1. UVOD
1.1. Tekočine
Snovi, ki tečejo, so tekočine. Ne moremo jih raztegovati, a jih lahko stiskamo. Pravimo, da so stisljive. Nimajo lastne oblike, ampak zavzamejo obliko posode. Razdelimo jih na pline in na kapljevine.
Plini imajo majhno gostoto (red velikosti kg/m3) ter so izredno stisljivi in gibljivi. Delci se gibljejo v vseh smereh in si pri trkih med seboj in steno posode izmenjujejo kinetično energijo. Učinek trkov na steno posode je tlak plina. Plini zavzemajo celoten prostor in pritiskajo v vse smeri na vse stene posode, v kateri se nahajajo.
Kapljevine se od plinov razlikujejo po večji gostoti (red velikosti 1000 kg/m3) in manjši stisljivosti.
Tečejo težje kot plini. Podobno kot plini tudi kapljevine zavzamejo obliko posode, a zaradi gravitacije ne napolnijo njene celotne prostornine, temveč le njen spodnji del. Tvorijo prosto površino, ki ji pravimo gladina. Po notranji zgradbi so kapljevine podobne tako plinom (pri višji temperaturi) kot trdninam (pri nižji temperaturi). Podobno kot v plinih je tudi v kapljevinah gibanje molekul neurejeno [1,2].
1.2. Raztopine
Raztopine so homogene mešanice, ki so sestavljene iz dveh ali več snovi (komponent). Nastanejo s porazdelitvijo gradnikov ene komponente med gradnike druge komponente. Med gradniki delujejo medmolekulske sile. Snov, ki je je v raztopini več, je topilo, snov, raztopljena v topilu, pa topljenec. V tekočih topilih so topljenci lahko v trdnem, tekočem ali plinastem agregatnem stanju.
V vsakdanjem življenju se najpogosteje srečujemo s tekočimi raztopinami. Plini in trdne snovi se v tekočinah lahko raztapljajo le do določene mere (tj. do nasičenja). Za razliko od njih tekoči topljenci s tekočim topilom pogosto tvorijo raztopine v vsem koncentracijskem območju. Mešanje tekočin je odvisno od medmolekulskih sil, ki delujejo med gradniki v raztopini [3].
2
1.3. Alkoholi
Beseda alkohol izhaja iz arabske besede al kuhul, ki pomeni fin prašek (dejansko antimonov sulfid) in so ga uporabljali za kozmetično senčenje oči. Postopno so izraz začeli uporabljati za vse fine praške, ki sublimirajo, nato pa še za tekočine, pridobljene z destilacijo. Tako so tekočino, pridobljeno z destilacijo vina, imenovali alkohol vina. Šele mnogo pozneje se je pomen te besede razširil na celotno skupino kemijsko sorodnih spojin.
Alkohol je spojina s strukturo alkana (CnH2n+2), v katerem se je odprla ena vez med ogljikom in vodikom, vanjo pa se je vključil kisikov atom. Splošna formula alkoholov je tako CnH2n+2O.
Osnova imena alkohola je ime alkana z enakim ogljikovim ogrodjem, končnica pa je iz -an spremenjena v -anol. Položaj hidroksilne (OH) skupine navajamo – ko je potrebno – s številko pred -ol [4].
Nižji alkoholi se mešajo z vodo v vseh razmerjih zaradi tvorbe vodikovih vezi med molekulami vode in alkohola. Tako so metanol, etanol in izopropanol topni v vodi v vseh razmerjih. S povečevanjem molske mase se topnost alkoholov v vodi hitro zmanjšuje. Alkoholi imajo višja tališča in vrelišča kot ogljikovodiki in etri z enakim številom ogljikovih atomov. Vzrok so vodikove vezi med vodikovim atomom hidroksilne skupine ene molekule in kisikovim atomom druge molekule [4,5].
Alkohole delimo na primarne, sekundarne in terciarne alkohole. Pri primarnih alkoholih je na ogljikov atom, na katerega je vezana hidroksilna skupina, vezana ena alkilna skupina, pri sekundarnih alkoholih dve, pri terciarnih alkoholih pa tri. Fizikalne in kemijske lastnosti so pri vseh treh skupinah alkoholov podobne [5].
1.3.1. Etanol
Etanol oziroma etilni alkohol je primarni alkohol s kemijsko formulo CH3CH2OH. Pri sobnih pogojih je hlapljiva, gorljiva in brezbarvna tekočina z značilnim vonjem. Molekule etanola so povezane z močno vodikovo vezjo. Temperatura tališča je –114,1 °C, temperatura vrelišča pa 78,32 °C. Molska masa etanola je 46,07 g/mol [6].
3
Etanol v medicini uporabljajo kot razkužilo in kot topilo pri proizvodnji nekaterih zdravil.
Uporabljajo ga tudi kot topilo v barvilih ter v proizvodnji parfumov in dišav. Največ etanola v industrijske namene porabimo kot gorivo, bodisi kot dodatek k bencinu ali kot samostojno gorivo.
Pri gorenju etanola – v primerjavi z bencinom – nastane manj trdnih delcev in ogljikovega monoksida. Etanol v alkoholnih pijačah zaradi vpliva na zavest in počutje velja za psihoaktivno drogo. Čeprav je legalna snov, je prepovedana prodaja pijač z etanolom mladoletnim osebam, velja pa tudi »časovna« prodajna omejitev, po kateri se pijač z etanolom ne sme prodajati med 21. in 7.
uro. V večjih količinah na telo deluje kot strup, saj ima telo omejeno sposobnost za njegovo razgrajevanje. Redno uživanje vodi v zasvojenost. V Sloveniji samo zaradi bolezni, stanj in prometnih nesreč, povezanih izključno z uživanjem alkoholnih pijač, umre vsaj 1000 oseb na leto [6,7].
Etanol pridobivamo s fermentacijo sladkorja ali z oksidacijo etena. Surovina, ki je globalno pri fermentaciji porabimo največ, je koruza. Ker s fermentacijo lahko dosežemo največ 25-odstotni delež etanola, saj pri višjih koncentracijah glive kvasovke ne preživijo, ga nadalje koncentriramo z destilacijo [6].
Slika 1: Model molekule etanola.
4
1.3.2. Izopropanol
Izopropanol ali propan-2-ol je najpreprostejši sekundarni alkohol. Je brezbarvna, hlapna in vnetljiva tekočina, ki se podobno kot etanol z vodo meša v vseh razmerjih. Temperatura tališča je –88,5 °C, temperatura vrelišča pa 82,3 °C. Molska masa izopropanola je 60,10 g/mol.
Zgodovinsko so izopropanol uporabljali za pripravo acetona (propanona). Uporabljamo ga tudi za proizvodnjo kemikalij, ki jih uporabljamo v kmetijstvu, farmaciji in industriji. Zaradi manjše strupenosti in nižje cene izopropanol pogosto kot topilo uporabljamo namesto etanola. V njem so dobro topna olja, voski, smole in alkaloidi, zato je ključen pri pripravi cementa, lakov, barvil in kartuš. Prav tako je pomemben za kozmetično industrijo, saj ga kot topilo uporabljamo pri proizvodnji losjonov, olj, parfumov, lakov za nohte in dezodorantov. V medicini je razkužilo in antiseptik.
Izopropanol pridobivamo bodisi s hidriranjem propena ali z redukcijo propanona. Hidriranje lahko poteka na dva načina. Pri prvem načinu propen najprej reagira z žveplovo kislino. Pri tem sprva nastane izopropil hidrogensulfat, ki ga nato s hidrolizo pretvorimo v izopropanol, medtem ko je stranski produkt reakcije žveplova kislina. Pri drugem načinu propen v prisotnosti kislinskega katalizatorja pri povečanem tlaku in višji temperaturi reagira z vodo, pri čemer nastane izopropanol [8].
Slika 2: Model molekule izopropanola.
5