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"Alkohol" ist ein Wort, das, wie viele englische Begriffe, in der Wissenschaft eine spezifischere Bedeutung hat als im alltäglichen Gebrauch. "Ethanol" beschreibt unterdessen eine bestimmte chemische Substanz; Ethanol ist zwar eine Alkoholart, hat aber auch mehrere Anwendungen (eine industrielle, eine lebensmittel- und getränkebezogene), die sich kaum überschneiden.
Was ist Ethanol? Auch Ethylalkohol genannt, ist er einer der einfachsten Alkohole und in der westlichen Kultur zweifellos der am meisten gefeierte. Dieses bescheidene Zweikohlenstoffmolekül ist das Zentrum zahlreicher historischer Kontroversen, und seine Verwendung als stimmungsverändernde Substanz hatte in der gesamten Zivilisationsgeschichte erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesellschaft.
Was ist ein Alkohol?
Viele chemische Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Die Einführung von Sauerstoffatomen in Kohlenwasserstoffe öffnet den Weg für eine Vielzahl neuer Kategorien von Chemikalien mit einer Reihe von Eigenschaften.
Alkohole sind Kohlenwasserstoffe, bei denen eine -OH-Gruppe oder eine Hydroxylgruppe das Wasserstoffatom ersetzt hat. Das einfachste Beispiel ist der Kohlenwasserstoff Methan mit der Formel CH4. Kohlenstoffatome können vier Bindungen mit anderen Atomen und Wasserstoff nur eine bilden, daher ist Methan eine stabile Verbindung. Sauerstoff dagegen bildet insgesamt zwei Bindungen. So hat eine Hydroxylgruppe, deren Sauerstoff an Wasserstoff gebunden ist, einen "Fleck" zur Bindung. Dies bedeutet, dass Methan bei geeigneten Bedingungen in Methylalkohol oder Methanol umgewandelt werden kann. Die Formel für dieses Molekül lautet CH3(OH).
Während Methanol ein Kohlenstoffatom hat, hat Ethanol, das nächstgrößere und vom reinen Kohlenwasserstoff Ethan abgeleitet, zwei. Die chemische Formel für Ethan lautet CH3CH3 (auch geschrieben C2H6); jedes kohlenstoffatom ist an drei wasserstoffe und an die anderen kohlenstoffatome gebunden. Die Formel für Ethanol lautet daher CH3CH2(OH).
Ethanol wird auch Ethylalkohol genannt.Diese Namenskonvention gilt, wie Sie vielleicht vermutet haben, für alle Alkohole. Das "-anol" -Suffix kann durch das umständlichere "-ylalkohol" ausgetauscht werden. Wenn Sie wissen, dass Propan der Name eines Kohlenwasserstoffs mit drei Kohlenstoffatomen ist, können Sie dann seine chemische Formel, die des zugehörigen Alkohols und die beiden unterschiedlichen Namen für diesen Alkohol herausfinden?
Andere Alkohole
Da Methanol und Ethanol Alkohole mit einem bzw. zwei Kohlenstoffatomen sind, besteht hinsichtlich ihrer Formel keine Unklarheit. Das heißt, bei einem Kohlenwasserstoff mit einem Kohlenstoff oder zwei Kohlenstoffatomen mit einer einzelnen Hydroxylgruppe anstelle eines einzelnen Wasserstoffatoms gibt es nur eine mögliche Konfiguration. Im Falle von Ethanol ist der Kohlenstoff, an den das -OH gebunden ist, irrelevant, da Ethan selbst ein symmetrisches Molekül ist; es gibt keine geometrische Unterscheidung zwischen dem ersten Kohlenstoff und dem zweiten.
Auf der Ebene der Drei-Kohlenstoff-Verbindungen werden die Dinge jedoch komplizierter. Propan hat die Formel CH3CH2CH3 (auch geschrieben als C3H8). Wenn eine Hydroxylgruppe an einen der terminalen (End-) Kohlenstoffe gebunden ist, ist das Ergebnis gewöhnlicher Propylalkohol oder Propanol. Was aber, wenn die Hydroxylgruppe stattdessen am mittleren Kohlenstoff gebunden ist?
Tatsächlich hat eine wichtige Verbindung, die Propan-2-ol genannt wird, genau eine solche Anordnung. (Möglicherweise wird dies in älteren Referenzen als 2-Propanol geschrieben. Das Hinzufügen der "2" als Infix ist eine Konvention, die 2013 begann, als die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) neue Nomenklaturregeln entwickelte.) 2 bezieht sich auf die Tatsache, dass die Hydroxylgruppe an den zweiten der drei Propankohlenstoffe gebunden ist und sich somit in der Mitte befindet. Diese Substanz hat drei Kohlenstoffe, acht Wasserstoffatome und einen Sauerstoff, genau wie normales Propanol. Als solches ist es ein Isomer von Propanol und wird als Isopropylalkohol bezeichnet. Der meiste sogenannte "Reinigungsalkohol" zur antiseptischen Verwendung enthält Isopropylalkohol.
Was ist auch, wenn mehr als eine Hydroxylgruppe vorhanden ist? Enthält die fragliche Verbindung noch Alkohol? Tatsächlich tritt auch dies auf. Wenn ein zweites -OH an dem anderen Kohlenstoff zu Ethanol gegeben wird, entsteht ein Molekül namens 1,2-Ethandiol. Das "Diol" zeigt, dass es sich bei der Substanz um einen Doppelalkohol mit zwei Hydroxylgruppen handelt, und das Präfix "1,2-" zeigt an, dass sie an verschiedene Kohlenstoffe gebunden sind. Dieser Alkohol wird häufiger als Ethylenglykol bezeichnet und ist der Hauptbestandteil des Frostschutzmittels. Es ist hochgiftig (ebenso wie Methanol).
Ein anderer gebräuchlicher sogenannter Polyhydroxylalkohol wird als Glycerin oder Glycerin bezeichnet. Dies ist einfach Propan mit einer Hydroxylgruppe, die an jedem der drei Kohlenstoffatome ein Wasserstoffatom ersetzt und sich alle auf derselben Seite des Propanmoleküls befinden. Die formale Bezeichnung für diesen Stoff lautet somit 1,2,3-Propantriol, und beide dienen als "Rückgrat" für Nahrungsfettmoleküle und können direkt von Zellen als Brennstoff verwendet werden.
Ethanol-Synthese
Ethanol wird aus Mais und anderen Pflanzenstoffen hergestellt. Ethanol wird im Allgemeinen aus dem Molekül Glucose hergestellt, das in Stärken aller Art vorkommt und die Hauptenergieform aller lebenden Zellen darstellt. Ein Glucosemolekül wird unter dem Einfluss von Hefe in Ethanol und Kohlendioxid umgewandelt. Hefe wirkt als Enzym und regt die Reaktion an:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
Diese Reaktion wird als Fermentation bezeichnet, da es sich um eine Form der anaeroben Atmung (ohne Sauerstoff) handelt. Eine andere Art der Fermentationsreaktion ist die Milchsäurefermentation, die Ihr Körper durchläuft, wenn Sie zu intensiv trainieren, damit Sauerstoffverbrauch und -verarbeitung mit Ihrem Energiebedarf Schritt halten können. Beide Arten der Fermentation sind Alternativen zur aeroben Atmung, bei der Glucose in den Zellmitochondrien über den Krebszyklus und die Elektronentransportkette zu Energie in Form von ATP oder Adenosintriphosphat verarbeitet wird.
Ethylalkohol als Kraftstoff
Ethanol ist zwar seit langem als Wirkstoff in alkoholischen Getränken bekannt, wird jedoch zunehmend auch als "alternativer" Kraftstoff verwendet. Dies bedeutet, dass es eine Alternative zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen oder Kraftstoffen auf Erdölbasis wie Benzin und Erdgas darstellt . Heute enthalten mehr als 98 Prozent des in den USA verkauften Benzins eine gewisse Menge Ethanol. Das üblichste Verhältnis ist 90 Prozent Benzin (ein anderer Kohlenwasserstoff, wenn Sie die Punktzahl halten) zu 10 Prozent Ethanol. Einige Fahrzeuge verfügen über eine größere Flexibilität hinsichtlich der Kraftstoffverbrennungseigenschaften ihrer Motoren, und diese können mit Kraftstoffen betrieben werden, die zu über 50 Prozent aus Ethanol und in einigen Fällen zu über 80 Prozent aus Ethanol bestehen.
Ethanol ist in den USA als Kraftstoff beliebt, weil seine Emissionen weniger giftig sind als die von Benzin und weil es die Abhängigkeit von wichtigem Fremdöl verringert. Gegenwärtig können Ethanolkraftstoffe jedoch nicht den gleichen Kraftstoffverbrauch wie benzinbetriebene Fahrzeuge erzielen und bieten nur etwa drei Viertel der Kraftstoffeffizienz von Standardautos.
Ethanol-Missbrauch
Ethanol wird auch zur Herstellung von Alkohol verwendet, der zum Trinken bestimmt ist. Seit Jahrhunderten verwenden die Menschen Ethanol in verarbeiteten Trinkformen wie Bier, um ihre Gefühle zu verändern. In kleineren Mengen kann es den Geist entspannen und es einigen Personen ermöglichen, leichter an ansonsten stressigen sozialen Situationen teilzunehmen.
Da Alkohol jedoch so leicht missbraucht wird und so weit verbreitet ist, stellt er zweifellos eine große Gefahr für die öffentliche Gesundheit dar. Im Jahr 2010 kostete nach Angaben der US-Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten übermäßiger Alkoholkonsum die US-Wirtschaft eine Viertelmillion Dollar aufgrund von Unfällen, Produktivitätsverlusten, Gesundheitsproblemen, Kriminalität und anderen Problemen. Ungefähr 88.000 Todesfälle pro Jahr sind direkt auf die Auswirkungen übermäßigen Alkoholkonsums zurückzuführen. Einige Menschen neigen weitaus mehr als andere dazu, physisch oder psychisch von alkoholhaltigen Getränken abhängig zu werden, wobei ein Großteil davon als genetisch angesehen wird. Die meisten Experten glauben, dass es wirklich keine sichere Grenze für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs unter dem Einfluss gibt, aber alkoholbedingte Autounfälle bleiben eine enorme Quelle vermeidbarer Todesfälle und Schwäche im ganzen Land.