乙醇(Ethanol)俗称酒精,是一种有机物,结构简式CH₃CH₂OH或C₂H₅OH,分子式C₂H₆O,是最常见的一元醇。
乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,低毒性,纯液体不可直接饮用;具有特殊香味,并略带刺激;微甘,并伴有刺激的辛辣滋味。易燃,其蒸气能与空气形成爆炸性混合物,能与水以任意比互溶。能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶,相对密度(d15.56)0.816。
乙醇的用途很广,可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等,在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。
乙醇与二甲醚(即甲醚)互为官能团异构体。
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13℃,闭口闪点[2]
应 用
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国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产
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安全性描述
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极易燃,储备运输远离火源、热源等
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危险性符号
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S7 S16 S36 S45 S36/S37[1]
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危险性描述
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R10 R11 R20/21/22 R36/37/38 R39/23/24/25
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危险品运输编号
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UN 1170 3/PG 2[1]
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蒸汽压
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5.8kpa,20℃[2]
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粘 度
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1.074 mPa.s,20℃[2]
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表面张力
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21.97 mN/m at 25 deg C[2]
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解离系数
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pKa = 15.9,25℃[2]
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物质类别
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有机物-醇类
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气体密度
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2.009kg/m³[1]
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气体相对密度
1.59(空气=1)
物理性质
乙醇液体密度是0.789g/cm³,乙醇气体密度为1.59kg/m³,
乙醇的各种表现形式(2张)
相对
密度(d15.56)0.816,
式量(
相对分子质量)为46.07g/mol。沸点是78.4℃,熔点是-114.3℃。纯乙醇是无色透明的液体,有特殊香味,易
挥发。
λ=589.3nm和18.35℃下,乙醇的
折射率为1.36242,比水稍高。
溶解性
能与水以任意比互溶;可混溶于醚、氯仿、甲醇、丙酮、甘油等多数有机溶剂。[6]
潮解性
由于存在氢键,乙醇具有较强的
潮解性,可以很快从空气中吸收水分。
乙醇是一种很好的溶剂,能溶解许多物质,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分;也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,提高反应速率。例如,在油脂的皂化反应中,加入乙醇既能溶解NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相(同一溶剂的溶液)中充分接触,加快反应速率。[6]
酸碱性
乙醇不是酸(一般意义上的酸,它不能使
酸碱指示剂变色,也不具有酸的通性),乙醇溶液中含有极化的氧氢键,电离时生成烷氧基
负离子和
质子(
氢离子)。
还原性
乙醇具有
还原性,可以被氧化(催化氧化)成为
乙醛甚至进一步被氧化为乙酸。
酒精中毒的罪魁祸首通常被认为是有一定
毒性的
乙醛(乙醇在体内也可以被氧化,但较缓慢,因为没有
催化剂),而并非喝下去的乙醇。[7]
化学方程式:
实际上是铜先被氧化成
氧化铜;然后氧化铜再与乙醇反应,被还原为单质铜(黑色氧化铜变成红色)。
乙醇也可被
高锰酸钾氧化成
乙酸,同时高锰酸钾由紫红色变为无色。
乙醇也可以与酸性
重铬酸钾溶液反应,当乙醇蒸汽进入含有酸性重铬酸钾溶液的硅胶中时,可见硅胶由橙红色变为灰绿色(Cr3+),此反应可用于检验司机是否饮酒驾车(
酒驾)。[6]
化学反应
1、与金属反应
结论:
(1)乙醇可以与金属
钠反应产生氢气,但不如水与金属钠反应剧烈。金属钠与水反应剧烈,钠
熔化,气泡猛烈,反应生成的热,可使钠燃烧;而乙醇与金属钠的反应很缓慢,形状不怎么变化,气泡很缓慢,金属钠沉在溶液底下。
(2)活泼金属(
钾、
钙、钠等)可以将乙醇羟基里的氢取代出来。醇的金属盐遇水则迅速
水解生成醇和
碱。[6]
乙醇可以与乙酸在
浓硫酸的催化并加热的情况下,发生
酯化作用,生成
乙酸乙酯(具有果香味;酒放得越久就越香就是因为乙醇被缓慢氧化成乙酸,然后发生酯化反应作用,生成乙酸乙酯)。反应为可逆反应:
反应中酸脱去
羟基,醇脱去羟基上的氢,即“酸脱羟基醇脱氢”。[6]
注意:通常用
溴化钠和中等浓度的硫酸的混合物与乙醇加热进行该反应,故常有红棕色气体(
溴单质)产生。[6]
①燃烧
乙醇易燃,其蒸气能与空气形成
爆炸性混合物。
乙醇燃烧产生的光谱
完全氧化反应:发出淡蓝色火焰,生成二氧化碳和水(蒸气),并放出大量的热;
不完全燃烧时还生成一氧化碳,有黄色火焰,放出热量。
②催化氧化:在加热和有催化剂(Cu或Ag)存在的情况下进行。
以上反应即催化氧化的实质
乙醇也可被浓硫酸跟高锰酸钾的混合物发生非常激烈的
氧化反应,燃烧起来。
乙醇可以在浓硫酸和高温的催化发生
脱水反应,随着温度的不同生成物也不同。
1、消去(分子内脱水)制
乙烯(170℃浓硫酸)(切记要注酸入醇,酸与醇的比例是1:3)
应用领域
工业原料
乙醇的用途很广,可以用于:
75%的乙醇溶液常用于医疗消毒。
消毒用品
体积分数99.5%以上的酒精称为无水酒精。生物学中的用途:叶绿体中的色素能溶在有机溶剂
无水乙醇(或
丙酮)中,所以用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素。
95%的酒精用于擦拭
紫外线灯。这种酒精在医院常用,而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。
70%~75%的酒精用于消毒。这是因为,过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜,阻止其进入细菌体内,难以将细菌彻底杀死。若
酒精浓度过低,虽可进入细菌,但不能将其体内的蛋白质凝固,同样也不能将细菌彻底杀死。其中75%的酒精消毒效果最好。
40%~50%的酒精可预防
褥疮。长期卧床患者的背、腰、臀部因长期受压可引发褥疮,如按摩时将少许40%~50%的酒精倒入手中,均匀地按摩患者受压部位,就能达到促进局部血液循环,防止褥疮形成的目的。
25%~50%的酒精可用于物理退热。高烧患者可用其擦身,达到降温的目的。因为用酒精擦拭皮肤,能使患者的皮肤血管扩张,增加皮肤的散热能力,酒精蒸发,吸热,使病人体
表面温度降低,症状缓解。
注意:酒精浓度不可过高,否则可能会刺激皮肤,并吸收表皮大量的水分。[6]
饮料制品
乙醇是酒主要成分(含量和酒的种类有关系)。
注意:日常饮用的酒内的乙醇不是把乙醇加进去,而是微生物
发酵得到的乙醇,当然根据使用的微生物种类不同还会有乙酸或糖等有关物质。
白酒的度数表示酒中含乙醇的体积百分比(西方国家常用proof表示酒精含量),通常是以20℃时的体积比表示的,如50度的酒,表示在100毫升的酒中,含有乙醇50毫升(20℃)。另外对于啤酒是表示啤酒生产原料麦芽汁的浓度,以12度的啤酒为例,是麦芽汁发酵前
浸出物的浓度为12%(重量比)。麦芽汁中的浸出物是多种成分的混合物,以
麦芽糖为主。啤酒中乙醇浓度一般低于10%。[11]
有机原料
汽车燃料
早在19世纪,就出现了现代生物能源乙醇。1902 年,Deutz可燃气发动机工厂特意将1/3的重型机车利用纯乙醇作为燃料,随后的1925 年至1945年间,乙醇被加入到汽油里作为抗爆剂。可以说安全、清洁是乙醇的主要优势。[17]
第一代生物能源正是乙醇(俗称“汽车酒精”)。这类乙醇使用粮食或者甘蔗作为原料,通过淀粉或者蔗糖发酵得到的,而微生物在其中起着至关重要的作用。生物乙醇发酵是目前最大规模的微生物发酵过程。
乙醇可以调入汽油作为车用燃料。[18] 美国销售
乙醇汽油已有20年历史,我国高粱乙醇在汽油中占10%。
乙醇汽油也被称为“E型汽油”,我国使用乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以改善
油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。
药理作用
消毒
广泛用于医用消毒(体积分数为75%±5%的乙醇溶液常用于医疗消毒)。
一般使用 95%的酒精用于器械消毒;70~75%的酒精用于杀菌,例如75%的酒精在
常温(25℃)下,一分钟内可以杀死大肠杆菌、
金黄色葡萄球菌、白色
念珠菌、白色念球菌、
铜绿假单胞菌等;更低浓度的酒精用于降低体温,促进局部血液循环等。
但是研究表明,乙醇不能杀死细菌芽孢,也不能杀死肝炎病毒(如:
乙肝病毒)。故乙醇只能用于
一般消毒,达不到灭菌标准。
食用
乙醇还可以用于食用,如酒。因为它能作为良好的有机溶剂,所以中医用它来送服中药,以溶解中药中大部分有机成分。
酒精在中药使用上的作用:
1、酒精可以行药势,古人谓“酒为诸药之长”,酒精可以便药力外达于表而上至于颠,使理气行血药物的作用得到较好的发挥,也能使滋补药物补而不滞;
2、酒精有助于药物有效成分的析出,中药的多种成分都易于溶解酒精之中;
3、防腐作用。[14]
吸收
饮酒后,乙醇很快通过胃和小肠的毛细血管进入血液。
一般情况下,饮酒者血液中乙醇的浓度(blood alcohol concentration,BAC)在30~45分钟内将达到最大值,随后逐渐降低。
当BAC超过1000mg/L时,将可能引起明显的
乙醇中毒。
摄入体内的乙醇除少量未被代谢而通过呼吸和
尿液直接排出外,大部分乙醇需被
氧化分解。[16]
代谢
在乙醇的代谢过程中
乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)起着至关重要的作用,它主要分布在肝脏,在胃肠道及其他组织中也有少量分布。
乙醇通过血液流到肝脏后,首先被ADH氧化为乙醛,而
乙醛脱氢酶则能把乙醛进一步催化为乙酸,在肝脏中乙醇还能被CYP2E1酶
分解代谢。
人喝酒后面部潮红,是因为皮下暂时性血管扩张所致,因为这些人体内有高效的乙醇脱氢酶,能迅速将血液中的酒精转化成
乙醛,而乙醛具有让
毛细血管扩张的功能,会引起脸色泛红甚至身上皮肤潮红等现象,也就是平时所说的“
上脸”。另外还有一种酶——乙醛脱氢酶,喝酒脸红的人是只有乙醇脱氢酶没有乙醛脱氢酶,所以体内迅速累积乙醛而迟迟不能代谢引起的。
乙醇代谢的
速率主要取决于体内酶的含量,其具有较大的个体差异,并与遗传有关。
人体内若是具备这两种酶,就能较快地分解酒精,
中枢神经就较少受到
酒精的作用,因而即使喝了一定量的酒后,也行若无事。在人体中,都存在乙醇脱氢酶,而且大部分人数量基本是相等的。但缺少乙醛脱氢酶的人就比较多。
乙醛脱氢酶的缺少,使乙醛分解较慢,在体内存留时间较长,所以严格地说酒精的代谢速度是没法用一个准确的速度来描述的,因人而异。