Применение спиртов во многих сферах деятельности — медицине, косметологии, промышленности – делают эти органические соединения незаменимым продуктом для человека.
Алкоголь вызывает привыкание. Они разнообразны. Способны приносить, подобно ядам, пользу и вред. У них загадочная этимология: слово пришло в наш язык благодаря заимствованию от английского spirit (от spiritus — латинское «душа, дух, дыхание»).
История открытия
Опьяняющие напитки, в состав которых входит этанол, одноатомный винный спирт, известны человечеству с древних времен. Их готовили из меда и перебродивших фруктов. В Древнем Китае рис также добавляли в напитки.
Спирт в вине был получен на Востоке (6-7 вв.). Европейские ученые создали его из продуктов брожения в 11 веке. Русский царский двор знал ее еще в XIV веке: генуэзское посольство преподносило ее как живую воду («aqua vita»).
ТЕ. Ловиц, русский ученый 18 века, первым экспериментально получил абсолютный этиловый спирт перегонкой с использованием поташа — карбоната калия. Для очистки химик предложил использовать древесный уголь.
Благодаря научным достижениям XIX-XX веков стало возможным глобальное использование спиртов. Ученые прошлого разработали теорию строения водных и спиртовых растворов, изучали их физико-химические свойства. Были открыты методы ферментации: циклический и непрерывный поток.
Значимые изобретения химической науки прошлого, которые сделали полезным свойство спиртов реальным:
- аппарат ратификации Барбета (1881 г)
- пластинчатый дистиллятор Саваля (1813 г)
- пивовар Генце (1873 г)
Открыт гомологический ряд спиртовых веществ. Проведена серия опытов по синтезу метанола, этиленгликоля. Передовые научные исследования в послевоенные годы 20 века позволили повысить качество выпускаемой продукции. Он поднял уровень отечественной алкогольной промышленности.
Распространение в природе
В природе спирты встречаются в свободном виде. Вещества также являются компонентами сложных эфиров. Естественный процесс ферментации углеводосодержащих продуктов создает этанол, а также бутанол-1, изопропанол. Спирты в хлебопекарной, пивоваренной и винодельческой промышленности связаны с использованием в этих отраслях процесса брожения. Большинство феромонов насекомых представлены спиртами.
Спиртовые производные углеводов в природе:
- сорбит — содержится в ягодах рябины, вишни, имеет сладкий вкус.
Многие растительные ароматизаторы представляют собой терпеновые спирты:
- фенхол — компонент плодов фенхеля, смолы хвойных деревьев
- борнеол — составной элемент древесины камфорного дерева борнео
- ментол – компонент композиции из герани и мяты перечной
Желчь человека, животных содержит желчные многоатомные спирты:
- миксинол
- химерол
- буйвол
- холестанопентол
Вредное воздействие на организм
Широкое применение спиртов в сельском хозяйстве, промышленности, военном деле, на транспорте делает их доступными для простых граждан. Это приводит к острым смертельным исходам, включая массовые отравления.
Опасность метанола
Метанол — опасный яд. Он токсичен для сердца и нервной системы. Проглатывание 30 г метанола вызывает смерть. Попадание внутрь меньшего количества вещества вызывает тяжелое отравление с необратимыми последствиями (слепота).
Его предельно допустимая концентрация в рабочем воздухе 5 мг/м³. Жидкости, содержащие даже следовые количества метанола, опасны.
При легких формах интоксикации появляются симптомы:
- дрожь
- общая слабость
- тошнота
- головные боли
Метанол на вкус и запах точно такой же, как этанол. Это вызывает неправильное употребление яда внутрь. Как отличить этанол от метанола в домашних условиях?
Медная проволока скручивается в спираль и сильно нагревается на огне. При взаимодействии с этанолом ощущается запах гнилых яблок. Контакт с метанолом инициирует реакцию окисления. Выделится формальдегид, газ с неприятным резким запахом.
Токсичность этанола
Этанол приобретает токсические и наркотические свойства в зависимости от дозы, пути поступления в организм, концентрации и продолжительности воздействия.
Этанол может вызвать:
- нарушение ЦНС
- кому
- рак пищевода, желудка
- гастрит
- цирроз печени
- сердечные заболевания
4-12 г этанола на 1 кг массы тела — разовая смертельная доза. Ацетальдегид, основной метаболит этанола, является канцерогенным, мутагенным и токсичным веществом. Он изменяет клеточные мембраны, особенности строения эритроцитов, повреждает ДНК. Изопропанол подобен этанолу по токсичности.
Производство спиртных напитков и их оборот регулируются государством. Этанол официально не признан наркотиком. Но доказано его токсическое действие на организм.
Влияние на головной мозг становится особенно разрушительным. Его объем уменьшается. Отмечаются органические изменения нейронов коры головного мозга, их повреждение и гибель. Имеются лопнувшие капилляры.
Нарушается нормальная работа желудка, печени, кишечника. При чрезмерном употреблении крепкого алкоголя появляются резкие боли, диарея. Слизистая оболочка органов желудочно-кишечного тракта повреждается, желчь застаивается.
Ингаляционное воздействие спиртов
Широкое использование спиртов во многих отраслях промышленности представляет угрозу ингаляционного воздействия. Токсическое действие изучали на крысах. Полученные результаты приведены в таблице.
| Спирты | Ингаляционная концентрация | Время выставки | Воздействие Результат |
|---|---|---|---|
| метанол | 3,2% | 6-9 вечера | фатальный исход |
| 23% | 8 часов | наркотический эффект | |
| 0,8% | 8 часов | вялость | |
| этиловый спирт | 3,2% | 8 часов | частичная летальность |
| 2,2% | 8 часов | глубокая анестезия | |
| 0,64% | 8 часов | вялость | |
| изопропанол | 1,2% | 8 часов | летальность, 50% |
| 1,2% | 4 часа | наркотический эффект |
Пищевая промышленность
Этанол является основой алкогольных напитков. Его получают из сахарной свеклы, картофеля, винограда, злаков — ржи, пшеницы, ячменя и другого сырья, содержащего сахар или крахмал. В процессе производства используются современные технологии очистки сивушных масел.
Содержание этилового спирта является основой для классификации алкогольных напитков.
Они делятся на:
- крепкий с долей этанола 31-70% (коньяк, абсент, ром, водка)
- средней крепости — от 9 до 30% этанола (спиртные напитки, вина, ликеры)
- низкое содержание алкоголя — 1,5-8% (сидр, пиво).
Этанол является сырьем для производства натурального уксуса. Продукт получают бактериальным окислением уксусной кислоты. Аэрация (принудительное насыщение воздухом) является необходимым условием процесса.
Этанол — не единственный спирт в пищевой промышленности. Глицерин, пищевая добавка Е422, обеспечивает соединение несмешивающихся жидкостей. Используется в производстве кондитерских, макаронных, хлебобулочных изделий. Глицерин входит в состав ликеров, придает напиткам вязкость, сладкий вкус.
Употребление глицерина благоприятно сказывается на продуктах:
- липкость пасты снижается
- улучшается консистенция конфет, кремов
- предотвращает быстрое черствение хлеба, оседание шоколада
- изделия выпекаются без прилипания крахмала
Широко распространено использование спиртов в качестве подсластителей. Для этого подходят маннит, ксилит, сорбит.
Парфюмерия и косметика
Вода, спирт и парфюмерная композиция (концентрат) являются основными компонентами парфюмерной продукции. Они используются в разных пропорциях. В таблице представлены виды духов, пропорции основных компонентов.
| Продукт | Соотношение алкоголя | Концентрат порции |
|---|---|---|
| Аромат | 96% | 25-30% |
| Дневной парфюм | 90% | 5-25% |
| Туалетная вода | 85% | 6-15% |
| Кёльн | 70-80% | 6% |
В производстве парфюмерной продукции растворителем ароматических веществ выступает этанол высшей очистки. При взаимодействии с водой образуются соли, которые выпадают в осадок. Раствор настаивается несколько дней и фильтруется.
2-фенилэтанол в парфюмерно-косметической промышленности заменяет натуральное розовое масло. Жидкость имеет легкий цветочный запах. Входит в состав фантазийных и цветочных композиций, косметических молочков, кремов, эликсиров, лосьонов.
Главной основой многих средств по уходу является глицерин. Он способен притягивать влагу, активно увлажнять кожу, делать ее упругой. Кремы, маски, мыло с глицерином полезны для сухой и обезвоженной кожи — он создает на поверхности влагосберегающую пленку и сохраняет кожу гладкой.
Существует миф, что использование спирта в косметике вредно. Однако эти органические соединения необходимы для производства стабилизаторов, носителей действующих веществ, эмульгаторов.
Спирты (особенно жирные) делают уходовые средства кремовыми, смягчают кожу и волосы. Этанол в шампунях и кондиционерах увлажняет, быстро испаряется после мытья головы, облегчает расчесывание и укладку.
Медицина
Этанол используется в медицинской практике как антисептик. Уничтожает микробы, предотвращает гниение в открытых ранах, задерживает болезненные изменения в крови.
Его подсушивающие, дезинфицирующие и дубильные свойства являются причиной того, что им обрабатывают руки медицинского персонала перед работой с больным. При искусственной вентиляции легких этанол незаменим как пеногаситель. При нехватке препаратов становится компонентом общей анестезии.
При отравлении этиленгликолем, метанолом, этанолом становится противоядием. После его приема снижается концентрация токсических веществ. Этанол используют для согревающих компрессов, при растирании охлаждают. Вещество восстанавливает организм при лихорадочном жаре и ознобе.
Наука фармакология изучает спирты в лекарствах и их влияние на человека. Этанол как растворитель применяют при изготовлении экстрактов, настоек из лекарственного растительного сырья (боярышника, перца, женьшеня, пустырника).
Вы можете принимать эти жидкие лекарства только после консультации с врачом. Необходимо строго соблюдать дозировку, назначенную врачом!
Топливо
Коммерческая доступность метанола, бутанола-1, этанола является причиной их использования в качестве топлива. Смешивается с дизельным топливом, бензином, используется как топливо в чистом виде. Смеси могут снизить токсичность выхлопных газов.
Алкоголь как альтернативный источник топлива имеет свои недостатки:
- вещества имеют более высокие коррозионные характеристики, в отличие от углеводородов
- при попадании влаги в топливную систему произойдет резкое снижение мощности из-за растворимости веществ в воде
- есть риск образования паровых пробок, ухудшения работы двигателя из-за низких температур кипения веществ.
Однако ресурсы нефти и газа исчерпаемы. Поэтому использование спиртов в мировой практике стало альтернативой использованию обычных видов топлива. Налаживается их массовое производство из отходов промышленности (целлюлозно-бумажной, пищевой, столярной) и одновременно решается проблема утилизации.
Промышленная переработка растительного сырья позволяет получать экологически чистое биотопливо — биоэтанол. Сырьем для него служит кукуруза (США), сахарный тростник (Бразилия).
Положительный энергетический баланс и возобновляемые топливные ресурсы делают производство биоэтанола востребованным направлением мировой экономики.
Растворители, поверхностно-активные вещества
Помимо производства косметики, парфюмерии, жидких лекарственных средств, кондитерских изделий спирты также являются хорошими растворителями:
Спирт как растворитель:
- при изготовлении металлических поверхностей, электронных элементов, фотобумаги, фотопленок
- при очистке натуральных продуктов: смол, масел, восков, жиров
- в процессе экстракции — извлечение вещества
- при создании синтетических полимерных материалов (клей, лак), красок
- в производстве медицинских и бытовых аэрозолей.
Популярными растворителями являются изопропанол, этанол, метанол. Применяются также многоатомные и циклические вещества: глицерин, циклогексанол, этиленгликоль.
ПАВ получают из высших жирных спиртов. Полноценный уход за автомобилем, посудой, квартирой, одеждой возможен благодаря ПАВ. Они входят в состав моющих средств, используемых во многих отраслях народного хозяйства (см. таблицу).
| Промышленность | ПАВ: функции, свойства |
|---|---|
| Сельское хозяйство | Входит в состав эмульсий; повысить продуктивность процесса передачи питательных веществ растениям |
| Строительство | Снизить водопотребность бетона, цементных смесей; повышают морозостойкость, плотность материалов |
| Кожевенная промышленность | Предотвратить прилипание, повреждение продукта |
| Текстильная промышленность | Устранение статического электричества |
| Металлургия | Уменьшить трение; способен выдерживать высокие температуры |
| Бумажная промышленность | Отделение кипяченой целлюлозы от чернил при переработке макулатуры |
| Лакокрасочная промышленность | Способствует полному проникновению краски в поверхность, включая небольшие углубления |
Использование спиртов в пищевой промышленности, медицине, производстве парфюмерно-косметической продукции, использование горючих материалов, растворителей и поверхностно-активных веществ положительно сказывается на состоянии экономики страны. Он обеспечивает комфорт для жизни человека, но требует соблюдения техники безопасности из-за токсичности веществ.
