Wat is het verschil tussen ethanol en alcohol?

"Alcohol" is een woord dat, zoals veel Engelse termen, een specifiekere betekenis heeft in de wetenschap dan in het dagelijks gebruik. "Ethanol", ondertussen, beschrijft een specifieke chemische stof; hoewel ethanol een soort alcohol is, heeft het ook meerdere toepassingen (een industrieel, een voedsel- en drankgerelateerd) die weinig overlap vertonen.

Wat is ethanol? Ook wel ethylalcohol genoemd, het is een van de eenvoudigste alcoholen en is zeker de meest gevierde, zowel ten goede als ten kwade, in de westerse cultuur. Dit bescheiden molecuul met twee koolstofatomen is het middelpunt van veel historische controverses, en het gebruik ervan als een stemmingsveranderende substantie heeft significante effecten gehad op menselijke samenlevingen gedurende de geschiedenis van beschaving.

Veel verbindingen in de chemie zijn koolwaterstoffen, die alleen uit koolstof- en waterstofatomen bestaan. De introductie van zuurstofatomen in koolwaterstoffen opent de deur naar een verscheidenheid aan nieuwe categorieën chemicaliën met een reeks eigenschappen.

Alcoholen zijn koolwaterstoffen waarin een -OH-groep, of hydroxylgroep, is vervangen door een waterstofatoom. Het eenvoudigste voorbeeld is de koolwaterstofmethaan, met de formule CH₄. Koolstofatomen kunnen vier bindingen vormen met andere atomen en waterstof slechts één, dus methaan is een stabiele verbinding. Zuurstof daarentegen vormt in totaal twee bindingen. Dus een hydroxylgroep, die een zuurstof heeft gebonden aan een waterstof, heeft één "plek" beschikbaar voor binding. Dit betekent dat als de omstandigheden geschikt zijn, methaan kan worden omgezet in methylalcohol of methanol. De formule voor dit molecuul is CH₃(OH).

Terwijl methanol één koolstofatoom heeft, heeft ethanol, het op een na grootste en afgeleid van het zuivere koolwaterstofethaan, er twee. De chemische formule voor ethaan is CH₃CH₃ (ook geschreven C₂H₆); elk koolstofatoom is gebonden aan drie waterstofatomen en aan de andere koolstofatomen. De formule voor ethanol is dus CH₃CH₂(OH).

Ethanol wordt ook wel ethylalcohol genoemd. Deze naamgevingsconventie is, zoals je misschien al vermoedde, van toepassing op alle alcoholen; het achtervoegsel "-anol" kan worden uitgewisseld met de meer omslachtige "-ylalcohol". Wetende dat propaan de naam is van een drie-koolstofatoom koolwaterstof, kun je de chemische formule uitwerken, die van de bijbehorende alcohol en de twee verschillende namen daarvoor? alcohol?

Omdat methanol en ethanol respectievelijk alcoholen met één en twee koolstofatomen zijn, bestaat er geen dubbelzinnigheid in termen van hun formule. Dat wil zeggen, gegeven een koolwaterstof met één of twee koolstofatomen met een enkele hydroxylgroep in plaats van een enkel waterstofatoom, is er slechts één mogelijke configuratie. In het geval van ethanol is de koolstof waaraan de -OH is bevestigd niet relevant omdat ethaan zelf een symmetrisch molecuul is; er is geen geometrisch onderscheid tussen de eerste koolstof en de tweede.

Op het niveau van drie-koolstofverbindingen wordt het echter ingewikkelder. Propaan heeft de formule CH₃CH₂CH₃ (ook geschreven als C₃H₈). Als een hydroxylgroep aan een van de terminale (eind)koolstofatomen is bevestigd, is het resultaat gewone propylalcohol of propanol. Maar wat als de hydroxylgroep in plaats daarvan aan het middelste koolstofatoom is bevestigd?

In feite heeft een belangrijke verbinding, propaan-2-ol genaamd, precies zo'n regeling. (U ziet dit misschien geschreven als 2-propanol in oudere referenties; het toevoegen van de "2" als tussenvoegsel is een conventie die begon in 2013 toen de International Union of Pure and Applied Chemistry, of IUPAC, nieuwe ontwikkelde nomenclatuurregels.) De "2" verwijst naar het feit dat de hydroxylgroep is bevestigd aan de tweede van de drie koolstofatomen van propaan, en dus in de midden. Deze stof heeft drie koolstofatomen, acht waterstofatomen en een zuurstof, net als gewone propanol. Als zodanig is het een isomeer van propanol en heet het isopropylalcohol. De meeste zogenaamde "ontsmettingsalcohol" voor antiseptisch gebruik bevat isopropylalcohol.

En wat als er meer dan één hydroxylgroep aanwezig is? Zit de verbinding in kwestie nog in alcohol? In feite komt dit ook voor. Wanneer een tweede -OH wordt toegevoegd aan ethanol bij de andere koolstof, ontstaat er een molecuul genaamd 1,2-ethaandiol. De "diol" onthult dat de stof een dubbele alcohol is met twee hydroxylen, en het voorvoegsel "1,2-" geeft aan dat ze aan verschillende koolstofatomen zijn bevestigd. Deze alcohol wordt vaker ethyleenglycol genoemd en is het hoofdbestanddeel van antivries. Het is zeer giftig (net als methanol).

Een andere veel voorkomende zogenaamde polyhydroxylalcohol wordt glycerol of glycerine genoemd. Dit is gewoon propaan met een hydroxylgroep in de plaats van een waterstofatoom bij elk van de drie koolstofatomen, allemaal aan dezelfde kant van het propaanmolecuul. De formele naam voor deze stof is dus 1,2,3-propaantriol, en het dient zowel als de "ruggengraat" voor vetmoleculen in de voeding en kan rechtstreeks door cellen worden gebruikt als brandstof.

Ethanol wordt gemaakt van maïs en ander plantaardig materiaal. Ethanol wordt meer in het algemeen gemaakt van het molecuul glucose, dat in allerlei soorten zetmeel voorkomt en de belangrijkste vorm van energie is die door alle levende cellen wordt gebruikt. Eén molecuul glucose wordt omgezet in ethanol en kooldioxide onder invloed van gist, dat als een enzym werkt om de reactie te stimuleren:

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Deze reactie staat bekend als fermentatie omdat het een vorm van anaërobe (zonder zuurstof) ademhaling is. Een ander type fermentatiereactie is melkzuurfermentatie, dat is wat je lichaam ondergaat wanneer u oefent te intensief om het zuurstofverbruik en de verwerking in de pas te laten lopen met uw energie behoeften. Beide soorten fermentatie zijn alternatieven voor aerobe ademhaling, waarbij glucose wordt verwerkt in celmitochondriën door de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen om energie op te leveren in de vorm van ATP of adenosinetrifosfaat.

Ethanol, dat al lang bekend staat als het actieve ingrediënt in alcoholische dranken, wordt ook steeds vaker gebruikt als een "alternatieve" brandstof, wat betekent dat het een alternatief is voor de traditionele fossiele of op aardolie gebaseerde brandstoffen zoals net zo:

• benzine
  
• natuurlijk gas

Tegenwoordig bevat meer dan 98 procent van de benzine die in de VS wordt verkocht, een bepaalde hoeveelheid ethanol. De meest voorkomende verhouding is 90 procent benzine (een andere koolwaterstof, als je de score bijhoudt) tot 10 procent ethanol. Sommige voertuigen hebben meer flexibiliteit wat betreft de brandstofverbrandingseigenschappen van hun motoren, en deze kan werken met brandstoffen die voor meer dan 50 procent uit ethanol bestaan ​​en in sommige gevallen voor meer dan 80 procent.

Ethanol wordt ook gebruikt bij de productie van alcohol die bedoeld is om te drinken. Mensen gebruiken ethanol al eeuwenlang in zijn bewerkte drinkvormen, zoals bier, om hun gevoel te veranderen. In kleinere hoeveelheden kan het de geest ontspannen en sommige individuen in staat stellen gemakkelijker deel te nemen aan anderszins stressvolle sociale situaties.

Het is echter onbetwistbaar dat, omdat het zo gemakkelijk wordt misbruikt en zo algemeen verkrijgbaar is, het drinken van alcohol een groot gevaar voor de volksgezondheid vormt. In het jaar 2010, volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention, kostte overmatig alcoholgebruik de Amerikaanse economie een kwart biljoen dollar als gevolg van ongevallen, productiviteitsverlies, gezondheidsproblemen, misdaad en andere problemen. Ongeveer 88.000 sterfgevallen per jaar zijn direct toe te schrijven aan de effecten van overmatig drinken. Sommige mensen hebben een veel grotere neiging dan anderen om fysiek of psychisch afhankelijk te worden van alcoholhoudende dranken, en veel hiervan wordt verondersteld genetisch te zijn. De meeste experts zijn van mening dat er echt geen veilige limiet is voor het besturen van een motorvoertuig onder de invloed, maar alcoholgerelateerde auto-ongelukken blijven een enorme bron van vermijdbare dood en zwakte landelijk.