Метанол ГОСТ 2222-95

Ужасающая статистика

За новейшую историю человечеством было зафиксировано семь случаев массового отравления метанолом. Наибольшее количество человек пострадало в июле 1981 года в Индии – от отравления скончалось 308 человек. В 2000 году власти Сальвадора заподозрили теракт, ведь в результате употребления спиртных напитков от отравления метанолом погибло 122 человека. Примечательно, что ни на одном из заводов-изготовителей алкоголя это вещество не было обнаружено.

В России массовое отравление было зафиксировано в декабре 2021 года в результате употребления «Боярышника» – жидкости для принятия ванн, в составе которого позже был обнаружен метанол. Что это такое и как власти допустили подобное – неизвестно. Но в результате отравления пострадало 123 человека, из которых 76 скончались. 20 декабря был объявлен днем траура в Иркутской области.

Получение

Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена).

См. также: Биоэтанол § Брожение

Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала картофеля, риса, кукурузы. Источником получения топливного спирта является вырабатываемый из тростника сахар-сырец и проч. Реакция эта довольно сложна, её результат можно выразить уравнением:

Раствор, получаемый в результате брожения, содержит не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи нежизнеспособны. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путём дистилляции.

Для получения этанола этим способом наиболее часто используют различные штаммы дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae, в качестве питательной среды предварительно обработанные древесные опилки и/или раствор, полученный из них.

Промышленное производство спирта из биологического сырья

Современная промышленная технология получения этилового спирта из пищевого сырья включает следующие стадии:

• Подготовка и измельчение крахмалистого сырья — зерна (прежде всего — ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы, яблок и т. п.
• Ферментация. На этой стадии происходит ферментативное расщепление крахмала до сбраживаемых сахаров. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путём — глюкамилаза, амилосубтилин.
• Брожение. Благодаря сбраживанию дрожжами сахаров происходит накопление в браге спирта.
• Брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.

Отходами бродильного производства являются углекислый газ, барда, эфиро-альдегидная фракция, сивушный спирт и сивушные масла.

Спирт, поступающий из брагоректификационной установки (БРУ), не является безводным, содержание этанола в нём до 95,6 %. В зависимости от содержания в нём посторонних примесей, его разделяют на следующие категории:

• Альфа
• Люкс
• Экстра
• базис
• высшей очистки
• 1 сорт

Производительность современного спиртового завода составляет около спирта в сутки.

Основная статья: Гидролизный спирт

В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. В странах Западной Европы и Америки эта технология не получила распространения, но в СССР (ныне в России) существовала развитая промышленность кормовых гидролизных дрожжей и гидролизного этанола.

В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:

Эта реакция осложняется параллельной реакцией образования диэтилового эфира.

Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около ; эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит воды (мас.) и имеет температуру кипения .

Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток).

Абсолютный спирт — этиловый спирт, практически не содержащий воды. Он кипит при температуре , в то время как спирт-ректификат, содержащий не менее воды, кипит при . Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами, например, спирт обрабатывают веществами, реагирующими с водой или поглощающими воду, такими, как негашёная известь CaO или прокалённый медный купорос CuSO4.

Щелочной гидролиз галогеналканов

При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.

Например, при нагревании хлорметана с водным раствором гидроксида натрия образуется метанол

Физические свойства

Метанол смешивается во всех отношениях с водой, спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими растворителями, образуя с некоторыми из них азеотропные смеси. Не растворим в алифатических углеводородах. В водных растворах образует эвтектику, содержащую 93,3% молекулярного метанола.

Метанол хорошо растворяет многие газы, в том числе оксиды углерода, ацетилен, этилен и метан, вследствие чего используется в технике для абсорбции примесей из технологических газов.

Влияние на человеческий организм

Патологические изменения наступают после превышения допустимой нормы. Но слепота это только начало. Дальнейшие действия приведут к поражению участков головного мозга, полному нарушению работы мочевыводящих органов.

Моментальная смерть наступает при содержании в организме до 2 граммов на каждый килограмм веса. Это вызвано тем, что одноатомный спирт окисляется до яда формальдегид, который применялся раньше в качестве бесшумного убийцы. Он сразу парализует нервную систему и воздействует на белковые соединения. При этом токсический эффект появляется только через несколько часов.

Выдержка

Одним из вариантов улучшения будущего напитка и его вкуса является выдержка. После того как все процессы перегонки и очистки завершены, напиток уже готов к употреблению. Однако, нет пределов совершенству.

Многие ценители выдерживают получившийся на выходе перегона самогон в бочках. Благодаря этому, напиток в корне меняет свой вкус и качества.

Самым благородным, уважаемым и популярным способом выдержки является выдержка в дубовых бочках. Алкоголь, долгое время, пребывавший в такой таре, меняет свои характеристики и ценность.

В процессе такого хранения, напиток насыщается кислородными соединениями через поры дерева. Более того, алкоголь меняет свой цвет, аромат, послевкусие.

При условии, что в качестве сырья была использована хорошая брага, перегон был выполнен по всем правилам и были соблюдены все технические требования, а после него выдержали в дубовой бочке, на выходе получается совершенно непередаваемого вкуса напиток.

Насыщение лигнином, танинами, азотистыми и белковыми веществами меняет характеристики и вкус напитка, делает его более благородным, мягким и приятным.

Гидратация алкенов

Гидратация (присоединение воды) алкенов протекает в присутствии минеральных кислот. При присоединении воды к алкенам образуются спирты.

Однако получить метанол гидратацией алкенов нельзя.

Применение этанола в качестве автомобильного топлива

Основная статья: Биоэтанол

Топливный этанол делится на биоэтанол и этанол, полученный другими методами (из отходов пластмасс, синтезированный из газа и т. п.).

Биоэтанол — это жидкое этанолсодержащее топливо, получаемое специальными заводами из крахмал-, целлюлозно- или сахаросодержащего сырья по системе укороченной дистилляции (позволяет получать качество, достаточное для использования в качестве топлива). Содержит метанол и сивушные масла, что делает его совершенно непригодным для питья. Применяется в чистом виде (точнее в виде азеотропа 96,6 %), а чаще в смеси с бензином (так называемый газохол) или дизельным топливом. Производство и использование биоэтанола увеличивается в большинстве стран мира, как более экологичная и возобновляемая альтернатива нефти.

Полноценно использовать биоэтанол способны лишь автомобили с соответствующим двигателем или с универсальным Flex-Fuel (способен потреблять смеси бензин/этанол с любым соотношением). Бензиновый двигатель способен потреблять бензин с добавкой этанола не более 30 %, возможно также переоборудование обычного бензинового двигателя, но это экономически нецелесообразно.

Проблемой является недостаточная смешиваемость бензина и дизельного топлива с этанолом, из-за чего последний нередко выслаивается (при низких температурах всегда). Особенно эта проблема актуальна для России. Решения этой проблемы на данный момент не найдено.

Преимуществом смесей этанола с другими видами топлива перед «чистым» этанолом является лучшая зажигаемость, благодаря низкому содержанию влаги, тогда как «чистый» этанол (марка E100, с практическим содержанием C2H5OH 96,6 %) является неразделяемым дистилляцией азеотропом. Разделение же иными способами невыгодно. При добавлении этанола к бензину или дизелю происходит выслаивание воды.

В разных странах действуют следующие государственные программы применения этанола и содержащих его смесей на транспорте с двигателями внутреннего сгорания:

В США «Энергетический билль», подписанный президентом Бушем в августе 2005 года, предусматривает производство к 2012 году ежегодно 30 миллиардов литров этанола из зерна и 3,8 миллиардов литров из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности).

Внедрение производства биотоплива является затратным процессом, однако дает экономике преимущества впоследствии. Так, например, строительство завода по производству этанола мощностью 40 млн галлонов даёт экономике (на примере США):

• 142 млн долл. инвестиций во время строительства;
• 41 рабочее место на заводе, плюс 694 рабочих места во всей экономике;
• Увеличивает местные цены на зерновые на 5—10 центов за бушель;
• Увеличивает доходы местных домохозяйств на 19,6 млн долл. ежегодно;
• Приносит в среднем 1,2 млн долларов налогов;
• Доходность инвестиций 13,3 % годовых.

В 2006 г. этаноловая индустрия дала экономике США:

• 160231 новых рабочих мест во всех секторах, включая 20000 рабочих мест в строительстве;
• Увеличила доходы домохозяйств на $6,7 миллиарда;
• Принесла $2,7 млрд федеральных налогов и $2,3 млрд местных налогов.

В 2006 году в США было переработано в этанол 2,15 миллиарда бушелей кукурузы, что составляет 20,5 % годового производства кукурузы. Этанол стал третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта. На этанол перерабатывается 15 % урожая сорго США.

Производство барды этаноловой промышленностью США, метрических тонн в сухом весе.

Барда является вторичным кормовым сырьём, а также может быть использована для получения биогаза.

Автомобильный парк, работающий на этаноле

Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрой у буквы Е обозначается процентное содержание этанола. Е85 означает смесь из 85 % этанола и 15 % бензина.

Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле. Однако некоторые производители автомобилей ограничивают гарантию при использовании смеси с содержанием более 10 % этанола. Смеси, содержащие более 20 % этанола, во многих случаях требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля.

Автопроизводители выпускают автомобили, способные работать и на бензине, и на Е85. Такие автомобили называются «Flex-Fuel». В Бразилии такие автомобили называют «гибридными». В русском языке названия нет. Большинство современных автомобилей либо изначально поддерживают использование такого топлива, либо опционально, по соответствующему запросу.

В 2005 году в США более 5 млн автомобилей имели гибридные двигатели. В конце 2006 г. в США эксплуатировалось 6 млн автомобилей с такими двигателями. Общий автопарк составляет 230 млн автомобилей.

1200 заправочных станций продают Е85 (май 2007). Всего в США автомобильное топливо продают около 170 000 заправочных станций.

В Бразилии около 29 000 заправочных станций продают этанол.

Себестоимость бразильского этанола (около 0,19 долларов США за литр в 2006 г.) делает его использование экономически выгодным.

Биоэтанол как топливо часто называют «нейтральным» в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было взято из атмосферы использованными для его производства растениями. Однако ректификация этанола требует дополнительных затрат энергии, вырабатываемой одним из «традиционных» способов (в том числе и сжиганием ископаемого топлива).

В 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в CO2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.

Реакции замещения группы ОН

При взаимодействии метанола с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.

Например, метанол реагирует с бромоводородом.

Взаимодействие с аммиаком

Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.

Например, при взаимодействии метанола с аммиаком образуется метиламин.

Этерификация (образование сложных эфиров)

Метанол вступает в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Например, метанол реагирует с уксусной кислотой с образованием метилацетата (метилового эфира уксусной кислоты):

Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.

Например, метанол взаимодействует с азотной кислотой :

Первым использовал этанол в качестве моторного топлива Генри Форд, который в 1880 г. создал первый автомобиль, работающий на этаноле. Возможность использования спиртов в качестве моторного топлива была показана также в 1902 г., когда на конкурсе в Париже были выставлены более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этаноле и смесях этанола с бензином.

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей (так, 75%-й водный этанол использовался в качестве топлива в первой в мире серийной баллистической ракете — немецкой «Фау-2» и ранних советских ракетах конструкции Королёва — от Р-1 до Р-5), двигателей внутреннего сгорания, бытовых, походных и лабораторных нагревательных приборов (т. н. «спиртовок»), грелок для туристов и военнослужащих (каталитическое автоокисление на платиновом катализаторе). Ограниченно (в силу своей гигроскопичности) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

• служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.;
• широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
• является компонентом антифризов и стеклоомывателей;
• в бытовой химии этанол применяется в чистящих и моющих средствах, в особенности для ухода за стеклом и сантехникой. Является растворителем для репеллентов.

В медицине этиловый спирт в первую очередь используется как растворитель, экстрагент и антисептик

См. также: Медицинский антисептический раствор

• по своему действию этиловый спирт можно отнести к антисептикам;
• как обеззараживающее и подсушивающее средство, наружно;
• подсушивающие и дубящие свойства 97%-го этилового спирта используются для обработки операционного поля или в некоторых методиках обработки рук хирурга;
• растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
• консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %);
• пеногаситель при подаче кислорода, искусственной вентиляции лёгких;
• в согревающих компрессах;
• для физического охлаждения при лихорадке (для растирания);
• компонент общей анестезии в ситуации дефицита медикаментозных средств;
• как пеногаситель при отёке лёгких в виде ингаляции 33 % раствора;
• этанол является противоядием при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими, как метанол и этиленгликоль. Его действие обусловлено тем, что фермент алкогольдегидрогеназа, при наличии нескольких субстратов (например, метанол и этанол) осуществляет лишь конкурентное окисление, благодаря чему после своевременного (почти немедленного, вслед за метанолом/этиленгликолем) приёма этанола уменьшается текущая концентрация токсичных метаболитов (для метанола — формальдегида и муравьиной кислоты, для этиленгликоля — щавелевой кислоты).

Парфюмерия и косметика

Является универсальным растворителем различных веществ и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.

Наряду с водой, является основным компонентом спиртных напитков (водка, вино, джин, пиво и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1—3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,5 до 1,2 %.

Растворитель для пищевых ароматизаторов. Может быть использован как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510.

Энергетическая ценность этанола — 7,1 ккал/г.

Применяется для фиксирования и консервирования биологических препаратов.

Дегидрирование спиртов

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании метанола образуется альдегид.

В присутствии концентрированной серной кислоты от метанола отщепляется вода. Процесс дегидратации протекает по двум возможным направлениям: внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация.

Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре (меньше 140 о С) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.

Например, при дегидратации метанола при температуре до 140 о С образуется диметиловый эфир:

По сути, метанол это бесцветная жидкость. Теплопроводные свойства древесного спирта в два раза меньше, чем у бензина. Участвует в образовании взрывоопасных веществ из-за собственной горючести. Температура кипения метанола 64,70С.

Температура горения начинается от 460 градусов. Смешивается с различными жидкостями без каких-либо проблем. Таким способом получения добиваются образования веществ на жидкой основе, не содержащих алифатические углеводы. Азеотропные смеси появляются после тщательного смешивания с ацетоном или дихлорэтаном. Очень токсичен.

Этимология названий

Для обозначения данного вещества используется несколько наименований. Технически наиболее правильным является термин этанол или этиловый спирт. Однако значительное распространение получили названия алкоголь, винный спирт или просто спирт, хотя спирты, или алкоголи — это более широкий класс веществ.

Этимология термина «этанол»

Названия этанол и этиловый спирт указывают на то, что данное соединение содержит в своей основе этил — радикал этана. При этом слово спирт (суффикс -ол) в названии указывает на содержание гидроксильной группы (-OH), характерной для спиртов.

Этимология названия «алкоголь»

Название алкоголь происходит от араб. ‎ аль-кухуль, означающего мелкий порошок, полученный возгонкой, порошкообразная сурьма, порошок для подкрашивания век. В средневековой латыни словом лат.  обозначали порошки, дистиллированную воду.

В русский язык слово «алкоголь» пришло через его немецкий вариант нем. . Однако в русском языке сохранился в виде архаизма, по всей видимости, и омоним слова «алкоголь» в значении «мелкий порошок».

Этимология слова «спирт»

Наименование этанола винный спирт произошло от лат.  (дух вина). В русский язык слово «спирт» пришло через английский его вариант англ. .

В английском языке слово «спирт» в данном значении использовалось уже в середине XIII века, и только начиная с 1610 года слово «спирт» стало употребляться алхимиками для обозначения летучих веществ, что соответствует основному значению слова «spiritus» (испарения) в латинском языке. К 1670-м годам значение слова сузилось до «жидкостей с высоким процентным содержанием алкоголя», а летучие жидкости получили название эфиров.

См. также Этимология названия в статье «Спирты».

Процесс и поддержание режима

Температура перегонки браги имеет непосредственное значение. Показатель контролируют, используя обычный термометр. Дистиллятор оснащен различными приспособлениями, температура в кубе отслеживается путем снятия показаний с перегонного куба. Градусы помогают провести дробную перегонку и вовремя закончить отбор той или иной фракции.

Процесс испарения подразделяется на несколько этапов. Вода испаряется при одной температуре, спирт — при другой, а сивушные масла начинают кипеть при третьей температуре.

Чтобы получить продукт высокого качества, отделить спирт от сивухи и получить неплохой самогон, поможет контроль за показателями.

Процесс перегонки браги можно разделить на несколько этапов:

• Первый этап: держим показатель на уровне в 63–68 градусов.
• 85 градусов — начинаем отбор «хвостовой» части.

Если дистиллятор и брагу, которая залита в перегонный куб, нагреть до 65–67 градусов, то начнется испарение сивушных масел и спирта. Появятся первые капли заветной огненной воды. Но пить ее не рекомендуют. В народе такой самогон называют перваком и считают его качественным и крепким. На деле же эту смесь сложно назвать самогонкой.

В перваке содержится огромное количество примесей начиная с метилового спирта и заканчивая ацетоном. Такой напиток быстро опьяняет, он вызывает тяжелое отравление, сильно «бьёт» по почкам и печени. Пить первак не стоит, его собирают в отдельную емкость и используют только для технических нужд.

В среде винокуров первак называют «головами», их отсекают и не используют, употреблять их нельзя. От общего объёма в процентном соотношении количество первака составляет около 8–10%.

Когда показатель поднимается до 63 градусов, нагрев идет на максимальной температуре, потом градус снижают, в это время температура должна быть около 64–68 градусов. Если показатель не снизить, то возникнут проблемы: брага попадет в холодильник и другие части дистиллятора, а самогон в итоге приобретет характерный запах сивухи и мутный цвет. Даже если используется дистиллятор с сухопарником, это не поможет спасти алкоголь от ухудшения вкуса и запаха.

Исправить ситуацию поможет повторная перегонка: она значительно улучшит качество самогонки, окажет влияние на ее вкус и аромат.

Затем приступаем к новому этапу — сбору основного самогона. Желательно заменить сухопарник. Можно просто снять его и промыть в холодной воде, а потом подставить емкость для сбора основного продукта. При этом температуру поддерживают на уровне 78 градусов, именно в этот момент и начинает активно испаряться спирт. При конденсате (столкновении холодной воды и паров спирта) начинается процесс выделения дистиллята.

Когда показатель достигнет 78 градусов, начнется выделение так называемого «тела», которое можно использовать для употребления вовнутрь.

Постепенно температура будет повышаться, параллельно этому выход продукта снижается. Когда жидкость нагревается до 85 градусов, начинают выделяться сивушные масла. Попадание сивухи в основной продукт меняет его качество: цвет самогонки становится мутным, она будет иметь неприятный, резкий запах.

Впрочем, на этом процесс перегонки не заканчивается. Приступаем к третьему этапу, который называют отбором «хвостов».

При температуре в 85 градусов и выше в основе сохраняется определенное количество спирта. Но его настолько мало, что получить продукт в чистом или относительно чистом виде уже не получиться. По этой причине самогонщики приступают к отбору последней части.

Фракция под названием «хвосты» обладает невысокой крепостью и резким запахом. Такой самогон будет мутным, что тоже свидетельствует о его сомнительном качестве.

Дистиллятор выдает «хвосты» до тех пор, пока крепость в струе не упадет до 20 градусов. Тогда сбор этой фракции прекращают и дистилляцию заканчивают. На этом процесс самогоноварения можно считать завершенным.

Существует и альтернатива перегонке — это вымораживание. Процесс трудоемкий, но довольно интересный. Все дело в том, что вода замерзает при одной температуре, а спирт — при другой. Эффекта от вымораживания мало, но ради интереса можно попробовать.

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

Метанол окисляется сначала в формальдегид, затем в углекислый газ:

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, кислород в присутствии катализатора.

Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду:

Окисление оксидом меди (II)

Метанол можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества. Метанол окисляется до метаналя.

Например, метанол окисляется оксидом меди до муравьиного альдегида

Окисление кислородом в присутствии катализатора

Метанол можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Метанол окисляется до метаналя.

Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) метанол окисляется до углекислого газа.

Например, при взаимодействии метанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется углекислый газ

Горение метанола

При сгорании спиртов образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Например, уравнение сгорания метанола:

Мировое производство этанола

Производство этанола по странам, млн литров.

Строение метанола

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

Водородные связи и физические свойства метанола

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому метанол – жидкость с относительно высокой температурой кипения (температура кипения метанола +64,5 о С).

Водородные связи образуются не только между молекулами метанола, но и между молекулами метанола и воды. Поэтому метанол очень хорошо растворимы в воде. Молекулы метанола в воде гидратируются:

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Метанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Некоторые винокуры утверждают, что «хвостики» можно перегнать, добавив их к новой бражке. Магистры зелий не соглашаются и приводят весьма обоснованные доводы. В последней части содержится ничуть не меньше примесей и сивушных масел, чем и в первой. Повторный перегон с новой брагой подпортит вкус добываемого эликсира и прибавит мутноватого оттенка.

Выгонка забористых спиртных нектаров дома – не сложный алхимический процесс. Но ведь каждому любитлю-экспериментатору хочется получить шедевр, а не суррогат. Мастерами зелий веками нарабатывался опыт путем множества проб и ошибок. Используя проверенные методы и соблюдая температурные правила, Вам удастся дистиллировать настоящий эликсир. А игнорирование рекомендаций и спешка – главный враг в этом деле.

• Ошибки могут привести не только к снижению качества напитка, но навредить здоровью дегустатора.
• Чрезмерное увеличение температуры, навредит букету и цвету самогона, а выдерживание правильного градуса позволит ощутить триумф победы.

Теперь, вооружившись вышеуказанными памятками, вы сможете грамотно провести весь процесс самогоноварения и порадовать себя и друзей бутылочкой достойного вида и качества напитка.

Нахождение в природе

В свободном состоянии метиловый спирт встречается в природе лишь изредка и в очень небольших количествах (например в эфирных маслах), но производные его распространены довольно широко. Так, например, многие растительные масла содержат сложные эфиры метилового спирта: масла гаултерии — метиловый эфир салициловой кислоты C6H4(OH)COOCH3, масло жасмина — метиловый эфир антраниловой кислоты C6H4(NH2)COOCH3. Простые эфиры метилового спирта чрезвычайно часто встречаются среди природных веществ, например природных красителей, алкалоидов и т. п.

В промышленности метиловый спирт раньше получали исключительно путём сухой перегонки дерева. В жидких погонах, так называемом «древесном уксусе», наряду с уксусной кислотой (10 %), ацетоном (до 0,5 %), ацетальдегидом, аллиловым спиртом, метилацетатом, аммиаком и аминами содержится также 1,5—3 % метилового спирта. Для отделения уксусной кислоты продукты сухой перегонки пропускают через горячий раствор известкового молока, задерживающий её в виде уксуснокислого кальция. Значительно труднее отделить метиловый спирт от ацетона, так как температуры кипения их очень близки (ацетон, т.кип. 56,5°; метиловый спирт, т.кип. 64,7°). Все же путём тщательной ректификации на соответствующих колоннах в технике удается почти полностью отделить метиловый спирт от сопутствующего ему ацетона. Неочищенный метиловый спирт называется также «древесным спиртом».

Гидрирование карбонильных соединений

Присоединение водорода к альдегидам и кетонам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты, при гидрировании кетонов — вторичные спирты, а из формальдегида образуется метанол.

Например, при гидрировании формальдегида образуется метанол

Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода при 300-400°С и давления 500 атм в присутствии смеси оксидов цинка, хрома и др.

Сырьем для синтеза метанола служит «синтез-газ» (смесь CO и H2), обогащенный водородом:

Смертельня доза для человека при приеме внутрь 40-250 мл.

Доза вызывающая слепоту 5-10 мл.

Симптомы острого отравления

Симптомы отравления зависят от дозы. При легком отравлении отмечается быстрая утомляемость, головная боль, тошнота. Отравления средней тяжести сопровождаются сильной головной болью, головокружением, тошнотой, рвотой и угнетением центральной нервной системы. Расстройства зрения начинаются через 2-6 дней и могут быть временными и постоянными в виде полной слепоты. При тяжелом отравлении после таких начальных симтомов, как головная боль, тошнота и рвота, опьянение, быстро развивается кома. Дыхание поверхностное, цианоз, зрачки расширены, артериальное давление понижается. Смерть наступает от паралича дыхания и ослабления сердечно-сосудистой деятельности (примерно у 25% больных с тяжелыми отравлениями) на фоне выраженного декомпенсированного метаболического ацидоза.

Лечение отравлений

При попадании метилового спирта внутрь нужно срочно вызвть рвоту и промыть желудок водой или, лучше, 1-2% раствором гидрокарбоната натрия, дать солевое слабительное. В качестве антидота применяют этиловый спирт: вначале дают 100 мл 30% раствора внутрь, затем каждые 2 часа по 50 мл 4-5 раз, в последующие сутки 2-3 раза по 100 мл в день. В коматозном состоянии этиловый спирт вводят внутривенно капельно в виде 5-10% раствора (до 1 мл на килограмм в сутки в расчете на 96% спирт). Обязателен форсированный диурез и ощелачивание плазмы. Показан преднизолон (30-60 мг внутривенно). При амблиопии (слепоте) внутривенно капельно вводят 200 мл 40% раствора глюкозы и 20 мл 2% раствора новокаина, 20 ЕД инсулина под кожу, АТФ — 2-3 мл 1% раствора вводят внутримышечно повторно.

Нормативные документы, связанные с веществом

• ГОСТ № 6995-77 «Реактивы. Метанол-яд. Технические условия.» (Описание документа: Метанол категорий хч, чда, ч.)
• Гигиенические нормативы (ГН) № 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования » (Описание документа: ПДК в питьевой воде)— предельно допустимая концентрация (мг/л) в питьевой воде = 3
• МУК № 4.1.598-96 «Методические указания по газохроматографическому определению ароматических, серусодержащих, галогенсодержащих веществ, метанола, ацетона и ацетонитрила в атмосферном воздухе»
• ПНД Ф № 14.1:2:4.201-03 «Методика выполнения измерений массовой концентрации ацетона и метанола в пробах питьевых, природных и сточных вод газохроматографическим методом»
• Постановление правительства РФ № 964 от 29.12.2007 «Об утверждении списков сильнодействующих и ядовитых веществ для целей статьи 234 и других статей Уголовного кодекса Российской Федерации, а также крупного размера сильнодействующих веществ для целей статьи 234 Уголовного кодекса Российской Федерации» (Описание документа: Списки ядовитых и сильнодействующих веществ.)
• Приказ федерального агентства по рыболовству № 20 от 18.01.2010 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» (Описание документа: ПДК для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.)— предельно допустимая концентрация (мг/л) в природной воде = 0,1 (санитарный показатель)
• Санитарные правила (СП) № 2.3.3.2892-11 «Санитарно-гигиенические требования к организации и проведению работ с метанолом.»
• Санитарные правила и нормы (СанПиН) № 2.1.4.1074-01 от 26.09.2001 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (Описание документа: ПДК в воде централизованного водоснабжения)— предельно допустимая концентрация (мг/л) в питьевой воде = 3

Критическая температура (в °C)

Тройные неазеотропные смеси: метанол — этанол — вода, метанол — вода — ацетон, метанол — вода — пропионовый альдегид, метанол — вода — метилацетат, метанол — вода — изопропанол, метанол — вода — диметоксиметан, метанол — вода — винилацетат, метанол — вода — метилакрилат, метанол — вода — 2-метилпропан, метанол — вода — бензол, метанол — вода — циклогексен, метанол — вода — гексан, метанол — вода — бензойная кислота, метанол — вода — толуол, метанол — этанол — ацетон, метанол — ацетон — изопропанол, метанол — метилацетат — бензол, метанол — триметилборат — тетрагидрофуран, метанол — бензол — толуол.

Хорошо поглощает пары воды, углекислый газ. Хорошо растворяет газы.

Дополнительная информация

Не дает азеотропов с водой, тетрафторэтиленом, ацетальдегидом, окисью этилена, уксусной кислотой, 1,2-дибромэтаном, ацетамидом, нитроэтаном, хлорэтаном, этанолом, этиленгликолем, диметилсульфоксидом, пропионитрилом, метилхлоорацетатом, пропаналем, аллиловым спиртом, пропанамидом, 1-нитропропаном, 2-нитропропаном, изопропанолом, метилцеллозольвом, глицерином, пиразином, бутаналем, 1-иодбутаном, изобутанолом, 1-бутанолом, трет-бутанолом, метилбутиратом, этилпропионатом, пиперидином, 1-пентанолом, нитробензолом, этилбензолом.

Если не нашли нужное вещество или свойства можно выполнить следующие действия:

Если вы нашли ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter.

Химические свойства

Метанол более слабая кислота, чем вода. Его соли (алкоголяты) полностью гидролизуются:

б) образование сложных эфиров под действием минеральных и органических кислот:

Атом водорода отщепляется от спирта, а группа ОН — от кислоты.

• 2. Реакции с разрывом связи С-О.
• а) слабые основные свойства метанола проявляются в обратимых реакциях с галогеноводородами:

В отличие от углеводородов, кислородсодержащие органические вещества имеют комплекс атомов, называемый функциональной группой. Метанол – это предельный спирт, имеющий в составе своей молекулы гидроксильную группу. Она и определяет основные характеристики данного соединения. В нашей статье мы рассмотрим способы получения метилового спирта, важнейшие химические реакции и применение метанола.

Строение молекулы

Для того чтобы выяснить строение метилового спирта, нужно вспомнить, какой вид имеет молекула простейшего предельного углеводорода – метана. Она выражается формулой CH4 и содержит один атом карбона, связанный с помощью простых сигма-связей с атомами водорода.

Если один из них заместить на гидроксильную группу –OH, получим формулу CH3OH. Это метанол. Валентный угол, построенный направлением связи C-O-H, составляет примерно 110⁰, поэтому молекулы одноатомных спиртов имеют угловую форму. Вследствие того, что электроотрицательность кислорода (3,5 эВ) больше, чем карбона (2,5 эВ), связь кислород – углерод очень поляризована, а гидроксогруппа играет роль заместителя, имеющего отрицательный индуктивный эффект. Таким образом, метанол – это спирт, у которого дипольный момент равен 1,69D.

Номенклатура

Рассмотрим три способа образования названия вещества, имеющего формулу CH3OH. Исторически оно образуется от названия углеводородного радикала, к которому присоединилась гидроксильная группа. Радикал CH3 — это метил, поэтому спирт CH3OH именуют метиловым. По Женевской номенклатуре, к названию соответствующего углеводорода – алкана – прибавляют суффикс –ол. Соединение будет называться метанолом. Это название наиболее распространено и используется достаточно часто. В рациональной номенклатуре рассматриваемое нами соединение называется карбинолом.

Низшие спирты, содержащие до трех атомов карбона, куда входит и метанол, – это жидкости, смешивающиеся с водой в любых пропорциях. Карбинол имеет выраженный алкогольный запах, однако совершенно непригоден для употребления внутрь, так как является сильнейшим нейротоксичным соединением. Плотность его меньше единицы и составляет 0,791 D4 20 . Температуры плавления и кипения равны -97,9 ⁰C и +94,5 ⁰C соответственно.

Гидролиз соответствующих галогеноалкилов в присутствии гидроксидов активных металлов, например, щелочных или щелочноземельных, и при нагревании – это распространенный метод получения карбинола. В качестве исходных веществ берут хлор- или бромметан, результатом реакции будет замещение атома галогена функциональной группой –OH и получение метанола.

Еще один метод, ведущий к образованию первичных предельных спиртов – это восстановление альдегидов или карбоновых кислот. Для данной окислительно-восстановительной реакции применяют такие сильные восстановители, как натрийборгидрид или литийалюминийгидрид. Исходными соединениями являются муравьиная кислота или формальдегид. Один из современных методов получения карбинола – это его синтез из углерода, воды, водорода и монооксида углерода. Процесс проходит при температуре +250 °C, повышенном давлении и в присутствии окислов цинка и меди в качестве катализаторов. Новым, но экономически оправданным можно назвать метод получения спирта из микроскопических водорослей океанов и морей, биомасса которых действительно огромна. Растительный субстрат подвергают брожению, выделяющийся метан собирают и далее окисляют до метанола. Большими преимуществами производства биометанола считают отсутствие потребности в использовании запасов пресной воды, электроэнергии и чистоту технологии.

Если на органические вещества с карбонильной группой в составе молекул подействовать магнийорганическими соединениями, можно получить одноатомные спирты. Металлоорганические реагенты добывают при взаимодействии магниевых металлических стружек и бромсодержащих производных алканов в среде сухого диэтилового эфира. Из муравьиного альдегида данной реакцией можно получить не только метанол, применение которого ограничено, но и другие первичные предельные спирты.

Химическая характеристика

У карбинола нет ярко выраженных свойств кислот или оснований, к тому же водный раствор вещества не действует на индикаторы. Типичные реакции метанола – это взаимодействие с активными металлами и карбоновыми кислотами. В первом случае образуются алкоголяты металлов, во втором – сложные эфиры. Например, натрий вытесняет атомы водорода в функциональной гидроксильной группе спирта:

Взаимодействие между метиловым спиртом и уксусной кислотой приводит к образованию метилацетата, или метилового эфира уксусной кислоты:

Приведенная выше реакция именуется этерификацией и имеет важное практическое значение.

Окисление спиртов

Реакции метанола, приводящие к получению альдегидов, рассмотрим на примере его взаимодействия с оксидом меди. Если в раствор метанола опустить раскаленную проволоку из меди, покрытую оксидом, то ощущается особый неприятный запах образовавшегося формальдегида. А тусклая поверхность проволоки становится яркой и блестящей вследствие восстановления чистой меди.

При нагревании и при наличии гигроскопических веществ от молекул спиртов происходит отщепление частиц воды. В продуктах можно обнаружить непредельные углеводороды ряда этилена. В условиях высокой концентрации воды и при пониженной температуре можно получить простые эфиры. Так, из метанола можно добыть диметиловый эфир.

Применение метилового спирта

Метиловый спирт используют в качестве ингибитора гидратов, образующихся в газовых трубопроводах, так как важные свойства метанола — это хорошая растворимость в воде и низкая температура замерзания. Основной объем метилового спирта используется в производстве фенолформальдегидных смол. Высокое октановое число, характерное для карбинола, позволяет применять его в качестве экологически чистого топлива для автомобилей. В лакокрасочной промышленности карбинол используют в качестве растворителя.

Древесный спирт абсолютно непригоден для использования в качестве алкогольного напитка, так как является сильнейшим токсическим веществом. Попав в желудочно-кишечный тракт, он начинает окисляться до муравьиной кислоты и муравьиного альдегида. Продукты окисления поражают зрительные нервы и сетчатку глаза, содержащую рецепторы. Наступает слепота. Муравьиная кислота, обладающая высокой кумулятивной способностью, разносится кровью к печени и почкам, разрушая эти жизненно важные органы. В результате отравления метанолом имеет место летальный исход, так как способы очистки крови от метаболитов оказываются неэффективными.

В нашей статье мы ознакомились со свойствами, применением и способами получения метанола.