История открытия этанола кратко

Обновлено: 02.07.2024

Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.

Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на одно-, двух-, трехатомные и т. д.

1. История открытия спиртов

Этиловый спирт, вернее, хмельной растительный напиток, его содержащий, был известен человечеству с глубокой древности.

Впервые спирт из вина получили в VI—VII веках арабские химики, а первую бутылку крепкого алкоголя (прообраза современной водки) изготовил персидский алхимик Ар-Рази в 860 году. В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI—XII веке, в Италии.

В 1660 году английский химик и богослов Роберт Бойль впервые получил обезвоженный этиловый спирт, а также открыл его некоторые физические и химические свойства, в частности обнаружив способность этанола выступать в качестве высокотемпературного горючего для горелок. Абсолютированный спирт был получен в 1796 году русским химиком Т. Е. Ловицем.

В 1842 году немецкий химик Я. Г. Шиль открыл, что спирты образуют гомологический ряд, отличаясь на некоторую постоянную величину. Правда, он ошибся, описав её как C2H2. Спустя два года, другой химик Шарль Жерар установил верное гомологическое соотношение CH2 и предсказал формулу и свойства неизвестного в те годы пропилового спирта. В 1850 году английский химик Александр Вильямсон, исследуя реакцию алкоголятов с иодистым этилом, установил, что этиловый спирт является производным от воды с одним замещенным водородом, экспериментально подтвердив формулу C2H5OH. Впервые синтез этанола действием серной кислоты на этилен осуществил в 1854 году французский химик Марселен Бертло.

Впервые третичный спирт (2-метил-пропан-2-ол) синтезировал в 1863 году известный русский ученый А. М. Бутлеров, положив начало целой серии экспериментов в этом направлении.

Двухатомный спирт — этиленгликоль — впервые был синтезирован французским химиком А.Вюрцем в 1856 году. Трехатомный спирт — глицерин — был обнаружен в природных жирах ещё в 1783 году шведским химиком Карлом Шееле, однако его состав был открыт только в 1836 году, а синтез осуществлен из ацетона в 1873 году Шарлем Фриделем.

2. Нахождение в природе

Спирты имеют самое широкое распространение в природе, особенно в виде сложных эфиров, однако и в свободном состоянии их можно встретить достаточно часто.

Метиловый спирт в небольшом количестве содержится в некоторых растениях, например: борщевике (Heracleum).

Этиловый спирт — естественный продукт спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, часто образующийся в прокисших ягодах и фруктах без всякого участия человека. Кроме того, этанол является естественным метаболитом и содержится в тканях и крови животных и человека.

Фенилэтиловый спирт — душистый компонент розового эфирного масла.

Очень широко представлены в растительном мире терпеновые спирты, многие из которых являются душистыми веществами

3. Физические свойства

Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН — бесцветней жидкость, легко испаряющаяся (температура кипения 64, 7 ºС, температура плавления - 97, 8 ºС, оптическая плотность 0, 7930) . Спирт, содержащий 4—5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды — абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО).

4. Химические свойства

Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала.

Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным – у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя.

Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.

Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородной цепи и функциональной группы −OH, а также их взаимным влиянием:

1) Чем больше заместитель, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O—Н. Реакции, основанные на разрыве этой связи, протекают более медленно.

2) Гидроксильная группа −ОН уменьшает электронную плотность вдоль прилегающих связей углеродной цепи (отрицательный индуктивный эффект).

Все химические реакции спиртов можно разделить на три условных группы, связанных с определёнными реакционными центрами и химическими связями:

Разрыв связи O−H;

Разрыв или присоединение по связи С−OH;

Разрыв связи −СOH.

5. Получение и производство

До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно сбраживанием пищи углеводсодержащего сырья, и при обработки зерна (рожь, ячмень, кукуруза, овёс, просо) . В 30-е по 50-е годы было разработано несколько способов синтеза из химического сырья

Реакция начинается с атаки ионом водорода того углеродного атома, который связан с большим числом водородных атомов и является поэтому более электроотрицательным, чем соседний углерод. После этого к соседнему углероду присоединяется вода с выбросом Н+. Этим методом в промышленном масштабе готовят этиловый, втор-пропиловый и трет-бутиловый спирты.

Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем "брожения", вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.

Спирты могут быть получены из самых разных классов соединений, таких как углеводороды, алкилгалогениды, амины, карбонильные соединения, эпоксиды. Существует множество методов получения спиртов, среди которых выделим наиболее общие:

реакции окисления — основаны на окислении углеводородов содержащих кратные или активированные C−H связи;

реакции восстановления — восстановление карбонильных соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров;

реакции гидратации — кислотно-катализируемое присоединение воды к алкенам (гидратация);

реакции замещения (гидролиза) — реакции нуклеофильного замещения, при которых имеющиеся функциональные группы замещаются на гидроксильную группу;

синтезы с использованием металлорганических соединений;

Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине.

Основным спиртом, используемых в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм.

Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности.

В пищевой промышленности широкое применение спиртов общеизвестно: основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья — винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих продуктов. Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента (растворителя) некоторых пищевых и ароматических эссенций (ароматизаторов), широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий, производстве шоколада, конфет, напитков, мороженного, варений, желе, джемов, конфитюров и пр.

Однако, этиловым, список спиртов, используемых в индустрии продуктов питания, не ограничивается. Спирты можно встретить среди самых разных пищевых добавок

Этиловый спирт — сильный наркотик. Попадая в организм, он быстро всасывается в кровь и приводит организм в возбужденное состояние, при котором человеку трудно контролировать свое поведение. Употребление спирта часто является основной причиной тяжелых дорожно-транспортных аварий, несчастных случаев на производстве и бытовых преступлений. Спирт вызывает тяжелые заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, а также желудочно-кишечного тракта.

Спирт опасен в любой концентрации (водка, настойки, вино, пиво и т.д.). Этиловый спирт, применяемый для технических целей, специально загрязняют дурно пахнущими веществами. Такой спирт называют денатуратом (для этого спирт подкрашивают, чтобы отличить его от чистого спирта).

Спирты могут оказывать негативное воздействие на организм. Особенно ядовит метиловый спирт 5-10 мл спирта вызывают слепоту и сильное отравление организма, а 30 мл могут привести к смертельному исходу.

Этиловый спирт наркотик. При приеме внутрь он вследствие высокой растворимости быстро всасывается в кровь и возбуждающе действует на организм. Под влиянием спиртного у человека ослабевает внимание, затормаживается реакция, нарушается координация, появляется развязность, грубость в поведении и т. д. Все это делает его неприятным и неприемлемым для общества. Но следствия употребления алкоголя могут быть и более глубокими. При частом потреблении появляется привыкание, пагубное пристрастие к нему и в конце концов тяжелое заболевание алкоголизм. Спиртом поражаются слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, что может вести к возникновению гастрита, язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки. Печень, где должно происходить разрушение спирта, не справляясь с нагрузкой, начинает перерождаться, в результате возникает цирроз. Проникая в головной мозг, спирт отравляюще действует на нервные клетки, что проявляется в нарушении сознания, речи, умственных способностей, в появлении психических расстройств и ведет к деградации личности.

Особенно опасен алкоголь для молодых людей, так как в растущем организме интенсивно протекают процессы обмена веществ, а они особенно чувствительны к токсическому воздействию. Поэтому у молодежи быстрее, чем у взрослых, может появиться алкоголизм.

Впервые спирт из вина получили в VI—VII веках арабские химики, а первую бутылку крепкого алкоголя (прообраза современной водки) изготовил персидский алхимик Ар-Рази в 860 году . В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI—XII веке , в Италии.

В 1842 году немецкий химик Я. Г. Шиль открыл, что спирты образуют гомологический ряд, отличаясь на некоторую постоянную величину. Правда, он ошибся, описав её как C₂H₂. Спустя два года, другой химик Шарль Жерар установил верное гомологическое соотношение CH₂ и предсказал формулу и свойства неизвестного в те годы пропилового спирта. В 1850 году английский химик Александр Вильямсон, исследуя реакцию алкоголятов с иодистым этилом, установил, что этиловый спирт является производным от воды с одним замещенным водородом, экспериментально подтвердив формулу C₂H₅OH . Впервые синтез этанола действием серной кислоты на этилен осуществил в 1854 году французский химик Марселен Бертло.

Согласно археологических находок, в Западной Азии люди занимались виноделием уже в 5400—5000 годах до н.э., в Китае крепкие напитки из риса, меда, винограда производились в 6,5-7 тысячелетии до нашей эры. И сегодня в домашних условиях можно приготовить крепкие напитки, воспользовавшись многолетним опытом наших предков. Кстати, на Руси самогоноварение существует уже более пяти столетий. С тех пор практически неизменной осталась схема специального перегонного аппарата. Недавно отечественный рынок аппаратов для самогоноварения дополнил многофункциональный самогонный аппарат Wein немецких производителей. По внешнему виду и комплектации он не уступает лучшим аппаратам класса Люкс. Выделить чистый спирт из вина впервые удалось арабам в VI веке, что подтверждается найденными рукописями алхимика из Персии Ар-Рази.

Со временем спирт поделили на пищевой и технический, который получали в результате перегонки отходов древесины и сельскохозяйственных культур, а также нефтепродуктов. Чтобы предотвратить пищевое употребление технического спирта, его смешивали с метанолом (денатурат) и другими неприятно пахнущими добавками. До революции в России практически не производили технический спирт, продукт, в основном, перерабатывался в водку. Самогоноварение или получение 70% этилового спирта путем дистилляции известно людям много столетий. Механизм перегонки основан на том, что составляющие спиртосодержащей браги обладают разной температурой кипения, среди которых одну из наименьших (78 градусов) имеет спирт. При нагревании этиловый спирт закипает и испаряется быстрее, чем вода и другие примеси. Пар собирают, отделяют и конденсируют в жидкость. При перегонке требуется соблюдение температурного режима, чтобы смесь не перегрелась до 85 градусов, когда начнут испаряться сивушные масла. Работа перегонного аппарата заключается в следующем. Перегонный куб, в котором находится брага, начинают нагревать. Сверху куба расположен каплеулавливатель в виде проволочных сеток, чтобы отделить выделяющиеся легкие пары от тяжелых. Легкие пары спирта собирают в трубку-змеевик, пропущенный через емкость с холодной проточной водой. Соприкасаясь со стенками змеевика вода вызывает конденсацию спиртовых паров. В современных самогонных аппаратах многоступенчатая очистка этанола ограничивается одним циклом. Из всех разновидностей спирта больше всего нам знаком этанол, который в разных пропорциях содержится в алкогольных напитках. Кстати, даже в напитках, которые традиционно считаются безалкогольными — квас, кумыс, кефир, незначительно, но все же содержится этанол. Открытие спиртов, безусловно, является огромным достижением в науке и медицине. Однако, в быту следует быть весьма осторожным и умеренным при употреблении напитков, содержащих этиловый спирт. Злоупотребление этим продуктом может привести к такому заболеванию, как алкоголизм с тяжелыми последствиями. Согласно статистических данных ВОЗ, в 2014 г. по употреблению алкоголя на душу населения Россия занимала 4-е место в мире, Украина — 5-е. Первые три места распределились между Молдовой, Чехией и Венгрией соответственно.

Ведь самым древним и самым естественным способом получения этилового спирта было и остается брожение органических продуктов, содержащих углеводы. Под действием ферментов, дрожжей и бактерий в теплой среде происходит химическая реакция, в результате которой и выделяется этанол.

Напиток богов

Этих скромных градусов хватало для того, чтобы человечество, еще не научившееся получать чистый спирт, устраивало пиры Бахуса и праздники Диониса. Вино лилось рекой, раскрепощало разгоряченных римлян и греков, финикийцев и египтян. Поскольку любая жидкость, содержащая углеводы, бродила уже при температуре 12—14°С, познали люди радость соприкосновения с прекрасным задолго до появления глиняной посуды в VIII в. До этого использовали деревянные ведра и кожаные мешки — бурдюки. Так, из подпорченного сахарного тростника получался ром, из винограда — чача, тутовка — из ягод шелковицы, сливовица — из слив.

Вино знали практически все древние цивилизации (только в Библии этот напиток упоминается, по меньшей мере, 521 раз). А, например, изобретение слабоалкогольного напитка сидра приписывают Карлу Великому, который сел на мешок подопревших яблок. И те под напором монаршей особы испустили сок. История умалчивает, кто из придворных и зачем догадался попробовать на вкус лужу, которая образовалась под его королевским величеством. Но в анналах истории именно Карл остался изобретателем яблочного вина. Было это в VIII в. н.э.

Продукт алхимии

На Западе получение дистиллированного этанола приписывается и испанскому алхимику Раймонду Луллию, и его современнику испанскому же врачу Арнольду из Виллановы, которые жили в XIII в. Великая идея, как водится, витала в воздухе. Примерно в это же время, в 30-х гг. XIV в., врач-алхимик из французского Прованса Арно де Вилльгер сумел получить винный спирт из виноградного вина и пытался продавать его в качестве панацеи от всех болезней. Спустя 30 лет итальянские и французские монастыри уже вовсю торговали винным спиртом под названием aquavitae (вода жизни).

Отвергнутая отрава

Знаковым для России стал 1386 г. Именно тогда генуэзские купцы привезли спирт в Москву, чтобы продемонстрировать его чудесное действие великому князю, боярам и аптекарям.

Правившему тогда на Руси Дмитрию Донскому горькая жгучая вода не пришлась по вкусу, как и всей его свите (а попробовала бы она оспорить вкусы князя). Русичи, привыкшие к 15-градусному сбитню, не оценили спирт, а сам князь запретил его своим указом как опасную и вредную отраву.

Однако средневековая несложная перегонка браги всех сортов была далека от технологии получения чистого спирта, которая появилась гораздо позже.

Чистейшее топливо

В 60-е гг. XVII в. английский химик и богослов Роберт Бойль первый раз явил миру обезвоженный этиловый спирт, а также описал некоторые его свойства. Именно он открыл горючие свойства жидкости: ученый предлагал использовать спирт в качестве топлива для горелок. Абсолютированный спирт в лабораторных условиях получил в 1796 г. русский химик Товий Ловиц. Однако известную всем химическую формулу этого спирта открыли только 50 лет спустя.

В 1850 г. английский химик Александр Вильямсон наконец выяснил, что спирт является производным от воды с одним замещенным атомом водорода. Вильямсон впервые экспериментально подтвердил формулу C2H5OH.

Свой вклад в дело веков и тысячелетий внес и знаменитый француз Луи Пастер. Именно он описал химическую природу процесса ферментации.

Так стартовала эра промышленного получения этилового спирта и промышленных масштабов его перегонки. Бум охватил весь мир. И это вполне объяснимо. Знаете ли вы другую жидкость, которую можно и внутрь употреблять, и автомобили ею заправлять?

Постепенно у спирта открывали все новые и новые свойства — обеззараживающие, анестезирующие, горючие. Генри Форд выпустил автомобиль, работающий на спирту, и для того времени (1880) они неплохо ездили. До появления керосина и электричества спирт был горючим для горелок, до появления прививок и антибиотиков он же помогал победить эпидемии, до появления общей анестезии — служил наркозом при проведении операций. У многих народов (чего греха таить — в недавнем прошлом и россиян) спирт был неофициальной национальной валютой.

Как делают

Сегодня промышленное получение этанола проходит в четыре стадии:

подготовка и измельчение углеводного сырья (зерна или фруктов);
ферментация, т.е. расщепление крахмала до сахаров;
брожение — собственно накопление в браге спирта;
брагоректификация — выделение этанола с помощью специальных аппаратов.

Читайте также: