Ethanol là gì? Định nghĩa, tính chất và ứng dụng

Hóa chất đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của chúng ta. Mối liên hệ đó được thể hiện qua nhiều khía cạnh, từ những sản phẩm tiêu dùng, thực phẩm và đồ uống,… đến y tế, giáo dục, nông nghiệp, công nghiệp và cả xử lý môi trường. Trong đó, rõ ràng và dễ thấy nhất là Ethanol - một loại thức uống quen thuộc hàng ngày của nhiều người.

Ethanol là gì?

Ethanol là một loại cồn lỏng, nó còn có nhiều tên gọi khác như rượu etylic, rượu ngũ cốc, methylcarbinol,…. Công thức Ethanol là C₂H₆O hay C₂H₅OH. Ở nhiệt độ phòng, ethanol nguyên chất là chất lỏng trong suốt, không màu, dễ bay hơi, có mùi mạnh và dễ cháy với cảm giác bỏng rác dữ dội. Nhiệt độ sôi của ethanol ở khoảng 78,37°C. Nó phản ứng với một số axit để tạo thành este, có thể chuyển thành axit axetic và axetaldehyd thông qua quá trình oxy hóa.

Công dụng của ethanol

Không độc hại như methanol, cồn ethanol an toàn cho con người sử dụng nên thường được sử dụng trong chưng cất rượu, sản xuất rượu vang, bia, rượu whisky và nhiều loại thức uống có cồn khác.

Trong công nghiệp, ethanol là một hóa chất quan trọng được sử dụng để làm dung môi trong quá trình tổng hợp các chất khác và làm chất phụ gia cho khí đốt ô tô. Bên cạnh đó, ở dạng tinh khiết nó cũng là một loại hóa chất thí nghiệm phổ biến.

Trong ngành mỹ phẩm và sản phẩm làm đẹp, đây là thành phần phổ biến trong các loại kem dưỡng da như chất bảo quản giúp chăm sóc da.

Ngoài ra, ethanol cũng được dùng trong nước sơn và các sản phẩm làm sạch để ngăn ngừa sự xâm nhập của sinh vật.

Ethanol là loại cồn được sử dụng trong sản xuất rượu và thức uống có cồn. Ảnh: Google.

Sản xuất ethanol như thế nào?

Ethanol là sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu, được phát hiện và sử dụng trong hóa học từ những năm 1850. Với tính linh hoạt, hiện nay nó đã được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, và là một hóa chất công nghiệp quan trọng.

Có hai quy trình chính để sản xuất ethanol, trong đó:

Quá trình lên men carbohydrate

Phương pháp này được sử dụng cho sản xuất rượu và các loại đồ uống có cồn. Được thực hiện bằng cách nuôi cấy tế bào nấm men để lên men đường trong tinh bột của các loại ngũ cốc như gạo nếp, lúa mạch, lúa miến (cao lương), ngô (bắp),… hoặc đường trong mía và củ cải đường.

Để hiểu rõ hơn, bạn có thể tham khảo 5 bước trong quá trình sản xuất ethanol với nguyên liệu đầu vào là ngô như sau:

Bước 1. Hạt ngô nguyên hạt được nghiền thành dạng bột hoặc bột thô, còn gọi là tinh bột.

Bước 2. Thêm nước vào bột để tạo thành “bùn nhão” và mang đi đun nóng để phá vỡ các phân tử carbohydrate trong tinh bột thành các mảnh nhỏ hơn. Sau đó, enzyme alpha-amylase được thêm vào để thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy các phân tử tinh bột.

Bước 3. Các mảnh phân tử carbohydrate bị phân hủy thành đường đơn glucose. Phản ứng này được xúc tác bởi một loại enzyme gọi là glucoamylase.

Bước 4. Các vi sinh vật đơn bào gọi là nấm men được thêm vào hỗn hợp. Lên men là quá trình sinh hóa xảy ra khi nấm men phân hủy glucose. Kết quả là ethanol được tạo ra.

Bước 5. Sản phẩm của quá trình lên men chỉ là 10-15% ethanol và phải được cô đặc. Sau khi trải qua quá trình chưng cất tạo ra ethanol 95%, 5% còn lại là nước. Nó sẽ tiếp tục được lọc và tách nước để tạo ra ethanol tinh khiết 100%.

Quá trình sản xuất ethanol từ ngô cũng tạo ra hai sản phẩm phục khác gồm carbon dioxide (CO2) và bã rượu. Trong đó,

• Khí CO2 thường được thải vào khí quyển, hoặc được thu giữ, sản xuất carbon dioxide lỏng sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: làm lạnh các sản phẩm thực phẩm, làm đồ uống có ga, sản xuất đá khô,…
• Bã rượu là phần còn lại trong các thùng lên men, chứa tất cả các thành phần không lên men được của hạt ngô cùng với men bổ sung. Vì thế, bã rượu được xem là có giá trị dinh dưỡng cao được dùng làm thức ăn chăn nuôi.

Quá trình hydrat hóa etylen

Được thực hiện bằng cách dẫn hỗn hợp etylen và một lượng hơi nước lớn ở nhiệt độ cao (khoảng 300°C) và áp suất cao (khoảng 60-70atm) qua chất xúc tác có tính axit. Dưới tác động của xúc tác và điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp, etylen sẽ phản ứng với nước tạo thành ethanol.

Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp sản phẩm được làm lạnh để ngưng tụ ethanol và nước. Sản phẩm thu được sau đó được tinh chế bằng cách chưng cất để tách ethanol khỏi nước và các tạp chất khác.

Ethanol được sản xuất từ hydrat hóa etylen được ứng dụng rộng rãi làm nhiên liệu sinh học trong động cơ xăng; làm dung môi trong nhiều quy trình công nghiệp; làm nguyên liệu cho sản xuất nhiều hóa chất khác như ethyl acetate, axit axetic , ethylene glycol,…

Ethanol có độc không?

Vì là chất lỏng dễ cháy nên ethanol được xếp vào danh sách những hóa chất nguy hiểm. Bên cạnh đó, ethanol là chất độc gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương bằng cách ức chế hoạt động của não, sử dụng một lượng lớn có thể gây hôn mê, thậm chí là tử vong. Ngoài ra, chất này cũng có thể gây ra chứng nghiện rượu với một số người.

1. Rủi ro cháy nổ

Ethanol rất dễ cháy và hơi của nó có thể bắt lửa ở 13oC bằng nhiệt hoặc tia lửa. Khi trộn với không khí, hơi sẽ nổ và có thể di chuyển đến điểm bắt lửa và bùng cháy trở lại. Các vệt cháy gây ra bởi ethanol có thể lan rộng ra các khu vực lân cận nên nó được xem là mối nguy hiểm cả trong nhà lẫn ngoài trời.

Ngoài ra, nếu các thùng chứa ethanol tiếp xúc với nhiệt độ cao có khả năng phát nổ. Và khi đun nóng cho đến khi cháy sẽ tỏa ra khói và hơi cay.

2. Tiêu thụ nhiều ethanol có thể gây tử vong

Ethanol là thành phần quan trọng của hầu hết các loại rượu và thức uống có cồn. Mặc dù nó là loại cồn an toàn để con người sử dụng, nhưng khi cơ thể tiêu thụ một lượng lớn sẽ khiến quá trình trao đổi chất chậm lại, đồng thời làm suy yếu hệ thần kinh trung ương, nặng có thể dẫn đến tử vong.

Điều tương tự cũng sẽ xảy ra nếu uống ethanol ở dạng tinh khiết (loại thường được dùng trong phòng thí nghiệm). Nó cũng gây tổn thương nội tạng, kích ứng niêm mạc và một số nghiên cứu cho thấy nó có thể là chất gây ung thư.

3. Gây kích ứng

Ethanol tiếp xúc với da hoặc hít phải hơi của nó có thể gây kích ứng tại chỗ, có thể gây buồn nôn ở một số người. Tiếp xúc với mắt có thể gây đau nhói ngay lập tức nhưng không gây thương tích nghiêm trọng.

Cách bảo quản và sơ cứu

- Cách bảo quản: Ở cấp độ công nghiệp ethanol là một loại hóa chất ăn mòn và nguy hiểm, nên được chứa trong các thùng bằng thép không gỉ. Các bồn chứa phải có lớp chứa thứ cấp, có khả năng chống cháy và chống va đập.Tốt nhất, nên bảo quản ethanol trong các bồn chứa và đặt trên mặt đất thay vì cất giữ chúng dưới lòng đất.

- Sơ cứu: 

• Nuốt phải: Nằm xuống và liên hệ ngay với dịch vụ cấp cứu, không uống bất cứ gì và đừng cố gắng nôn vì có thể gây tổn thương niêm mạc và các cơ quan. Lưu ý, không trộn nhiều loại thức uống có cồn khác nhau vì có thể gây ngộ độc.
• Hít phải ethanol có thể khiến bạn buồn ngủ, nên nhanh chóng di chuyển ra nơi thoáng khí càng nhanh càng tốt.
• Nếu tiếp xúc với da, hãy rửa nhẹ nhàng bằng xà phòng và nước ấm.
• ếu bị bắn vào mắt, hãy rửa mắt trong ít nhất 15 phút và đến trạm y tế gần nhất nếu xuất hiện tình trạng kích ứng.