Racząc się lampką wina czy kuflem piwa rzadko myślimy, czym tak naprawdę jest substancja odpowiadająca za większość właściwości naszych ulubionych trunków. Alkohol na co dzień kojarzy nam się raczej z napojem spożywczym, a nie związkiem chemicznym. Czas to zmienić! Zapraszamy zatem na małą lekcję chemii ‒ w poniższym artykule umawiamy, czym dokładnie jest alkohol etylowy, jakie właściwości ma jego cząsteczka, a także jak powstaje.
Mówiąc o alkoholu – w kontekście chemii – warto mieć na uwadze całą grupę związków organicznych, które łączy wspólna cecha – obecność grupy hydroksylowej (-OH) przyłączonej do atomu węgla. Związki te charakteryzują się różnorodnymi właściwościami i zastosowaniami, które wynikają z ich unikalnej struktury chemicznej. Różnice te mają duże znaczenie w ich przemysłowych zastosowaniach i wpływają na to, w jaki sposób są one używane w produktach codziennego użytku.
Podstawowym i najbardziej znanym przedstawicielem tej grupy jest alkohol etylowy, zwany również etanolem, który stanowi składnik wszystkich napojów alkoholowych. Jego bliskim kuzynem jest metanol ‒ najprostszy z alkoholi, znany ze swojej toksyczności i wykorzystywany głównie jako rozpuszczalnik przemysłowy oraz surowiec w przemyśle chemicznym. Innym, znanym alkoholem jest izopropanol, wykorzystywany jako środek czyszczący i dezynfekujący. Nieco inną grupą są glikole ‒ alkohole wielowodorotlenowe, które zawierają w swej cząsteczce więcej niż jedną grupę hydroksylową. Jej główni przedstawiciele ‒ glikol etylenowy i glikol propylenowy ‒ znajdują zastosowanie między innymi w produkcji żywic i włókien syntetycznych, a także niezamarzających płynów do chłodnic samochodowych.
Etanol jest związkiem organicznym o wzorze chemicznym C2H5OH. Co to oznacza? Jego cząsteczka składa się z dwóch atomów węgla, sześciu atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Ważniejszy jest jednak fakt, że cząsteczka etanolu zawiera grupę hydroksylową (-OH), która nadaje mu unikalnych właściwości fizykochemicznych.
Etanol jest bezbarwną, łatwopalną cieczą o charakterystycznym, ostrym zapachu. Jest także dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji organicznych, nawet tych, które nie rozpuszczają się w wodzie. Niska temperatura wrzenia etanolu (około 78°C) sprawia, że związek ten łatwo paruje. Wszystkie te właściwości sprawiają, że alkohol etylowy znajduje szerokie zastosowanie zarówno w przemyśle, jak i w codziennym życiu.
Czy wiesz, że czysty alkohol, nazywany najczęściej spirytusem, to etanol o stężeniu 95-96%, który jest najbliższy możliwemu osiągnięciu maksymalnej czystości? Osiągnięcie 100% roztworu etanolu, zwanego niekiedy roztworem „absolutnym”, jest w praktyce niemożliwe, z uwagi na niespotykane właściwości tego związku chemicznego.
W procesie destylacji etanol tworzy z wodą tzw. azeotrop, czyli mieszaninę roztworów o stałej proporcji stężeń, która wrze w stałej temperaturze i nie można jej rozdzielić destylacją. Azeotrop etanolu z wodą składa się z około 96% etanolu i 4% wody (w zależności od temperatury i ciśnienia) oraz wrze w temperaturze 78,1°C, co uniemożliwia przeprowadzenie efektywnego procesu destylacji.
Otrzymanie 100% roztworu etanolu jest oczywiście możliwe w ścisłych warunkach laboratoryjnych. Należy jednak mieć na uwadze, że stuprocentowy alkohol etylowy ma właściwości higroskopijne, co oznacza, że ma zdolność do absorbowania wilgoci z otoczenia. Nawet w warunkach kontrolowanych, etanol będzie wchłaniać wodę z powietrza, co utrudnia uzyskanie i utrzymanie 100% czystości.
Kiedy dokładnie odkryto alkohol? Najstarsze dowody na spożywanie napojów alkoholowych odkryto w Chinach, gdzie około 9 tysięcy lat temu warzono w glinianych naczyniach trunek ze sfermentowanego ryżu, prosa, winogron i miodu. Chińczycy nie byli jednak jedyni ‒ obecnie uważa się, że niemal każda starożytna cywilizacja potrafiła otrzymać alkohol. Starożytni Grecy czy Rzymianie wykorzystywali w tym celu fermentację winogron, z kolei w innych, bardziej egzotycznych cywilizacjach używano lokalnych surowców, takich jak sok z agawy czy sok z owoców palmy. Choć minęło kilka tysięcy lat, a ludzkość poznała zaawansowane technicznie sposoby wytwarzania alkoholu, tradycyjne, naturalne sposoby nie tylko nie zostały zapomniane, a wręcz wiodą prym w produkcji napojów alkoholowych.
Fermentacja alkoholowa to proces biologiczny, w którego przebiegu naturalne cukry – głównie glukoza lub fruktoza – przekształcane są przez drożdże do alkoholu i dwutlenku węgla. Podczas fermentacji, drożdże, zwykle z gatunku Saccharomyces cerevisiae, konsumują cukry zawarte w surowcach, takich jak sfermentowane zboża, owoce czy miód, metabolizując je do alkoholu. Co ważne, proces ten nie tylko generuje etanol, ale również kształtuje charakterystyczne cechy smakowe i aromatyczne napojów. Dzięki kontroli warunków fermentacji, takich jak temperatura, czas trwania procesu i szczepy drożdży, producenci są w stanie tworzyć różnorodne, unikatowe profile smakowe napojów alkoholowych. Fermentacja alkoholowa jest zatem nie tylko sposobem na produkcję etanolu, ale również sztuką, która pozwala na tworzenie bogatej palety smaków i aromatów, cenionych przez koneserów na całym świecie.
Poza metodą fermentacji alkoholowej etanol może być również produkowany syntetycznie. Synteza chemiczna etanolu jest szczególnie ważna nie tyle w produkcji napojów alkoholowych, ile w kontekście zastosowań przemysłowych, gdzie wymagana jest wysoka czystość i jednorodność produktu.
Istnieje wiele metod syntetycznej produkcji alkoholu etylowego, jednak w przemyśle największe znaczenie ma reakcja katalitycznego uwodnienia etylenu do etanolu. Etylen, będący gazem wytwarzanym w procesach petrochemicznych, jest przekształcany w etanol za pomocą kwasu siarkowego jako katalizatora. W przeciwieństwie do fermentacji, która wykorzystuje surowce odnawialne, synteza chemiczna z etylenu opiera się na zasobach kopalnych, takich jak ropa naftowa i gaz ziemny.
