова «спирт»

Наименование этанола винный спирт произошло от лат. spiritus vini (дух вина). В русский язык слово «спирт» пришло через английский его вариант англ. spirit. В английском языке слово «спирт» в данном значении использовалось уже в середине XIII века, и только начиная с 1610 года слово «спирт» стало употребляться алхимиками для обозначения летучих веществ, что соответствует основному значению слова «spiritus» (испарения) в латинском языке. К 1670-м годам значение слова сузилось до «жидкостей с высоким процентным содержанием алкоголя», а летучие жидкости получили название эфиров.

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ (синоним: этанол, гидроксиэтан, алкоголь, винный спирт) - наиболее известный представитель класса спиртов, обладающий специфическим физиологическим действием на организм человека и животных. Этиловый спирт применяют в медицине как антисептическое средство, используют для растираний и компрессов, как растворитель при приготовлении жидких лекарственных форм и как консервирующее средство при изготовлении анатомических препаратов (см. Препараты анатомические). В биохимических, клинико-диагностических,санитарно-гигиенических лабораториях и в химико-фармацевтической промышленности этиловый спирт является одним из наиболее употребимых растворителей и реагентов. Как сырье или вспомогательный материал этиловый спирт используется более чем в 150 различных производствах, в том числе в пищевой и лакокрасочной промышленности, парфюмерии, в производстве порохов, кинопленки и фотопленки, а также в качестве сырья для получения ряда химических продуктов (например, этилацетата, хлороформа, этилового эфира). В некоторых странах этиловый спирт применяется как моторное топливо.

Благодаря спиртовому брожению (см.), осуществляемому с помощью микроорганизмов, образование этилового спирта из углеводов (см.) распространено как в природе, так и в быту и с древности освоено человеком. В малых количествах этиловый спирт содержится в природных водах, почве, атмосферных осадках, он найден в свежих листьях растений, молоке, тканях животных. Следы этилового спирта обнаружены в ткани головного мозга, мышцах, печени человека; в крови человека в норме содержится 0,03-0,04°/00 алкоголя.

Этиловый спирт С2Н5ОН - бесцветная гигроскопичная жидкость жгучего вкуса, с характерным (спиртовым) запахом; г°кипения 78,39°, t°UJl - 114,15°, удельный вес (при 20°) 0,789, коэффициент рефракции при 20°1,3614. Этиловый спирт легко загорается и горит слабоокрашенным пламенем, температура вспышки 14°, концентрационные пределы взрываемости паров этилового спирта в воздухе от 3 до 19 об%. Предельно допустимая концентрация этилового спирта в воздухе рабочей зоны составляет 1000 мг/м3. Подобно другим спиртам (см.), этиловый спирт в жидком состоянии сильно ассоциирован вследствие образования межмолекулярных водородных связей. Обычный этиловый спирт представляет собой азеотропную смесь (см. Азеотропные смеси) с водой (г°кипения 78,15°), содержащую 95,57% этанола, из которой при необходимости получают безводный, так называемый абсолютный, спирт. Этиловый спирт дает также азеотропные смеси со многими органическими жидкостями (бензолом, хлороформом, этилацетатом и др.). С водой, спиртами, этиловым эфиром (см.), глицерином (см.), ацетоном (см.) и многими другими растворителями этиловый спирт смешивается во всех соотношениях (с водой - с выделением тепла и уменьшением объема). Этиловый спирт растворяет многие органические и некоторые неорганические соединения, в лабораторной практике он служит одним из наиболее часто употребляемых растворителей (см.). С некоторыми неорганическими солями (см.) этиловый спирт образует кристаллосольваты, например СаС12 4С2Н5ОН, кристаллосольваты образуются также с этиловым спиртом и отдельными органическими соединениями (см.).

Для этилового спирта характерны химические свойства первичных спиртов. При окислении или каталитическом дегидрировании этиловый спирт превращается в ацет-альдегид (см. Альдегиды), а при более энергичном окислении - в уксусную кислоту (см.). Отщепление воды от этилового спирта при нагревании в присутствии катализаторов (серной кислоты, окиси алюминия) в зависимости от условий приводит к его превращению в этилен или диэтиловый эфир (см. Этиловый эфир). С карбоновыми и неорганическими кислотами или их производными этиловый спирт образует сложные эфиры (см.). Эта реакция широко используется для синтетических и аналитических целей. Обмен гидроксильной группы в молекуле этилового спирта на атом галогена (С2Н5ОН + НВг - С2Н5Вг + Н20) приводит к образованию этилгалогенидов - веществ, применяемых в органическом синтезе. При взаимодействии этилового спирта с галогенами в щелочной среде происходит так называемое галоформное расщепление: С2Н5ОН + 4Х2 + 6NaOH- СНХ3+HCOONa + 5NaX + 5Н20, где X - хлор, бром или йод. Галоформное расщепление используют для получения хлороформа (см.) и обнаружения этилового спирта (йодоформная проба). Со щелочными металлами (см.) этиловый спирт образует алкоголяты (этилаты): С2Н5ОН + Na -> -* C2H5ONa + V2H2. Хлорированием этилового спирта получают трихлорацетальдегид (хлораль): СН3СН2ОН + 4С12 -> -> СС13СНО + 5НС1.

Традиционным методом получения этилового спирта является сбраживание углеводсодержащего сырья (зерна, картофеля, мелассы). Суммарная реакция спиртового брожения (С6Н1206-> -> 2С2Н5ОН + 2С02) идет с высоким выходом этилового спирта (свыше 90%) и состоит из ряда стадий с постепенным расщеплением глюкозы (см.) или фруктозы (см.) до ацетальдегида, который восстанавливается до этилового спирта. Эту реакцию катализирует дрожжевая алкогольдегидрогеназа (КФ 1.1.99.8). Полученные разбавленные-растворы этилового спирта концентрируют перегонкой до образования спирта-ректификата (96-96,5 об. % С2Н5ОН). Крахмалистые материалы, используемые для получения этилового спирт,а предварительно подвергают осахариванию до глюкозы амилазой солода (см. Амилазы) и затем сбраживают дрожжами. В качестве углеводсодержащего сырья применяют также продукты гидролиза целлюлозы (см.) и отходы ее производства (сульфитные щелока). Этиловый спирт, полученный брожением сырья с высоким содержанием пектиновых веществ или лигнина, в качестве примеси содержит заметное количество метилового спирта (см.).

Большое практическое значение имеет также производство этилового спирта из этилена: СН2 - СН2 + Н20 + С2Н5ОН (реакция проходит при повышенной температуре и давлении и катализируется серной кислотой), а также прямой гидратацией этилена в присутствии кислотных катализаторов; этим методом в настоящее время в большинстве стран получают основное количество этилового спирта.

В организме человека этиловый спирт окисляется до ацетальдегида (см. Ук-сусный альдегид): СН3СН2ОН + НАД+ ^ СНдСНО + НАД Н + Н+. Эта реакция катализируется алкогольдегидрогеназой (КФ 1.1.1.1) печени; этот катализатор - первичный фермент метаболизма этилового спирта. Образовавшийся ацетальдегид окисляется (главным образом в печени) до уксусной кислоты, которая, превращаясь в ацетил-КоА, включается в обмен веществ (см. Трикарбоновых кислот цикл).

На организм человека этиловый спирт оказывает наркотическое и токсическое действие, вызывая вначале возбуждение, а затем резкое угнетение центральной нервной системы (см. Алкогольное опьянение). Систематическое употребление спиртных напитков даже в небольших дозах приводит к нарушению важнейших функций организма и тяжелейшему поражению всех органов и тканей, вызывает органические заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, печени, пищеварительного тракта, ведет к моральной и психической деградации личности (см. Алкоголизм, Алкоголизм хронический).

Степень повреждения, различная частота и темп прогрессирования поражения разных органов зависят от дозы и частоты приема алкоголя больным алкоголизмом. Наиболее характерными признаками алкогольной интоксикации, особенно в стадии ее обострения, является наличие при морфологическом исследовании биопсийного материала так называемого алкогольного гиалина в гепатоцитах и накопление промежуточных филаментов в цитоплазме эпителиальных и мезенхимальных клеток (последнее является морфологическим выражением расстройства белкового обмена). Нарушение липидного обмена при алкогольной интоксикации проявляется в накоплении включений жира в цитоплазме клеток разных органов. Наиболее характерными морфологическими проявлениями так называемой алкогольной болезни является сочетание признаков нарушения белкового и липидного обменов, выраженных микроциркуляторных расстройств в виде полнокровия сосудов, наличия плазморрагий и кровоизлияний; в экссудате преобладают полиморфно-ядерные лейкоциты и макрофаги с морфологическими признаками функциональной недостаточности, что подтверждает состояние иммунного дефицита у алкоголика (см. Иммуно логическая недостаточность).

Методы определения. Содержание этилового спирта в смесях с водой определяют по плотности растворов с помощью специальных таблиц (спиртометрия). Для химического обнаружения этилового спирта используют йодоформную пробу, которую, однако, можно применять лишь в отсутствие веществ, также образующих йодоформ (ацетальдегида, ацетона, молочной и пировиноградной кислот); образование этилового эфира бензойной кислоты С6Н5СООС2Н5, распознаваемого по характерному запаху (необходимо иметь в виду, что метиловый спирт дает аналогичную пробу), или образование этилового эфира гс-нитро-бензойной кислоты n-02NC6H4C00C2H5, определяемого по температуре плавления (57°); а также специфическую цветную реакцию ацетальдегида, образующегося окислением этилового спирта, со вторичными аминами и нитропруссидом натрия (проба Симона). Для определения этилового спирта применяют его легко получаемые эфиры с характерными температурами плавления (гс-нитробензойной кислоты, 3,5-динит-робензойной кислоты и др.). Для количественного определения содержания этилового спирта в водных растворах используют также рефрактометрию (см.) и спектр о фотометрию (см.) на основе пробы Симона. Большинство современных химических методов определения, этилового спирта в биологических жидкостях основано на его окислении и спектрофотометрическом измерении концентрации продуктов окисления либо титровании непрореагировавшего окислителя, чаще всего бихромата (см. Титриметрический анализ); из анализируемых образцов этиловый спирт предварительно изолируют отгонкой или диффузией (метод Видмарка и др.). Более специфичны ферментативные методы определения этилового спирта, основанные на его окислении алкогольдегидрогеназой и спектрофотометрировании образовавшегося НАД Н, а также определение этилового спирта с помощью газожидкостной хроматографии (см.). Эти методы применимы и для определения этилового спирта в выдыхаемом воздухе. Количественное определение этилового спирта в крови и моче является достоверным показателем интоксикации этиловым спиртом. Для проведения наиболее точного, специфичного и чувствительного измерения концентрации этиловый спирт с помощью газожидкостной хроматографии достаточно 2-5 мл крови или мочи. Для установления интоксикации этиловым спиртом применяют и другие количественные методы определения этанола, например метод Видмарка, титриметрический метод (титрование непрореагировавшего окислителя) и др.

Для количественного определения этилового спирта из вены берут 5-10 мл крови в небольшую пробирку (до краев) так, чтобы не оставалось воздуха. Проба мочи в таком же объеме берется из общего количества мочи, выпущенной в чистую емкость. Обработку кожи, посуды и инструментов производят нелетучим антисептиком, не содержащим этиловый спирт. Взятый материал может храниться не более 1 суток, обязательно в холодильнике.

Качественные пробы на этиловый спирт при подозрении на алкогольное отравление являются предварительными и неспецифичными, поэтому их результаты должны подтверждаться количественным определением этилового спирта. Пары этилового спирта в выдыхаемом воздухе обнаруживаются через 10-20 минут после его приема и в течение 1,2-20 часов, в зависимости от крепости алкогольного напитка и принятой дозы. Среди качественных проб на этиловый спирт наиболее распространена проба по Мохову и Шинкаренко с использованием индикаторных трубок. Запаянные с обоих концов стеклянные трубки содержат реагент оранжевого цвета - силикагель, обработанный раствором хромового ангидрида в концентрированной серной кислоте. Для проведения пробы концы трубки отламывают, и испытуемый в течение 20-30 секунд выдувает в трубку воздух. Под действием паров этилового спирта происходит восстановление ионов хрома, и оранжевая окраска реагента меняется на зеленую или голубую. Однако положительный результат может быть получен также при действии на реагент паров метилового спирта, ацетона (у больных сахарным диабетом), эфира и альдегидов. Пары бензина, уксусной кислоты, дихлорэтана, фенола окрашивают реагент в темно-коричневый цвет. Реже применяется проба Рапопорта, основанная на растворении в дистиллированной воде этилового спирта, содержащегося в выдыхаемом воздухе, и последующем его окислении перманганатом калия в присутствии серной кислоты. При этом происходит изменение окраски раствора. Эта проба также не специфична, так как положительный результат при ее применении может быть получен при растворении в воде паров эфира, ацетона, бензина, сероводорода, метилового спирта. Для определения присутствия этилового спирта в моче или цереброспинальной жидкости используют пробу Никлу, основанную на изменении окраски исследуемой жидкости с оранжевой на зеленую после последовательного добавления кристаллического перманганата калия и концентрированной серной кислоты.

Механизм токсического действия этилового спирта связан с его избирательным поражением центральной нервной системы, прежде всего нервных клеток коры больших полушарий (см. Алкогольное опьянение). Ряд веществ, поступивших в организм одновременно с этиловым спиртом снотворные барбитурового ряда, транквилизаторы, оксид углерода и др.), усиливает его действие. Вещества, повышающие основной обмен, обычно увеличивают скорость окисления этиловым спиртом в организме. К таким веществам относятся адреналин (см.), инсулин (см.), тироксин (см.) и др. Некоторые вещества являются прямыми антагонистами этилового спирта (фенамин, первитин и др.) и при поступлении в организм значительно ослабляют внешние проявления интоксикации этиловым спиртом.

На первом этапе интоксикации этиловым спиртом накапливается в крови, достигая максимума в среднем через 1-1,2 (фаза резорбции). После небольшого периода диффузного равновесия концентрации этилового спирта в крови и других жидкостях, в органах и тканях содержание спирта в крови постепенно снижается, одновременно в моче его концентрация возрастает (фаза элиминации).

Освидетельствование для установления алкогольного опьянения производится по направлению правоохранительных органов, суда и администрации учреждений. В акте освидетельствования должны быть указаны анамнестические сведения (предшествовавшие заболевания и травмы, периодичность приема этилового спирта, его переносимость, время последнего приема алкоголя и др.), данные объективного исследования - конституция и вес (масса) тела, результаты клинического обследования и психотехнических испытаний, результаты качественных проб на алкоголь и количественного определения этилового спирта в крови и моче. Проведение экспертизы состоит из двух этапов: врачебного освидетельствования, которое проводится, как правило, невропатологами или психиатрами, и химические исследования с целью обнаружения этилового спирта в организме.

«Методическими указаниями о судебно-медицинской диагностике смертельных отравлений этиловым алкоголем и допускаемых при этом ошибках» М3 СССР (1974) рекомендуется следующая ориентировочная токсикологическая оценка различных концентраций алкоголя в крови: менее 0,3%0 - отсутствие влияния алкоголя; от 0,3 до 0,5%0 - незначительное влияние алкоголя; от 0,5 до 1,5% - легкое опьянение; от 1,5 до 2,5% - опьянение средней степени; от 2,5 до 3% - сильное опьянение; от 3 до 5%0 - тяжелое отравление, может наступить смерть; от 5% и выше - смертельное отравление. Приведенная оценка применима лишь для фазы резорбции. В фазе элиминации состояние человека, принявшего алкоголь, может быть легче или тяжелее указанного выше, поэтому необходимо проводить сравнительную оценку содержания этилового спирта в крови и моче.

Отсутствие этилового спирта в крови и наличие его в моче свидетельствуют о факте приема этилового спирта, однако не позволяют установить степень алкогольной интоксикации. При сопоставлении концентрации этилового спирта в крови и моче можно ориентировочно определить время приема алкоголя.

Обнаружение этилового спирта при судебно-медицинском исследовании трупа имеет значение для диагностики смертельного отравления этиловым спиртом и для установления факта алкогольной интоксикации перед наступлением смерти. Необходимо определить концентрацию этилового спирта в трупе, собрать анамнестические данные, установить возраст умершего, собрать сведения об обстоятельствах смерти и т. д. Смертельной дозой считается 200-300 мл чистого этилового спирта, однако эта доза колеблется в зависимости от возраста, привыкания к этиловому спирту, состояния здоровья и др. Для людей, привычных к алкоголю, и хронических алкоголиков смертельная доза может быть выше в несколько раз. Смерть от отравления этиловым спиртом возможна на любой стадии алкогольной интоксикации. Средней смертельной концентрацией этиловым спиртом в крови считается 3,5-5%, а концентрация выше 5% является безусловно смертельной.

Отравление этиловым спиртом обостряет течение многих заболеваний и может способствовать наступлению смертельного исхода. Необходимо проводить дифференциальную диагностику смерти от острого отравления этиловым спиртом со смертью от заболевания (чаще сердечно-сосудистого), наступившей в состоянии острой алкогольной интоксикации. К установлению острого отравления этиловым спиртом в качестве причины смерти следует подходить с большой осторожностью и во всех случаях этот вывод тщательно аргументировать.

П. И. Новиков (1967) рекомендует для оценки количественного содержания этилового спирта в трупе брать для химического исследования кровь, мочу, содержимое желудка и цереброспинальную жидкость. Соотношение концентрации этилового спирта в этих жидкостях позволяет ориентировочно определять стадию алкогольной интоксикации, время приема этилового спирта и принятую дозу. Если судебно-медицинскому исследованию подвергается не весь труп, а лишь отдельные его части, можно определить концентрацию этилового спирта во внутренних органах или в мышцах с последующим пересчетом на содержание этилового спирта в крови. Необходимо помнить, что при гнилостном разложении в трупе происходит образование этилового спирта, концентрация которого может достичь 0,5-1%.

Библиогр.: Балякин В. А. Токсикология и экспертиза алкогольного опьянения, М., 1962; Каррер П. Курс органической химии, пер. с нем., с. 118, Л., 1960; Кольковски П. Колориметрический экспресс-метод полуколичест-венного определения этилового спирта, Лаборат. дело, № 3, с. 17, 1982; Новиков П. И. Экспертиза алкогольной интоксикации на трупе, М., 1967; Пауков В. С. и Угрюмов А. И. Патологоанатомическая диагностика алкоголизма, Арх. патол., т. 47, в. 8, с. 74, 1985; Полюдек-Фабини Р. и Б е й р и х Т. Органический анализ, пер. с нем., с. 54, Л., 1981; Руководство по судебно-медицинской экспертизе отравлений, под ред. Р. В. Бережного и др., с. 210, М., 1980; Серов В. В. и Лебедев С. П. Клиническая морфология алкоголизма, Арх. патол., т. 47, в. 8, с. 3, 1985; Солдатенков А. Т. и Сытинский И. А. Методы определения алкоголя в биологических жидкостях, Лаборат. дело, № 11, с. 663, 1974; Стабников В. H., Р о й т е р И. М., и Процюк Т. Б. Этиловый спирт, М., 1976; Уайт А. и др. Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, с. 780, М.,

А. И. Точилкин; Р. В. Бережной (суд.).

(этиловый спирт, винный спирт) — органическое соединение, представитель ряда одноатомных спиртов состава С 2 Н 5 ОН (сокращенно EtOH). При обычных условиях представляет собой бесцветную, легковоспламеняющейся жидкостью. Согласно Национального стандарта Украины ДСТУ 4221: 2003 этанол — это токсичное вещество наркотическим действием, по степени воздействия на организм человека относится к четвертому классу опасных веществ. Обладает канцерогенными свойствами.

Этанол является главным действующим составляющей спиртных напитков, которые обычно изготавливаются ферментацией углеводов. Для промышленных нужд этиловый спирт часто синтезируют с нефтяной и газовой сырья каталитической гидратацией этилена. Кроме изготовления пищевых продуктов этанол применяется в большом количестве в качестве горючего, растворителя, антисептика и как сырье для получения других промышленно важных веществ.

История

Этанол использовался человечеством еще с древних времен. Он играл роль составной части напитков, лекарств, как успокоительное и афродизиак, а также имел место в проведении религиозных обрядов.

В Древнем Египте его добывали ферментацией растительного сырья. Таким способом получали только разбавленный раствор спирта. С целью увеличения концентрации в Китае изобрели способ перегонки. Как свидетельствуют росписи на китайской керамике, напитки из ферментированной смеси риса, фруктов и меда изготавливали еще 9000 назад. Примерно в это же время на Ближнем Востоке спирт получали из винограда и ячменя, о чем свидетельствуют записи на глиняных табличка в Междуречье.

В Средневековье этиловый спирт играл роль основы для приготовления многочисленных лекарств и настоек. Алхимики всегда использовали этанол в своих работах, дав ему название лат. Aqua vitae, то есть живая вода.

Чистый этанол впервые получил в 1796 году российско-немецкий химик Товий Егорович Ловиц. Согласно описанию ведущего ученого того времени Антуана Лорана Лавуазье, исследуемая соединение состояла из химических элементов углерода, водорода и кислорода. В 1808 году швейцарский биохимик Николя Теодор де Соссюр установил химическую формулу этанола, а пятьдесят лет спустя шотландский химик Арчибальд Скотт Купер предложил его структуру.

Первый синтетический метод получения этилена разработали независимо друг от друга английский химик Генри Геннель и французский фармацевт Жорж-Симон Серюлла в 1826 году. А в 1828 английский физик и химик Майкл Фарадей получил этанол путем каталитической гидратации этен, побочного продукта переработки нефти и газа. Этот способ лег в основу многих методов, которые применяются в производстве этанола и по сей день.

структура

Оба атома углерода в молекуле этанола, в том числе и атом, который связан с гидроксильной группой, находятся в состоянии sp 3 -гибридизации. Расстояние C-C составляет 1,512 ангстрем.

В зависимости от положения гидроксильной группы по отношению к другой части молекулы, различают гош — (фр. Gauche) и транс-формы. Транс-форма характеризуется положением связи O-H гидроксильной группы в одной плоскости со связью C-C и одним из C-H связей. В гош -форме атом водорода в гидроксильной группе обращен в сторону. Дипольный момент для гош-формы составляет 1,68 D, а для транс-формы — 1,44 D.

Распространение в природе

Этанол является продуктом жизнедеятельности некоторых грибов. Среди них основными являются рода Saccharomyces, Schizosaccharomyces, а также Kluyveromyces. Одним из наиболее известных представителей этих классов является вид Saccharomyces cerevisiae, который имеет тривиальное название пивные дрожжи. К другим распространенным видам относятся Saccharomyces pastorianus, Saccharomyces anamensis, Schizosaccharomyces pombe, Candida utilis тому подобное. Также этанол образуют некоторые бактерии, например, Zymomonas mobilis.

В 1975 году астрономы сообщили о нахождении значительных скоплений этанола в газо-пылевом облаке Стрелец B2. По подсчетам ученых количество имеющихся там молекул этанола значительно превышает количество спирта, полученного за всю историю человечества. Найденный этанол имел транс-форму молекул, а в 1996 году он был зафиксирован и в гош -форме.

Среди возможных путей образования этанола в межзвездной среде приводится, в частности, его синтез из метана и метил-катиона под действием излучения:

Другим потенциальным способом является взаимодействие метил-катиона с формальдегидом, который также распространен в космосе:

физические свойства

Этанол — бесцветная жидкость со слабым «алкогольным» запахом. Он летучим и легковоспламеняющимся. Смешивается в любых пропорциях с водой, эфирами, ацетоном, бензол. Этиловый спирт является хорошим растворителем для многих органических, а также неорганических веществ.

С водой образует азеотропную смесь: 95,6% спирта и 4,4% воды. Безводный этанол незначительно гигроскопичен: для достижения стабильности он способен поглотить 0,3-0,4% воды.

получение

гидратация этилена

Для получения этанола из этилена есть два основных пути. Исторически первым стал метод непрямой гидратации, изобретенный в 1930 году компанией «Union Carbide». Другой, разработанный в 1970-х годах, был спроектирован как бескислотный метод (отказ от использования серной кислоты).

косвенная гидратация

Получение этанола из этилена с использованием серной кислоты происходит в три стадии. Сначала этилен поглощается концентрированной кислотой, образуя эфиры етилсульфат или диэтил сульфат:

Поглощение проводится 95-98% раствором кислоты при температуре 80 ° C и давлении 1,3-1,5 МПа. Данное взаимодействие экзотермической, поэтому стенки реактора должны иметь охлаждения. Присутствие в растворе кислоты етилсульфату позволяет существенно увеличить скорость поглощения, поскольку растворимость этилена в етилсульфати значительно выше, чем в чистой кислоте.

На второй стадии полученные продукты реакции испытывают гидролиза и разлагаются с образованием спирта и кислоты. Однако выключенной является взаимодействие двух базовых эфиров, которая ведет к образованию третьего, диэтилового:

После обработки серной кислоты с абсорбированы этил- и диэтилсульфат в достаточном количестве воды, раствор приобретает концентрации около 50-60%. Продукты гидролиза направляются на колонны для разделения: разведенная кислота оставаться внизу резервуара, а газовать спиртово-Этерна смесь — наверху. Целевую смесь промывают водой или разбавленным раствором гидроксида натрия, а затем очищают перегонкой.

Заключительным этапом является восстановление концентрации разбавленной кислоты. Этот этап является одним из самых дорогостоящих во всем синтезе. С помощью системы кислотных испарителей удается поднять концентрацию кислоты до 90%. Увеличение этого показателя до необходимых 98% проводится смешиванием с олеумом (концентрации 103%).

Серьезной проблемой для метода непрямой гидратации является образование в кислоте углеродистых веществ, которые оказывают существенное влияние на ее концентрацию. Использование концентрированной кислоты также вызывает появление коррозии на оборудовании, поэтому некоторые части оборудования производятся из кремния, сплавов тантала, свинца и т.

прямая гидратация

Синтез по схеме прямой гидратации проводится с использованием катализаторов. Здесь существует две формы взаимодействия:

• с твердым или жидким катализатором контактируют газообразные реагенты (газофазной процесс)
• с твердым или жидким катализатором контактируют как жидкие, так и газообразные реагенты (змишанофазний процесс).

Этанол синтезируют преимущественно за газофазным процессом. Выходной этилен и воду пропускают над угольным катализатором, насыщенный ортофосфорная кислота:

При обычных температурах лишь незначительное количество этанола может находиться в газовой фазе, а увеличение температуры приведет к уменьшению его концентрации. Выровнять равновесие реакции можно, применив принцип Ле Шателье — Брауна, — увеличив давление в реакционной смеси и уменьшив количество молекул в системе. Оптимальными условиями для проведения взаимодействия является темепратура 250-300 ° C и давление 6,1-7,1 МПа.

Продукт реакции может подвергаться межмолекулярного дегидратации, что ведет к образованию диэтилового эфира:

В случае, если в углеводном сырье содержится примесь ацетилена, она гидратируется к этаналя:

Присутствие этаналя нежелательна, поскольку из него образуется кротоновой альдегид, который негативно влияет на качество этанола, даже в количестве миллионных частей:

получение ферментацией

Добыча этанола путем ферментации (брожения) сахаристых веществ является старейшим. Для его производства может применяться любой продукт, содержащий сахар или вещества, из которых его можно получить (например, крахмал). В качестве сахаросодержащих продуктов используют фруктовый и тростниковый сахар, сахарную свеклу, патоку, а крахмалосодержащие является картофель, зерна пшеницы, ржи, кукурузы. Также используется в качестве сырья целлюлоза (из отходов сельского хозяйства, целлюлозно-бумажной промышленности и т.п.).

Извлечения из крахмала и сахара

Для превращения крахмала в сахаристые вещества его сначала подвергают гидролизу. С этой целью сырье (растертую картофель или муку) заваривают горячей водой, чтобы ускорить набухание крахмала. Также к сырью добавляют фермент, под воздействием которого происходит оцукровування крахмала, то есть превращение его в глюкозу.

В качестве фермента используют диастаза, содержащаяся в проросших зернах, или другие амилазы грибкового происхождения.

Вторая стадия, которое аналогична и для получения спирта из сахаров, заключается в анаэробном брожении, то есть превращении в спирт и диоксид углерода:

Здесь реакция происходит под действием микроорганизмов: грибов (дрожжей) или бактерий.

Среди применяемых в процессе дрожжей действующее место занимают Saccharomyces cerevisiae (так называемые пивные дрожжи). При их использования важное значение имеют кислотность среды и температура — они влияют на рост дрожжей, выход этанола, формирование побочных продуктов и загрязнения бактериями. Обычно такое брожение в промышленном производстве проводится по pH 4-6. При значении pH менее 5 рост бактерий в среде сильно подавлен; для роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae кислотность должна поддерживаться в промежутке 2,4-8,6 с оптимальным значением 4,5, а процесс брожения имеет большую интенсивность в диапазоне 3,5-6.

Большинство дрожжей, используемых в производстве этанола, имеют оптимальную температуру для роста около 39-40 ° C, а максимальное значение наблюдается в виду Kluyveromyces marxianus — 49 ° C. Поскольку процесс брожения является экзотермическим (с 1 г поглощенной глюкозы выделяется 586 Дж тепла), использование дрожжей с высшим оптимальной температурой роста позволяет сэкономить средства на охлаждении реакционной системы. Важным моментом является подача незначительных количеств кислорода для синтеза дрожжами ненасыщенных жирных кислот и эргостерола, которые способствуют их росту и хорошей проницаемости клеток. При отсутствии кислорода нехватка кислот и стерола повлечет изменения в физиологии дрожжей уже через несколько поколений.

Также в синтезе этанола применяют бактерии, в частности, распространенный вид Zymomonas mobilis, которые имеют большую скорость роста, высокий выход конечного продукта и не зависят от подачи кислорода.

Извлечения из целлюлозы

Как целлюлоза, так и крахмал является полисахаридами, полимерами углеводов, но синтез этанола из целлюлозы значительно тяжелее из-за ее малую склонность к гидролизу. Ее структура более подобна кристаллической, что усложняет разрыв связей внутри полимера, а в растениях ее защищает от гидролитического распада слой лигнина (после обработки целлюлозы кислотой гидролизуется лишь 15% всей массы). В отходах сырья также содержится гемицеллюлоза, которая состоит в основном из пентоз.

Предоперационная обработка включает в себя размола, замачивания исходного сырья для набухания. Впоследствии ее нагревают в автоклавах с 0,3-0,5% -ной кислотой под давлением 7-10 атм. В качестве кислоты чаще всего используется серная, реже — соляная. По окончании процесса кислоту концентрируют в отдельном резервуаре и снова пускают в производство, а лигнин отфильтровывают и очищают промывкой.

Полученный таким способом этиловый спирт называют гидролизным. Его применяют только для технических целей, потому что в нем содержится целый ряд вредных примесей, в том числе метиловый спирт, ацетон и др.

Также, в отличие от кислотной гидролиза, применяется энзиматический метод. Здесь гидролиз происходит под действием грибов вроде Trichoderma viride. Предварительная обработка включает в себя устранение лигнинового оболочки действием растворителе кадоксену (раствор с 5-7% содержанием оксида кадмия и 28% Этилендиамин) и обработку жидким аммиаком под высоким давлением, который будоражит волокна в целлюлозе, облегчая проникновение энзимов. В некоторых случаях удается достичь стопроцентной переработки целлюлозы.

другие способы

Гидролиз галогенпроизводных углеводородов

Этанол образуется при гидролизе галогенозамищеного этана. Его проводят в воде или в водном растворе щелочей. В первом случае реакция является обратной, а во втором может происходить элиминирования (отщепления) гидрогенгалогениду:

Конверсия синтез-газа

Добыча этанола из синтез-газа аналогичен методу получения метанола за процессом Фишера — Тропша:

Реакция происходит при температуре 125-175 ° C и давлении 1,42 МПа, используя катализатор типа порошкообразного железа.

Восстановление органических соединений

Восстановление альдегидов и кислот является довольно распространенным методом получения спиртов, в том числе и этанола:

Каталитическое восстановление зазвичать проводят над никелем Ренея, платиной; в лабораторных условиях застосовуетьcя алюмогидрид лития и борогидрид натрия.

очистка этанола

Синтезированный этанол обычно водно-спиртовой смесью. Его очистки и обезвоживания начинается с перегонки (ректификации), которой можно достичь концентрации 95,6% об. Образована смесь является азеотропной и не может быть очищена последующей перегонкой. Для дополнительной дегидратации используют бензол, циклогексан или гептан. Их присутствие создает новые азеотропные смеси с низкой температурой кипения, что позволяет получить безводный этанол.

В промышленных масштабах для обезвоживания могут использоваться молекулярные сита, чьи поры проницаемы для молекул воды, но не для этанола. Такие сита могут быть искусственными или цеолитов природного происхождения (например, клиноптилолита). 75% адсорбированных молекул является водой, остальные 25% — этанол, который затем снова возвращается в перегонных систему.

Также применяется мембранный метод, который заключается в разделении подогретой до 60 ° C водно-спиртовой смеси полупроницаемой мембраной, которая не пропускает этанол. Данная операция выполняется под действием давления менее 1 кПа. В результате разделения образуется этанол с концентрацией 99,85% и раствор, прошедший через мембрану, с концентрацией 23%. Конденсированный мембранный раствор может быть снова ректификованный.

Классификация этанола

Получаемый спирт по своему составу условно разделяют на четыре класса:

• промышленный этанол (96,5% об.) — продукт для промышленного и технического использования: в качестве растворителя, топливо и т. Для предотвращения его применению обычно в него добавляют вещества с неприятным запахом, например, пиридин в количестве 0,5-1% (проводят денатурацию). Также для более легкого определения ему могут оказывать слабого окраска метиловым фиолетовым;
• денатурированный спирт — технический продукт с концентрацией этанола 88% об., что значительное количество примесей. Он денатурируется и окрашивается соответствующим образом. Используется в освещении и обогреве;
• качественный алкоголь (96,0-96,5% об.) — очищенный этанол, применяется для нужд фармацевтики, в изготовлении косметических средств для пищевого потребления;
• абсолютный этанол (99,7-99,8% об.) — очень чистый этанол, применяется в фармацевтике, изготовлении аэрозолей.

В Украине марки получаемого ректификованного этанола регламентируются стандартом ДСТУ 4221: 2003 «Спирт этиловый ректификованный». В зависимости от степени очистки выделяется четыре сорта: «Пшеничная слеза», «Люкс», «Экстра» и «Высшей очистки».

химические свойства

Этанол является одноатомный первичным спиртом и гидроксильная группа приводит большинство его химических свойств. Так, этанол может брать часть в реакциях дегидратации — как внитришньомолекулярнои, так и межмолекулярного:

При взаимодействии с другими спиртами образуется смесь трех эфиров:

С карбоновыми кислотами этанол в присутствии концентрированной серной кислоты образует эфиры:

В результате присоединения этанола до ацетилена синтезируется винилетиловий эфир:

Проявляя свои кислотные свойства, этанол реагирует с щелочными металлами (например, натрием) и щелочами с образованием этоксид:

Эта реакция проводится в безводной среде, поскольку гидроксид образуется быстрее, чем этоксид.

Менее активные металлы — алюминий и магний — также взаимодействуют с этанолом, но только в присутствии катализатора ртути:

Имеющаяся в молекуле гидроксильная группа может замещаться галогенидных кислотами с образованием галогенпроизводных этана:

Этанол окисляется до этаналя, а затем — в уксусной кислоты результатом полного окисления (например, сжигание этанола) является диоксид углерода и вода:

Обрабатывая этанол аммиаком при 300 ° C в кислой среде, образуются замещены амины: первичные, вторичные, третичные или даже четвертичные аммониевые соли (в зависимости от соотношения реагентов):

Этанол является сырьем для синтеза бутадиена. Реакция проводится при температуре 370-390 ° C и в присутствии катализаторов — MgO-SiO 2 или Al 2 O 3 -SiO 2 (с селективностью 70%):

биологическое действие

метаболизм

Почти весь потребленный спирт (90-98%) метаболизируется организмом и лишь небольшая его часть (2-10%) выводится в неизмененном виде: с мочой, воздухом, потом, слюной. Потребление этанола приводит к чрезмерному мочеиспускания: каждые 10 г алкоголя способствуют потере организмом 100 мл жидкости, не способствует удалению спирта из организма. Основная часть этанола, поступившей в организм, попадает в печень, где в микросомах испытывает биологического преобразования.

На первой стадии метаболизма из этанола образуется ацетальдегид. Это происходит под действием алкогольдегидрогеназы (АДГ) — фермента, кофактором которого является никотинамид (НАД). Впоследствии ацетальдегид, образующийся из этанола, окисляется в ацетат в митохондриях ферментом альдегиддегидрогеназа, которая как кофермент использует НАД, который, присоединяя протон, восстанавливается до НАД · Н. На этой стадии взаимодействие происходит гораздо быстрее, чем на предыдущей. Ацетат поступает в цикл Кребса, где разрушается до СО 2 и Н 2 О. Альдегиддегидрогеназу обнаруживают не только в печени, но и в других органах, включая головной мозг. У взрослого, здорового человека АДГ разрушает около 10 г спирта в час.

Кроме основного метаболического процесса, этанол окисляется также и двумя другими путями. Один из них происходит с участием микросомальное оксидазы в сочетании с восстановленным никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), в то время как другой — с участием каталазы в сочетании с пероксидом водорода. Оба пути ведут к образованию токсичного альдегида, который обладает канцерогенными свойствами и в десятки раз токсичнее по сравнению с этанолом.

Воздействие на организм

Попадая в тело человека через пищевод, этанол быстро всасывается. В желудке поглощается 20% первоначального этанола, а в тонком кишечнике — 80%. После поглощения он попадает в кровь уже через 5 минут, распространяясь с кровотоком по всему организму.

Центральная нервная система. Этанол угнетает функции ЦНС подобно другим анестезирующих веществ. Несмотря на распространенное мнение, этанол не стимулирует действие нервной системы: если возбуждение и возникают, то их появление обусловлено противодействием тормозным процессам. В обычных дозах этанол действует в основном на активирующее функцию ретикулярной формации стволовой части мозга и только большие дозы непосредственно подавляют функцию коры головного мозга.

Хроническое употребление этанола вызывает дефицит серотонина. Функциональное снижение активности этой системы препятствует развитию толерантности и, наоборот, увеличение ее активности, повышение уровня серотонина ускоряют развитие толерантности к алкоголю. Под действием этанола нарушается обмен дофамина, который участвует в синтезе норадреналина и координирует движения, эмоциональный и психический состояния. Также этанол оказывает отрицательное влияние на физические и психические возможности: он снижает остроту зрения и слуха, нарушает мышечную координацию и устойчивость, замедляет время реакции на раздражение.

Дыхательная система. Этанол имеет ярко выраженное токсическое действие на органы дыхания. Поражение легких сказывается развитием бронхолегочной инфекции вследствие уменьшения защитных функций организма. Негативное воздействие алкоголя связано с угнетением фагоцитоза и образования антител, содействием проникновению бактерий в дыхательные пути и тому подобное. Бронхолегочные патологии могут перерасти в появлении острой пневмонии, которая имеет значительный процент летальных случаев.

Сердечно-сосудистая система. Под действием этанола растворяются липиды клеточных мембран, в частности, клеток миокарда. В результате увеличивается проницаемость мембран и нарушается обмен ионов натрия, калия, магния и кальция. Это ослабляет сократительную способность сердечной мышцы.

Пищеварительная система. Однократный прием приводит острый геморрагический эрозивный гастрит; аналогичная действие этанола и на слизистую оболочку двенадцатиперстной кишки. Уже через минуту после попадания в желудок крыс этанол вызывал диффузную гиперемию слизистой желудка.

Печень. Степень повреждения печени этанолом напрямую зависит от количества употребленного алкоголя. В результате его действия могут появляться стеатоз, фиброз, алкогольный гепатит и цирроз, нередко заканчивается развитием гепатоклеточная карциномы. Так, по данным Международного агентства по исследованию рака этанол обладает канцерогенным действием.

Одним из результатов длительного воздействия на организм этанола является увеличение объема эритроцитов — макроцитоз, вызванный токсическим действием ацетальдегида, дефицитом фолиевой кислоты и гиперлипидемией.

алкоголизм

Этанол является основой спиртных напитков. Их длительное применение вызывает появление алкоголизма.

Алкоголизм представляет собой совокупность явлений, характеризующих клиническую картину зависимости от алкоголя (то есть этанолсодержащими продуктов). Среди симптомов и проявлений такой зависимости стостеригаються: толерантность организма к алкоголю, физическая зависимость, синдром отмены при прекращении или уменьшении потребления, неконтролируемое и время чрезмерное потребление.

Выделяют три стадии прогресса алкоголизма:

1. у человека отсутствует влечение к алкоголю, наблюдается потеря контроля при потреблении, переход к систематическому потреблению, увеличение толерантности к алкоголю, присутствуют начальные расстройства в психической сфере;
2. имеется физическая зависимость с потерей меры, формирования психопатоподобной синдрома, нарушения деятельности систем организма (сердечно-сосудистой, мочеполовой, дыхательной) и органов (появление гастрита, гепатита)
3. зависимость от алкоголя является психической, присутствует сильное физическое влечение как проявление синдрома отмены, появление галлюцинаций, необратимые повреждения внутренних органов (цирроз печени, сердечные болезни, энцефалопатия и т.д.).

Влияние на беременность

Риск возникновения отклонений в развитии плода является прямо пропорциональна количеству потребленного во время беременности алкоголя.

Этанол легко проникает через плаценту, поэтому его содержание в крови матери и плода быстро достигает одинакового уровня. Он накапливается в тканях плода, богатых фосфолипиды, в головном мозге, а также эритроцитах. Выведения алкоголя из организма осуществляется с помощью ферментов печени, а у будущего ребенка она формируется только во второй половине беременности матери. Вредное воздействие этанола на плод связан с незрелостью защитного механизма и повышенной проницаемостью сосудов и тому подобное. Особое значение имеют критические периоды эмбрионального развития, когда чувствительность эмбриона и плода к чужеродным веществам достигает максимального уровня. Токсическое действие этанола является причиной замедления развития или даже гибели эмбриона.

Потребление матерью этанола во время беременности связано с появлением фетальных (плодотворных) тератогенных эффектов. Влияние алкоголя проявляется в нарушении общего развития плода, рождении ребенка с меньшими, чем в норме, массой тела и ростом, психической неполноценностью. В частности, пораженные тератогенным действием этанола дети имеют видоизмененные черты лица: узкие глазные щели, тонкую верхнюю губу, появление микроцефалии и ретрогнатия, отсутствие фильтруют и различные ушные аномалии. Физические видоизменения дополняются недоразвитостью головного мозга, склонностью к судорожным припадкам, отеков головного мозга, плохой координацией движений, снижением интеллекта и врожденными пороками сердца. Такое действие этанола назван фетальный алкогольный синдром, ФАС (или алкогольный синдром плода).

Взаимодействие с медицинскими препаратами

Этанол обладает способностью усиливать действие антибиотиков, антигистаминных препаратов, барбитуратов, миорелаксантов, а также вызвать негативную реакцию организма.

применение

Этанол имеет широкий спектр применений, среди которых наиболее значимыми являются производство спиртных напитков, использование в качестве растворителя, топлива, а также синтез других химических веществ.

топливо

Первый автомобиль, который был способен ездить на этаноле, спроектировал Генри Форд в 1920 году — модель Ford T. Однако тогда эта инновация это не получила необходимого развития через технические и экономические проблемы: производство чистого этанола было слишком дорогим, а использование недоочищенных спирта в смеси с углеводородным топливом было в определенной степени ограниченным — при низких температурах нерастворимая в бензине вода замерзала, закорковуючы топливный бак.

Сейчас, имея технологии для производства дешевого этанола, замена традиционного бензинового или дизельного топлива этанолом, или использование его в качестве добавки, приобрела в мире широкое распространение. Мировое производство этанола для нужд топливной промышленности в 2014 году составил 24750000000. Галлонов.

растворитель

Этанол является наиболее важным растворителем после воды. Его основной применением является производство косметики, парфюмерии, поверхностно-активных веществ и дезинфектантов, фармацевтических препаратов, различных покрытий. Для этих целей применяется этанол как синтетического, так и ферментативного происхождения.

антисептик

Этанол является древнейшим антисептиком, известным человечеству. Его способность обеззараживать ранения была отмечена древнегреческим врачом Клавдием Галеном, а позднее и средневековым французским хирургом Ги де Шолиак.

Этанол проявляет бактерицидные действия при концентрации 30% и выше, в зависимости от типа бактерий, содержания воды и времени действия. Согласно исследованиям наиболее эффективна действие этанола при его концентрации 60-70% — как в присутствии воды, так и при ее отсутствии. Именно такое содержание этанола имеют бытовые антисептики для рук. Использование высокой концентрации (например, 90% раствора) для дезинфекции кожи нецелесообразно, поскольку при таких концентрациях этанол проявляет свои дубильные свойства, в то время как антисептические свойства падают.

Принцип действия этанола на микроорганизмы, вероятно, заключается в воздействии на их мембраны и быстрой денатурации белков, что приводит к нарушению метаболизма бактерий и дальнейшего разрушения клеток. Этанол демонстрирует высокую биоцидную действие против вегетативных бактерий (включая микобактериями), вирусов, грибов, но не спор.

Из-за отсутствия спороцидные действия этанол не может быть использован для стерилизации, однако его свойств достаточно для профилактического обеззараживания поверхностей, обработки кожи и тому подобное.

Преципитация нуклеиновых кислот

Этанол широко применяется в молекулярной биологии для осаждения и концентрирования ДНК и РНК. Его используют совместно с буферными растворами солей, содержащих простые однозарядные катионы (например, катионы натрия). Типичным является использование буфера ацетата натрия концентрации 0,3 моль / л с pH 5,2 (при 4 ° C) и этанола — абсолютного и 70-процентного (при -20 ° C).

Для осаждения нуклеиновых кислот их образец смешивают с буферным раствором и абсолютным этанолом и охлаждают при -20 ° C в течение часа, после чего центрифугируют. Отделив пипеткой лишнюю жидкость с поверхности, добавляют 70% раствор этанола и повторяют центрифугирования и отделения жидкости. Остаток выпаривают при температуре 37 ° C на водяной бане и таким образом получают сконцентрирована вещество.

антидот

Благодаря своей способности образовывать эфиры при взаимодействии со спиртами, этанол используется как доступный антидот при отравлениях метанолом, этиленгликолем и диэтиленгликоля. В организм этанол вводят внутрь или внутривенно, а доза для введения рассчитывается из соображений, что в сыворотке крови его концентрация должна достигать 10-15 мг / л.

Риск в применении этанола заключается в угнетении деятельности центральной нервной системы, появлению гипогликемии (из-за снижения глюконеогенеза) и тошноты. При введении внутривенно возможно появление флебита, гипертонии, гипонатриемии. Применение такого антидота требует постоянного мониторинга содержания этанола в сыворотке и уровня глюкозы в венозной крови.

Синтез других веществ

В промышленности этанол используют для получения этаналя, бутадиена, диэтилового эфира, этилацетата, этиламина и тому подобное.

Видео по теме

Этиловый спирт можно узнать по запаху. Впрочем, отличить его таким образом можно лишь от весьма далеких по структуре веществ. Что же касается соединений одной с ним группы, все сложнее. Но это и интереснее.

Состав и формула

Этанол - а именно так звучит одно из его официальных названий - относится к простым спиртам. Он знаком практически всем под теми или иными наименованиями. Часто его называют просто спиртом, иногда прибавляют прилагательные "этиловый" или "винный", химики могут также назвать его метилкарбинолом. Но суть одна - С 2 Н 5 ОН. Эта формула знакома, пожалуй, практически всем еще со школьных времен. И очень многие помнят, насколько это вещество подобно своему ближайшему родственнику - метанолу. Проблема лишь в том, что последний крайне токсичен. Но об этом позже, сначала стоит рассмотреть подробнее этанол.

Кстати, в химии есть много похожих терминов, так что не стоит путать этиловый спирт, например, с этиленом. Последний является бесцветным горючим газом и совсем не похож на прозрачную жидкость с характерным запахом. А еще есть газ этан, и его название тоже созвучно с наименованием "этанол". Но это тоже совсем разные вещества.

Метиловый и этиловый

Уже долгие годы остается актуальной проблема массовых отравлений в связи с невозжностью отличить в домашних условиях два спирта. Контрафактный алкоголь, подпольное или просто некачественное производство - все это повышает риск плохой очистки и пренебрежения технологическими условиями.

Все это усложняется тем, что по своим основным свойствам метиловый и этиловый спирты - практически идентичные вещества, и неспециалист без нужного оборудования просто не сможет отличить один от другого. При этом смертельная доза метанола - 30 граммов, тогда как в случае с обычным спиртом такой объем совершенно безопасен для взрослого человека. Именно поэтому, если нет уверенности в происхождении напитка, лучше его не употреблять.

Что любопытно, антидотом для технического спирта является как раз чистый метанол. Так что, заметив признаки острого отравления, необходимо ввести раствор последнего внутривенно или принять перорально. Важно при этом не перепутать состояние интоксикации метанолом с обычным сильным алкогольным опьянением или отравлением. В этом случае, а также при отравлении некоторыми другими веществами ни в коем случае нельзя принимать дополнительно спирт этиловый. Цена ошибки может быть очень высокой.

Физические и химические свойства

Этанолу присущи все общие характеристики и реакции спиртов. Он бесцветный, обладает характерными вкусом и запахом. В нормальных условиях он жидкий, переходит в твердую форму при температуре -114 о С, а кипит при +78 градусах. Плотность спирта этилового составляет 0,79. Хорошо смешивается с водой, глицерином, бензолом и многими другими веществами. Легко улетучивается, так что хранить его нужно в хорошо закрывающихся емкостях. Сам является прекрасным растворителем, а также обладает отличными антисептическими свойствами. Очень огнеопасен как в жидком, так и в парообразном состоянии.

Этанол является психоактивным и наркотическим веществом, входит в состав всех спиртных напитков. Смертельной дозой для взрослого человека является 300-400 миллилитров 96 % раствора спирта, употребленного в течение часа. Эта цифра довольно условна, поскольку зависит от большого количества факторов. Для детей достаточно уже 6-30 миллилитров. Так что этанол является и достаточно эффективным ядом. Тем не менее, он широко используется, поскольку обладает рядом уникальных свойств, делающих его универсальным.

Разновидности

Существует несколько видов этилового спирта, используемых для разных целей. В основном они отражают способы получения вещества, но часто говорят и о различных методах обработки.

Так, надпись на упаковке "Спирт этиловый ректификованный" говорит о том, что содержимое прошло специальную очистку от примесей. Полностью очистить, например, от воды его довольно сложно, но можно максимально уменьшить ее присутствие.

Еще спирт может быть денатурированным. В этом случае все наоборот: к этанолу добавляют трудноустранимые примеси, делающие его непригодным для употребления внутрь, но не усложняющие применение по основному назначению. Как правило, в роли денатурата выступает керосин, ацетон, метанол и т. д.

Кроме того, различают спирт этиловый медицинский, технический, пищевой. Для каждой из этих разновидностей существует строгий стандарт, предусматривающий определенные критерии. Но о них поговорим чуть позже.

Кроме всего прочего, на упаковке часто указывается процент содержания. Это актуально, опять же, в связи с тем, что этанол сложно полностью очистить от воды, да и обычно в этом нет серьезной необходимости.

Получение

Производство этилового спирта предусматривает использование одного из трех основных способов: микробиологического, синтетического или гидролизного. В первом случае имеем дело с процессом брожения, во втором, как правило, задействуются химические реакции с применением ацетилена или этилена, ну а третий говорит сам за себя. Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы, сложности и преимущества.

Для начала расмотрим этиловый спирт, который производится только для пищевых целей. Для его производства используется только метод брожения. В ходе этого процесса виноградный сахар распадается на этанол и двуокись углерода. Этот метод известен с глубокой древности и является наиболее естественным. Но он требует и большего количества времени. Кроме того, полученное вещество не является чистым спиртом и требует достаточного большого количества операций по обработке и очистке.

Для получения технического этанола брожение нецелесообразно, так что производители прибегают к одному из двух вариантов. Первый из них - сернокислая гидратация этилена. Она выполняется в несколько этапов, но есть и более простой метод. Второй вариант - прямая гидратация этилена в присутствии фосфорной кислоты. Эта реакция обратима. Впрочем, оба этих способа также несовершенны, и полученное вещество требует дальнейшей обработки.

Гидролиз - относительно новый метод, позволяющий получать этиловый спирт из древесины. Для этого сырье измельчается и обрабатывается 2-5 % серной кислотой при температуре 100-170 градусов по Цельсию. Этот метод позволяет получать до 200 литров этанола из 1 тонны древесины. По разным причинам гидролизный способ не слишком популярен в Европе, в отличие от США, где открывают все новые и новые заводы, работающие по этому принципу.

Стандарты

Весь этанол, который производится на предприятиях, должен соответствовать определенным стандартам. Для каждого способа получения и обработки есть свой, в котором указываются основные характеристики, которыми должен обладать конечный продукт. Рассматривается очень много свойств, например, содержание примесей, плотность спирта этилового, предназначение. Для каждой разновидности есть свой стандарт.

Так, например, синтетический технический спирт этиловый - ГОСТ Р 51999-2002 - делится на два сорта: первый и высший. Очевидное различие между ними - объемная доля этанола, которая составляет 96 % и 96,2 % соответственно. В стандарте под этим номером указывается как ректификованный, так и денатурированный этиловый спирт, предназначенный для использования в парфюмерной промышленности.

Для более прозаичной цели - применения в качестве растворителя - существует свой ГОСТ: Р 52574-2006. Здесь речь идет только о денатурате с разной объемной долей этанола - 92,5 % и 99 %.

Что же касается такого вида, как пищевой этиловый спирт, то для него действует ГОСТ Р 51652-2000, и у него есть целых 6 сортов: первый (96 %), высшей очистки (96,2 %), "Базис" (96 %), "Экстра" (96,3 %), "Люкс" (96,3 %) и "Альфа" (96,3 %). Здесь уже речь идет в первую очередь о сырье и некоторых других сложных показателях. Например, продукт марки "Альфа" вырабатывается только из пшеницы, ржи или их смеси.

До сих пор многие проводят, так сказать, параллели между двумя понятиями: спирт этиловый - ГОСТ 18300-87, который был принят еще в СССР. Этот стандарт давно утратил силу, что, однако, не мешает строить производство в соответствии с ним до сих пор.

Использование

Пожалуй, затруднительно найти вещество, которое имеет столь же широкое применение. Этиловый спирт так или иначе используется в очень многих отраслях производства.

Прежде всего, это пищевая промышленность. Самые разные алкогольные напитки - от вин и ликеров до виски, водки и коньяка - соджержат в своем составе упомянутый спирт. Но сам по себе в чистом виде этанол не используется. Технология предусматривает закладку сырья, например, виноградного сока и инициацию процесса брожения, а на выходе получается уже готовый продукт.

Еще одна область широкого применения - это медицина. Этиловый спирт 95 % в данном случае используется чаще всего, ведь он обладает прекрасными антисептическими свойствами, а также растворяет многие вещества, что позволяет с его помощью делать эффективные настойки, микстуры и прочие препараты. Кроме того, при разных видах наружного применения он способен как эффективно согревать, так и охлаждать организм. Нанеся его на кожу, можно быстро сбить высокую температуру тела на градус-полтора. И наоборот, энергичные растирания помогут согреться. Кроме того, при хранении анатомических препаратов также используется спирт этиловый медицинский.

Разумеется, еще одна область применения - это техника, химия и все, что с этим связано. Речь идет о лакокрасочных покрытиях, растворителях, очистителях и пр. Кроме того, этанол используется в промышленном производстве многих веществ или является сырьем для них (диэтиловый эфир, тетраэтилсвинен, уксусная кислота, хлороформ, этилен, каучук и многие другие). Спирт этиловый технический, естественно, совершенно непригоден в пищу, даже если он очищен.

Разумеется, во всех этих случаях речь идет о совершенно разные разновидности, каждая из которых имеет свои особенности. Так, пищевой спирт этиловый ректификованный вряд ли будут использовать для технических целей, тем более, что он облагается акцизом, а значит, его стоимость гораздо выше по сравнению с неочищенным. Впрочем, о ценообразовании речь пойдет отдельно.

Применение в новых технологиях

Все чаще в последние годы говорят об использовании этанола в качестве топлива. Этот подход имеет своих противников и сторонников, особенно часто речь об этом заходит в США. Дело в том, что американские фермеры традиционно выращивают много кукурузы, которая теоретически может служить прекрасным сырьем для того, чтобы получить спирт этиловый. Цена такого топлива однозначно будет ниже стоимости бензина. Этот вариант снимает вопрос зависимости многих стран от поставок нефти и цен на энергоносители, ведь производство спирта может располагаться где угодно. Кроме того, это безопаснее с точки зрения экологии. Впрочем, уже сейчас можно заметить использование этанола в этом качестве, но в гораздо меньших масштабах. Это спиртовки - специальные химические нагреватели, домашние мини-камины, а также многие другие приборы.

Это может быть действительно перспективным направлением работы в поисках альтернативных, возобновляемых и достаточно дешевых источников энергии. Проблема для России здесь состоит в менталитете. Достаточно сказать, что спиртовые фонари в Москве продержались недолго - работники, которые занимались их работой, просто выпивали сырье. И даже если топливо будет содержать различные примеси, совсем избежать отравлений вряд ли удастся. Впрочем, для РФ есть и другие поводы не стремиться к таким изменениям, поскольку переход на такой вид энергии грозит для страны серьезным снижением объема экспорта энергоносителей.

Действие на человеческий организм

В классификации СанПин этанол относится к 4 классу, то есть малоопасным веществам. Сюда же, кстати, относятся керосин, аммиак, метан и некоторые другие элементы. Но это не значит, что не стоит относиться к алкоголю несерьезно.

Этиловый спирт при употреблении внутрьсерьезно влияет на центральную нервную систему всех животных. Он вызывает состояние, называемое алкогольным опьянением, характеризующееся неадекватным поведением, заторможенностью реакций, снижением восприимчивости к различного рода раздражителям и т. д. При этом все сосуды расширяются, увеличивается теплоотдача, учащается сердцебиение и дыхание. В состоянии небольшого опьянения ясно видно характерное возбуждение, при повышении дозы сменяющееся угнетением центральной нервной системы. Как правило, после этого появляется сонливость.

В более высоких дозах может наступить алкогольная интоксикация, серьезно отличающая от картины, описанной ранее. Дело в том, что этанол является наркотическим веществом, но не используется в этом качестве, поскольку для эффективного усыпления нужны дозы, крайне близкие к тем, при которым наступает паралич жизненно важных центров. Состояние алкогольной интоксикации - как раз та грань, когда без оказания экстренной помощи человек может умереть, поэтому так важно отличать это от опьянения. При этом наблюдается что-то вроде комы, дыхание редкое и пахнет спиртом, пульс учащенный, кожа бледная и влажная, температура тела понижена. Необходимо немедленно обратиться за медицинской помощью, а также попробовать промыть желудок.

Регулярное употребление этанола может вызвать пагубное пристрастие - алкоголизм. Оно характеризуется изменением и деградацией личности, также страдают различные системы органов, прежде всего это касается печени. Существует даже характерное для алкоголиков "со стажем" заболевание - цирроз. В некоторых случаях оно даже приводит к необходимости пересадки.

Что касается наружного применения, этиловый спирт раздражает кожу, одновременно являясь эффективным антисептиком. Он также уплотняет эпидермис, поэтому его используют для обработки пролежней и других повреждений.

Реализация и ее особенности

Стандарты - это не единственное, с чем имеют дело те, кто производят спирт этиловый. Цена на разные сорта, марки и разновидности очень разнится. И это неспроста, ведь то, что предназначего для употребления в пищу - подакцизный товар. Обложение этим дополнительным налогом делает стоимость соответствующего ректификата заметно выше. Это позволяет в известной степени контролировать оборот спирта этилового в продаже, а также стоимость алкогольной продукции.

Кстати, это еще и вещество, подлежащее строгому учету. Поскольку этанол используется при производстве лекарств, медицинских манипуляциях и т. д., он в той или иной форме хранится в аптеках, больницах, поликлиниках и прочих учреждениях. Впрочем, это не означает, что устроившись на работу по соответствующей специальности, можно легко и незаметно получить в пользование хоть какое-то количество вещества. Учет этилового спирта производится с помощью специального журнала, а нарушение процедур является административным правонарушением и наказывается штрафом. Что пропажу заметят в самые короткие сроки.