Az etanol, más néven etil-alkohol, borszesz vagy régiesen borláng, a metanol után a telített, egyértékű alkoholok homológ sorának második tagja. A mindennapi életben az "alkohol" és "szesz" kifejezéseket gyakran az etil-alkohol szinonimájaként használjuk, hiszen az alkoholos italok fő hatóanyaga is ez a vegyület. Színtelen, jellegzetes szagú és ízű, könnyen folyó folyadék. Kémiai tulajdonságai révén sokoldalúan felhasználható, az ipari alkalmazásoktól a mindennapi életünkben betöltött szerepéig.
Az etanol fizikai és kémiai tulajdonságai
Az etanol fizikai jellemzőit nagymértékben befolyásolja a molekulák közötti hidrogénkötés kialakításának képessége. Ez magyarázza viszonylag magas forráspontját (78 °C) a víz forráspontjához (100 °C) képest, bár az etanol-víz elegyek forráspontja eltérő lehet. Az etanol kiváló oldószernek bizonyul: korlátlanul elegyedik vízzel, éterrel, kloroformmal, glicerinnel és számos éteres olajjal. Ezenkívül jól oldja a jódot és a brómot, kevésbé oldja a ként és a foszfort. A gázok általában jobban oldódnak alkoholban, mint vízben.
Az etanol kémiai reakciói közül kiemelendő az oxidáció. Enyhe oxidáció során acetaldehiddé (etánsavvá), míg erőteljesebb oxidáció hatására ecetsavvá alakul. Ez a tulajdonság alapvető fontosságú a kémiai szintézisekben és a szervezetben történő anyagcsere folyamatok megértésében.
Az etanol előállítása: az erjesztéstől a desztillációig
Hagyományosan az etanolt cukortartalmú oldatok élesztőkkel való erjesztésével nyerik. Ez a biológiai folyamat során az élesztőgombák anyagcsere-folyamatának egyik mellékterméke is az etanol. Ezzel a módszerrel legfeljebb 15-18% (V/V) etanoltartalmú oldatot lehet előállítani, mivel az élesztőgomba ennél töményebb alkohololdatban már nem él meg.
Az ennél töményebb alkohol előállításához desztillálásra van szükség, amely kihasználja az etanol alacsonyabb forráspontját a vízhez képest. Azonban egyszerű desztillálással nem lehet elérni a 100%-os tisztaságot, mivel az etanol és a víz azeotrópos elegyet képez, így a legfeljebb 96 (V/V)%-os oldat állítható elő. A maradék 4% víz együtt forr az alkohollal.
Alkoholos erjesztés
Amennyiben keményítő alapanyagból indulunk ki, mint például gabonafélék vagy burgonya, először a keményítőt az élesztő számára hozzáférhetővé kell tenni. Ezt alfa-amiláz enzimmel végzik, amelyet különféle mikroorganizmusok (pl. Bacterium licheniformis, Bacterium subtilis, Aspergillus niger) termelnek. A keményítő hidrolíziséhez először speciális, úgynevezett Henze-edényben kezelik forró gőzzel, majd felfőzik, hogy ragadós, csiriz-szerű masszát kapjanak. Ezt kihűtik, hozzáadják az amilázt, amely elfolyósítja a csirizt. Az így kapott vizes oldatot fermentorba helyezik, ahol az élesztő a cukrokból alkoholos erjedéssel etanolt állít elő. A fermentorban maximum 14-16%-os alkohololdat nyerhető.
Tisztítási eljárások és a desztilláció fortélyai
Az emberi fogyasztásra szánt alkohol, mint például a pálinka, a desztilláció során további tisztítást igényel. Ennek egyik módja, hogy olyan eszközt használnak, amely nagy felületű réz alkatrészeket tartalmaz. A tiszta réz (vörösréz) képes megkötni a kiinduló szerves alapanyagban levő kén származékokat, amelyeket a gyümölcsben levő fehérjék tartalmaznak.
Egy másik fontos lépés az előpárlat elkülönítése. Az előpárlat tartalmazza a fermentáció során kis mennyiségben keletkező acetaldehid és a kozmaolajok (nagyobb szénatomszámú alkoholok) nagy részét. Az acetaldehid forráspontja 20 °C, illékonysága pedig nagy, így viszonylag hamar kiválik az etanolhoz képest. Az előpárlat a teljes desztillátum mintegy 1-3%-át teszi ki.
Érdekesség, hogy bár a metanol forráspontja (65 °C) jóval alacsonyabb az etanolénál, elkülönítése kisüsti rendszerű desztillálókészülékekkel gyakorlatilag nem lehetséges. Ennek oka, hogy illékonysága megközelítőleg azonos az etanoléval, poláris szerkezete révén jobban "vonzódik" a vízhez. Ugyanezen okból a kozmaolajok - apolárisabbak lévén - kevésbé kötődnek a vízhez és előbb távoznak. Híg alkohol-víz elegy esetén (< 20%) a metanol inkább az utópárlatban, míg közepes etanol koncentrációnál (kb. 50%) az előpárlatban dúsul fel.
A rézlepárlók használatával kapcsolatban gyakori tévhit, hogy a réz az acetaldehidet etanollá redukálja. Éppen ellenkezőleg: a régi, oxidálódott (zöld rézrozsda, grünspan) felületű réz lepárlóknál az alkohol réz-oxid hatására acetaldehiddé oxidálódik, miközben a réz-oxid rézzé alakul vissza. Ez az acetaldehid és a kioldott réz-hidroxid alkotja a szúrós szagú "rézeleje" párlatot.
Nagyobb töménységű alkohol eléréséhez, mivel az etanol és a víz azeotrópot képez, speciális eljárásokra van szükség. Az egyik módszer, hogy benzolt vagy ciklohexánt adnak az alkohol-víz elegyhez. Ezek az anyagok az alkohollal és a vízzel egy hármas azeotróp elegyet képeznek, amelynek forráspontja jóval alacsonyabb az alkohol-víz azeotrópnál, így a víz desztilláció során eltávozik, és nagy töménységű alkohol marad vissza. Másik eljárás során zeolit port kevernek az alkohol-víz elegyhez. A zeolit ásvány kristályszerkezetébe behatolnak a vízmolekulák, míg a nagyobb méretű etanol molekulák nem, így a zeolit szelektív szivacsként szívja fel a vizet.
Az etanol sokrétű felhasználása
Az alkoholtartalmú italok készítésén kívül az etanolt széles körben használják az iparban és a mindennapi életben:
- Üzemanyagként: A bioetanol, mint megújuló üzemanyag, egyre nagyobb teret hódít. Az E85 keverék oktánszáma 104-105, bár fűtőértéke 30%-kal kisebb a benzinénél. Az üzemanyagcellák elterjedésével várhatóan tovább nő a jelentősége.
- Vegyiparban: Más vegyületek gyártásához alapanyagként szolgál.
- Denaturált szesz: A nem emberi fogyasztásra szánt etanolt, hogy elkerüljék a szeszes italokra vonatkozó adókat, különböző adalékok hozzáadásával denaturált szesszé alakítják.
- Fertőtlenítőszerként: A 70%-os etanolos oldat, valamint egyéb etanoltartalmú oldatok hatékony fertőtlenítőszerként, különösen bőrfertőtlenítőként alkalmazhatók. Bár elpusztítja a baktériumokat, néhány vírust és gombát, az eukarióta parazitákra és a baktériumspórákra hatástalan. Érdekesség, hogy a 70%-osnál eltérő (akár magasabb) koncentrációban hatása csökken.
- Oldószerként: Kiváló oldószer kámfor, gyanták, alkaloidok, festékek, zsírok, viaszok számára.
Az etanol egészségügyi és toxikológiai vonatkozásai
Az etanol enyhén mérgező vegyület. Hosszabb távon károsan hat a májra, a vesére és az idegrendszerre, az agysejtek elhalásához és májzsugorodáshoz vezethet. Mértéktelen fogyasztása alkoholmérgezést és halált okozhat.
Idült alkoholistáknál az alkohol megvonása kényszerképzeteket és delirium tremenst (delírium tremens) okozhat. Az alkohol elvonási tünetei közé tartozik az alkohol utáni vágy, hiányérzet, nyugtalanság, remegés, hideg verejtékezés, szédülés, hallucinációk, görcsök, álmatlanság, idegkimerültség és a koncentrálóképesség hiánya. A leszokást megkönnyítendő, az orvosok gyakran írnak fel nyugtatókat, amelyek hatóanyaguk tekintetében kemény drogoknak számítanak (pl. etoval, Rivotril, Tramadol).
Az alkohol lebontása a szervezetben
A szervezetben az alkohol lebontása két fő lépésben történik. Először hidrogénelvonással oxidálódik acetaldehiddé, majd egy másik folyamatban oxigénbevitellel ecetsavvá alakul, amelyet a szervezet az anyagcseréje során felhasznál. Rendszeres alkoholfogyasztás esetén először a hasnyálmirigy károsodik, ekkor jellemző a megemelkedett gyomorsavszint. Az alkoholt lebontó máj csak ezt követően szokott megduzzadni, ilyenkor nyomásra érzékennyé válik. Későbbi stádiumban a máj szövetei elhalnak, helyüket zsírszövet vagy laza kötőszövet veszi át. Ebben a fázisban a máj már nem érzékeny, és az alkoholt sem képes úgy lebontani, mint korábban.
Magyarországon becslések szerint körülbelül félmillió súlyos, idült, valamint további egymillió enyhébb, ún. látens alkoholista található. Az idült alkoholista olyan mennyiségű alkoholt fogyaszt rendszeresen, amit már elvonási tünetek nélkül képtelen abbahagyni.
Az etanol előfordulása a természetben
Az etanol kis mennyiségben számos gyümölcsben, az erjedő gyümölcsökben mindig, a friss kenyérben, a humuszban, a legtöbb természetes vízben, sőt, a cukorbetegek vizeletében is megtalálható. Szimbiotikus élesztő által termelt etanol fordul elő például az Eugeissona pálma virágzatában. Az űrben is kimutattak hatalmas alkohol felhőket, amelyek az etanol és más alkoholok molekuláit tartalmazzák.
Az alkoholok, mint vegyületcsoport, a kémia mindennapi életünk részét képezik. A molekulák tudományaként központi szerepet játszanak, hiszen a bennünket körülvevő világ nagyrészt ezekből az apró részecskékből épül fel. Az etanol enyhe oxidációjának megértése kulcsfontosságú a szerves kémia alapjainak elsajátításában, és rávilágít arra, hogy ez a gyakran csak alkoholként emlegetett vegyület milyen komplex és sokrétű szerepet tölt be életünkben.
tags: #alkohol #enyhe #oxidacioja