Inhoud
"Alcohol" is een woord dat, zoals veel Engelse termen, een meer specifieke betekenis heeft in de wetenschap dan in het dagelijkse gebruik. "Ethanol" beschrijft ondertussen een specifieke chemische stof; terwijl ethanol een soort alcohol is, heeft het ook meerdere toepassingen (een industriële, een voedsel- en drankgerelateerde) die weinig overlappen.
Wat is ethanol? Ook wel ethylalcohol genoemd, het is een van de eenvoudigste alcoholen en is zeker de meest gevierde, ten goede of ten kwade, in de westerse cultuur. Dit bescheiden molecuul met twee koolstofatomen vormt het centrum van ruime historische controverses en het gebruik ervan als een stemmingsveranderende stof heeft in de hele beschavingsgeschiedenis belangrijke gevolgen gehad voor menselijke samenlevingen.
Wat is een alcohol?
Veel verbindingen in de chemie zijn koolwaterstoffen, die alleen uit koolstof- en waterstofatomen bestaan. De introductie van zuurstofatomen in koolwaterstoffen opent de deur naar een verscheidenheid aan nieuwe categorieën chemicaliën met een reeks eigenschappen.
Alcoholen zijn koolwaterstoffen waarin een -OH-groep of hydroxylgroep is vervangen door een waterstofatoom. Het eenvoudigste voorbeeld is het koolwaterstofmethaan met de formule CH4. Koolstofatomen kunnen vier bindingen vormen met andere atomen en waterstof slechts één, dus methaan is een stabiele verbinding. Zuurstof daarentegen vormt in totaal twee bindingen. Dus een hydroxylgroep, die een zuurstof heeft gebonden aan een waterstof, heeft één "plek" beschikbaar voor binding. Dit betekent dat als de omstandigheden geschikt zijn, methaan kan worden omgezet in methylalcohol of methanol. De formule voor dit molecuul is CH3(OH).
Terwijl methanol één koolstofatoom heeft, heeft ethanol, de volgende grootste en afgeleid van het zuivere koolwaterstofethaan, twee. De chemische formule voor ethaan is CH3CH3 (ook geschreven C2H6); elk koolstofatoom is gebonden aan drie waterstofatomen en aan de andere koolstofatomen. De formule voor ethanol is daarom CH3CH2(OH).
Ethanol wordt ook ethylalcohol genoemd.Deze naamgevingsconventie is, zoals u misschien al vermoedde, van toepassing op alle alcoholen; het achtervoegsel "-anol" kan worden vervangen door de meer omslachtige "-ylalcohol". Wetende dat propaan de naam is van een koolwaterstof met drie koolstofatomen, kun je dan de chemische formule ervan berekenen, die van de bijbehorende alcohol en de twee verschillende namen voor die alcohol?
Andere alcoholen
Omdat methanol en ethanol respectievelijk een- en twee-koolstofalcoholen zijn, bestaat er geen dubbelzinnigheid in termen van hun formule. Dat wil zeggen, gegeven een één-koolstof of twee-koolstof koolwaterstof met een enkele hydroxylgroep in plaats van een enkel waterstofatoom, is er slechts één mogelijke configuratie. In het geval van ethanol is de koolstof waaraan de -OH is gehecht niet relevant omdat ethaan zelf een symmetrische molecule is; er is geen geometrisch onderscheid tussen de eerste koolstof en de tweede.
Op het niveau van drie-koolstofverbindingen wordt het echter ingewikkelder. Propaan heeft de formule CH3CH2CH3 (ook geschreven als C3H8). Als een hydroxylgroep is bevestigd aan een van de terminale (eind) koolstofatomen, is het resultaat gewone propylalcohol of propanol. Maar wat als de hydroxylgroep in plaats daarvan is bevestigd aan de middelste koolstof?
In feite heeft een belangrijke verbinding genaamd propaan-2-ol precies zo'n opstelling. (Misschien zie je dit in oudere referenties geschreven als 2-propanol; het toevoegen van de "2" als een infix is een conventie die begon in 2013 toen de International Union of Pure and Applied Chemistry, of IUPAC, nieuwe nomenclatuurregels ontwikkelde.) De " 2 "verwijst naar het feit dat de hydroxylgroep gehecht is aan de tweede van de drie koolstofatomen van propaan en dus in het midden staat. Deze stof heeft drie koolstofatomen, acht waterstoffen en een zuurstof, net als gewone propanol. Als zodanig is het een isomeer van propanol en wordt het isopropylalcohol genoemd. De meeste zogenaamde "ontsmettingsalcohol" voor antiseptisch gebruik bevat isopropylalcohol.
En wat als er meer dan één hydroxylgroep aanwezig is? Bevat de betreffende verbinding nog steeds alcohol? In feite gebeurt dit ook. Wanneer een tweede -OH wordt toegevoegd aan ethanol bij de andere koolstof, creëerde dit een molecule genaamd 1,2-ethaandiol. De "diol" onthult dat de stof een dubbele alcohol is met twee hydroxylgroepen en het "1,2-" voorvoegsel geeft aan dat ze aan verschillende koolstofatomen zijn gehecht. Deze alcohol wordt vaker ethyleenglycol genoemd en is het hoofdbestanddeel van antivries. Het is zeer giftig (net als methanol).
Een andere veel voorkomende zogenaamde polyhydroxylalcohol wordt de algemene naam glycerol of glycerine genoemd. Dit is eenvoudig propaan met een hydroxylgroep gesubstitueerd voor een waterstofatoom aan elk van de drie koolstofatomen, allemaal aan dezelfde kant van het propaanmolecuul. De formele naam voor deze stof is dus 1,2,3-propaantriol, en het dient beide als de "ruggengraat" voor vetmoleculen in de voeding en kan direct door cellen worden gebruikt als brandstof.
Ethanol Synthese
Ethanol wordt gemaakt van maïs en ander plantaardig materiaal. Meer in het algemeen wordt ethanol gemaakt van het molecuul glucose, dat in allerlei soorten zetmeel voorkomt en de belangrijkste vorm van energie is die door alle levende cellen wordt gebruikt. Eén glucosemolecuul wordt onder invloed van gist omgezet in ethanol en kooldioxide, dat werkt als een enzym om de reactie aan te moedigen:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
Deze reactie staat bekend als gisting omdat het een vorm van anaërobe (zonder zuurstof) ademhaling is. Een ander type gistingsreactie is melkzuurgisting, wat je lichaam ondergaat als je te intensief traint om zuurstofconsumptie en -verwerking in staat te stellen gelijke tred te houden met je energiebehoeften. Beide soorten fermentatie zijn alternatieven voor aerobe ademhaling, waarbij glucose wordt verwerkt in cel-mitochondriën via de Krebs-cyclus en de elektrontransportketen om energie op te leveren in de vorm van ATP of adenosinetrifosfaat.
Ethylalcohol als brandstof
Hoewel ethanol al lang bekend staat als het actieve ingrediënt in alcoholische dranken, wordt het ook steeds vaker gebruikt als een "alternatieve" brandstof, wat betekent dat het een alternatief is voor de traditionele fossiele of op aardolie gebaseerde brandstoffen zoals benzine en aardgas . Tegenwoordig bevat meer dan 98 procent van de in de VS verkochte benzine een bepaalde hoeveelheid ethanol. De meest voorkomende verhouding is 90 procent benzine (een andere koolwaterstof, als je de score bijhoudt) tot 10 procent ethanol. Sommige voertuigen hebben meer flexibiliteit wat betreft de verbrandingseigenschappen van hun motoren, en deze kunnen werken met brandstoffen die voor meer dan 50% uit ethanol en in sommige gevallen voor meer dan 80% bestaan.
Ethanol is populair in de VS als brandstof omdat de uitstoot minder giftig is dan die van benzine en omdat het de afhankelijkheid van vreemde olie belangrijk vermindert. Momenteel kunnen ethanolbrandstoffen echter niet hetzelfde brandstofverbruik bieden als voertuigen die op benzine rijden, en bieden ze slechts ongeveer driekwart van de brandstofefficiëntie van standaardauto's.
Misbruik van ethanol
Ethanol wordt ook gebruikt bij de productie van alcohol die bedoeld is om te drinken. Mensen gebruiken al eeuwenlang ethanol in de verwerkte drinkvormen, zoals bier, om hun manier van voelen te veranderen. In kleinere hoeveelheden kan het de geest ontspannen en sommige individuen gemakkelijker laten deelnemen aan anders stressvolle sociale situaties.
Zonder twijfel, omdat het zo gemakkelijk wordt misbruikt en zo breed beschikbaar is, vormt alcoholgebruik een groot gevaar voor de volksgezondheid. Volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention kostte overmatig alcoholgebruik in het jaar 2010 de Amerikaanse economie een kwart biljoen dollar als gevolg van ongevallen, productiviteitsverlies, gezondheidsproblemen, criminaliteit en andere problemen. Ongeveer 88.000 sterfgevallen per jaar zijn direct te wijten aan de gevolgen van overmatig drinken. Sommige mensen hebben een veel grotere neiging dan anderen om fysiek of psychologisch afhankelijk te worden van alcoholhoudende dranken, en veel hiervan wordt als genetisch beschouwd. De meeste experts geloven dat er echt geen veilige limiet is wat betreft het besturen van een motorvoertuig onder invloed, maar alcoholgerelateerde auto-ongevallen blijven een enorme bron van vermijdbare dood en zwakte in het hele land.