Rượu Etylic là gì? Tính chất, cấu tạo phân tử, ứng dụng và điều chế

Ngày nay, rượu etylic hay còn gọi là cồn, ethanol, ethyl alcohol… là một hợp chất không thể thiếu được trong đời sống xã hội cũng như trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng. Rượu etylic được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm với vai trò dung môi, chất bảo quản hay chất chiết xuất. Bên cạnh những ứng dụng tích cực đó, rượu etylic cũng chứa đựng một số nguy cơ tiềm ẩn nếu sử dụng không đúng cách.

Vậy rượu etylic có những tác dụng và nguy hại gì đối với con người? Làm thế nào để khai thác công dụng tốt nhất đồng thời hạn chế tối đa những tác động xấu của nó? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Rượu etylic là gì?

Rượu etylic, còn được gọi là ethanol, ethyl alcohol hay cồn, là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy và có mùi đặc trưng của rượu.

Rượu etylic có công thức hóa học là C2H5OH, nghĩa là nó là một ancol no, mạch hở, đơn chức. Cụ thể, trong phân tử rượu etylic có chứa:

• Nhóm etyl (C2H5)-: là gốc hydrocacbon bậc hai. Tạo nên bộ khung của phân tử rượu.
• Nhóm hydroxyl (-OH): nhóm chức tạo nên tính chất của ancol. Khi thế vào vị trí của 1 nguyên tử H trong phân tử Hydrocacbon tạo thành ancol.

Như vậy, rượu etylic chính là 1 ancol được tạo thành từ quá trình thế nhóm -OH vào phân tử etylen (C2H4).

Rượu etylic có nguồn gốc sinh học, được tạo ra từ quá trình lên men của đường, tinh bột bởi các vi sinh vật như nấm men, vi khuẩn. Nó cũng có thể được tổng hợp nhân tạo bằng phản ứng hydrat hóa etylen.

Đây là loại rượu/cồn thông dụng và phổ biến nhất trong cuộc sống.

Công thức hóa học của rượu

Rượu etylic có công thức cấu tạo là: C2H5OH

Trong đó:

• C2H5: Gốc ethyl
• C: nguyên tố Cacbon
• H: nguyên tố Hydro
• Số 2: cho biết ethyl là một gốc hydrocacbon no, bậc 2 (2 nguyên tử cacbon)
• OH: Gốc hydroxyl
• O: nguyên tố Oxy
• H: nguyên tố Hydro

Như vậy:

• Bộ khung của phân tử rượu etylic là gốc ethyl (C2H5). Đây chính là phân tử của hợp chất Etylen (CH2=CH2).
• Nhóm hydroxyl (OH):là nhóm chức đặc trưng của hợp chất có tính chất của rượu/ancol. Nhóm OH thế vào vị trí của một nguyên tử H trong phân tử Etylen để tạo thành rượu Etylic.
• Phân tử rượu Etylic là một chuỗi thẳng, không có các nhánh hay vòng. Do đó nó được xếp vào nhóm Ancol mạch hở, đơn chức (1 nhóm -OH).

Như vậy, công thức cấu tạo phản ánh rõ các đặc điểm cơ bản của rượu Etylic là một Ancol no, đơn chức, mạch hở.

Tính chất hóa học của rượu etylic

Phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ

Rượu etylic phản ứng với một số kim loại kiềm và kiềm thổ như: Natri, Kali, Canxi… theo phương trình sau:

C2H5OH + 2Na → C2H5ONa + H2↑

Trong đó, rượu bị khử thành ancolat (etylic axetat), giải phóng khí hidro. Phản ứng này thể hiện rõ tính chất khử của các kim loại kiềm mạnh.

Phản ứng oxi hóa

Khi cho rượu etylic tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như K2Cr2O7 hoặc KMnO4 trong môi trường axit, rượu bị oxi hóa sâu thành CO2 và H2O:

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Phản ứng trên thể hiện tính chất dễ bị oxi hóa của rượu thành axit cacboxylic (CO2), sau đó tiếp tục bị oxi hóa thành nước.

Phản ứng với axit axetic

Rượu etylic phản ứng với axit axetic tạo thành este etylic axetat:

C2H5OH + CH3COOH → CH3COOC2H5 + H2O

Đây là phản ứng este hóa typi của một ancol với một axit cacboxylic. Sản phẩm thu được là este etylic axetat.

Như vậy, rượu etylic thể hiện đầy đủ các tính chất hóa học cơ bản của một ancol đơn chức.

Tính chất vật lý của rượu

Rượu etylic có một số tính chất vật lý cơ bản sau:

Trạng thái và màu sắc:

• Rượu etylic ở điều kiện thường (25độ C, 1 atm) là chất lỏng không màu, trong suốt.

Mùi:

• Có mùi đặc trưng của cồn, rất dễ nhận biết. Mùi cồn bay hơi khi tiếp xúc với không khí.

Khối lượng riêng:

• 0,8 g/cm3 (nhẹ hơn nước)

Độ tan:

• Tan hoàn toàn trong nước, tạo dung dịch trong với bất kỳ tỷ lệ nào. Ngoài ra còn tan tốt trong ethanol, ether dimetylic, benzen…

Nhiệt độ sôi:

• 78,3oC (thấp hơn nước)

Điểm băng:

• -114oC

Độ nhớt

• 1,2 ×10-3 Pa.s ở 20oC (nhớt hơn nước)

Như vậy, rượu etylic là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, có độ nhớt và khối lượng riêng thấp hơn nước. Đây là những tính chất vật lý quan trọng tạo nên các ứng dụng rộng rãi của rượu trong công nghiệp và đời sống.

Các phương pháp điều chế ancol etylic

Có 2 phương pháp chính để sản xuất rượu etylic:

Lên men đường hoặc tinh bột

Phương pháp truyền thống là lên men các chất giàu tinh bột hoặc đường như mía, sắn, ngô, gạo… bằng các chủng nấm men (thường dùng Saccharomyces cerevisiae) trong điều kiện kỵ khí.

Quá trình lên men diễn ra như sau:

(1) Thủy phân tinh bột/đường thành đường glucose bằng axit vô cơ hoặc enzyme

(2) Đường glucose lên men tạo rượu (phản ứng lên men cồn)

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

(3) Tinh chế rượu thô bằng các phương pháp: chưng cất, lọc, khử ion…để thu được rượu tinh khiết có nồng độ cần thiết.

Cộng hợp etylen với nước

Etylen có thể phản ứng trực tiếp với nước tạo thành rượu etylic:

C2H4(g) + H2O(l) → C2H5OH(l)

Điều kiện: xúc tác axit, 150-300 độ C, áp suất cao

Ưu điểm: Hiệu suất cao, thuần khiết, đồng nhất và dễ kiểm soát.

Nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng

Công nghệ Hydrat hóa etylen

Xử lý etylen bằng axit phosphoric đặc nóng để thu được ethanol. Phản ứng:

C2H4 + H2O → C2H5OH

Điều kiện: nhiệt độ 240-280oC, áp suất cao.

Ưu điểm: nhanh, hiệu suất cao.

Nhược điểm: Điều kiện khắc nghiệt, tốn năng lượng

Ancol etylic có những ưu nhược điểm gì?

Rượu etylic được sử dụng rộng rãi vì có những ưu điểm sau:

Ưu điểm

• Sản xuất đơn giản, chi phí thấp, nguồn nguyên liệu dồi dào.
• Dễ hòa tan, pha trộn với các dung môi khác nhau
• Dễ bay hơi và cháy sạch, tạo nhiệt lượng cao khi đốt cháy.
• Độc tính thấp hơn so với các dung môi hữu cơ khác như benzen, toulen
• Là chất phụ gia quan trọng trong nhiều ngành công nghệ

Nhược điểm

• Dễ cháy, dễ bay hơi
• Có thể gây ngộ độc, ảnh hưởng tới hệ thần kinh nếu sử dụng với nồng độ cao
• Thuần khiết hoàn toàn là rất khó và tốn kém
• Không phải là dung môi phổ quát, chỉ hòa tan được một số hợp chất hữu cơ
• Lạm dụng rượu gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe và xã hội

Như vậy rượu vừa có những ưu điểm vượt trội nhưng cũng tiềm ẩn một số nhược điểm cần lưu ý khi sử dụng.

Công thức tính độ rượu

Độ rượu (hoặc độ cồn) được hiểu là hàm lượng cồn thể tích có trong các loại đồ uống có cồn, thường được biểu thị bằng đơn vị phần trăm (%) hoặc độ.

Công thức tính độ rượu:

Độ rượu (%) = (Thể tích cồn ethanol (ml) / Tổng thể tích hỗn hợp (ml)) x 100

Trong đó:

• Thể tích cồn ethanol: thể tích riêng của lượng cồn tinh khiết (ethanol 100%) có trong hỗn hợp.
• Tổng thể tích hỗn hợp: tổng thể tích của cả dung dịch, bao gồm thể tích nước, cồn và các thành phần khác.

Một số ví dụ về tính độ rượu:

• Rượu vang có độ rượu từ 11-14%
• Bia có độ cồn khoảng 4-5%
• Rượu mạnh như vodka, whiskey có độ cồn 35-40%
• Rượu nguyên chất (ethanol tinh khiết) có độ cồn là 96-97%

Như vậy, công thức tính độ rượu rất đơn giản, dựa trên tỉ lệ phần trăm thể tích cồn so với tổng thể tích hỗn hợp.

Ứng dụng của rượu etylic

Trong công nghiệp

• Làm dung môi cho nhiều loại sơn, mực in
• Sản xuất xăng sinh học, thay thế cho xăng động cơ
• Chất trung gian trong tổng hợp hóa học như este, ete, cồn công nghiệp
• Chiết xuất, tinh chế các hợp chất thiên nhiên

Trong công nghiệp thực phẩm

• Bảo quản, ủ chín một số sản phẩm như trái cây sấy, rượu vang, bia
• Chiết xuất các hương liệu, màu thực phẩm
• Tinh chế đường, dầu thực vật
• Sát trùng dụng cụ, vật dụng chế biến thực phẩm

Trong dược phẩm và y học

• Sản xuất thuốc sát trùng các vết thương
• Bảo quản mẫu vật y học như các bộ phận cơ thể
• Dung dịch cho thuốc tiêm, thuốc nhỏ mắt, dược phẩm dạng lỏng
• Làm dung môi chiết xuất các hoạt chất từ thảo dược

Như vậy, rượu etylic là một hóa chất cơ bản có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống.

Các nguy cơ tiềm ẩn có thể mang đến từ ancol etylic

Mặc dù có nhiều ứng dụng hữu ích, rượu etylic cũng tiềm ẩn một số nguy cơ nếu lạm dụng với liều lượng lớn:

• Gây ngộ độc cấp, có thể dẫn đến tử vong nếu uống quá liều. Triệu chứng bao gồm buồn nôn, nôn ói, hôn mê, co giật…
• Gây nghiện rượu bia, phá hủy não bộ và hệ thần kinh khi sử dụng lâu dài với nồng độ cao.
• Là nguyên nhân gây ra hàng loạt bệnh lý về gan, thận, dạ dày, tim mạch, béo phì…
• Ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng phán đoán, làm tăng nguy cơ gây tai nạn giao thông, tai nạn lao động.
• Làm suy giảm trí nhớ, khả năng học tập, làm việc của con người.
• Dễ dẫn tới bạo lực, phá hoại, hành vi sai trái khi say rượu bia.

Do đó, mọi người cần có ý thức sử dụng đúng liều lượng và tránh lạm dụng rượu bia để bảo vệ sức khỏe cho bản thân và cộng đồng.

Kết luận

Rượu etylic là một hợp chất hữu cơ được sử dụng rộng rãi với nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm cũng như làm nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, việc lạm dụng hoặc sử dụng quá liều lượng cho phép của rượu etylic sẽ gây ra những tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe và cuộc sống.

Do đó, để có thể phát huy công dụng tốt nhất của ethanol, mọi người cần tuân thủ những quy định và hướng dẫn khi sử dụng, lưu trữ cũng như vận chuyển rượu etylic. Đồng thời, cần có biện pháp kiểm soát chặt chẽ độ cồn trong các sản phẩm tiêu dùng để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.