O etanol (também chamado álcool etílico, álcool de cereais, álcool para beber, ou simplesmente álcool) é um composto químico, um álcool simples com a fórmula química C2H6O. A sua fórmula também pode ser escrita como CH3-CH2-OH ou C2H5OH (um grupo etílico ligado a um grupo hidroxila), e é frequentemente abreviada como EtOH. O etanol é um líquido volátil, inflamável, incolor, com um ligeiro odor característico. É uma substância psicoativa e é o principal ingrediente ativo encontrado nas bebidas alcoólicas.
O etanol é produzido naturalmente pela fermentação de açúcares por leveduras ou por processos petroquímicos, e é comumente consumido como uma droga recreativa popular. Também tem aplicações médicas como anti-séptico e desinfetante. O composto é amplamente utilizado como solvente químico, seja para testes químicos científicos ou na síntese de outros compostos orgânicos, e é uma substância vital utilizada em muitos tipos diferentes de indústrias transformadoras. O etanol também é utilizado como uma fonte alternativa de combustível.
Quais são os possíveis usos do etanol?
Antiséptico
O etanol é usado em toalhetes médicos e mais comumente em géis desinfectantes antibacterianos para as mãos como um anti-séptico para os seus efeitos bactericidas e anti-fúngicos. O etanol mata organismos por desnaturar as suas proteínas e dissolver os seus lípidos e é eficaz contra a maioria das bactérias e fungos, e muitos vírus. Contudo, o etanol é ineficaz contra os esporos bacterianos. 70% de etanol é a concentração mais eficaz, particularmente por causa da pressão osmótica. O etanol absoluto pode inativar micróbios sem destruí-los porque o álcool é incapaz de permear totalmente a membrana do micróbio. O etanol também pode ser usado como desinfetante e anti-séptico, pois causa desidratação celular por perturbar o equilíbrio osmótico através da membrana celular, de modo que a água deixa a célula levando à morte celular.
Antídoto
O etanol pode ser administrado como um antídoto para o metanol e o envenenamento por etilenoglicol.
Solvente medicinal
O etanol, muitas vezes em altas concentrações, é usado para dissolver muitos medicamentos insolúveis em água e compostos relacionados. As preparações líquidas de medicamentos para dor, remédios para tosse e resfriado e lavagens bucais, por exemplo, podem conter até 25% de etanol[20] e podem precisar ser evitadas em indivíduos com reações adversas ao etanol, tais como reações respiratórias induzidas pelo álcool. O etanol está presente principalmente como conservante antimicrobiano em mais de 700 preparações líquidas de medicamentos, incluindo acetaminofeno, suplementos de ferro, ranitidina, furosemida, manitol, fenobarbital, trimetoprim/sulfametoxazol e remédio para a tosse de venda livre.
Farmacologia
Se ingerido por via oral, o etanol é amplamente metabolizado pelo fígado, particularmente através da enzima CYP450. O álcool etílico aumenta a secreção de ácidos no estômago. O metabolito acetaldeído é responsável por grande parte dos efeitos a curto e longo prazo da toxicidade do álcool etílico.
Recreativo
Como um depressor do sistema nervoso central, o etanol é uma das drogas psicoativas mais comumente consumidas.
Combustível do motor
O maior uso individual de etanol é como combustível de motor e aditivo de combustível. O Brasil, em particular, depende muito do uso do etanol como combustível de motor, em parte devido ao seu papel como um dos principais produtores de etanol do mundo. A gasolina vendida no Brasil contém pelo menos 25% de etanol anidro. O etanol hidratado (cerca de 95% etanol e 5% água) pode ser usado como combustível em mais de 90% dos carros novos movidos a gasolina vendidos no país. O etanol brasileiro é produzido a partir da cana-de-açúcar e é conhecido pelo seu alto sequestro de carbono. Os EUA e muitos outros países utilizam principalmente E10 (10% de etanol, às vezes conhecido como gasool) e E85 (85% de etanol) misturas etanol/gasolina.
O etanol tem sido utilizado como combustível de foguetes e atualmente é utilizado em aeronaves de corrida leves movidas a foguetes.
A lei australiana limita o uso de etanol puro de resíduos de cana-de-açúcar a 10% em automóveis. Automóveis mais antigos (e carros antigos projetados para usar um combustível de combustão mais lenta) devem ter as válvulas do motor atualizadas ou substituídas.
De acordo com um grupo de defesa da indústria, o etanol como combustível reduz as emissões nocivas de monóxido de carbono, partículas, óxidos de nitrogênio e outros poluentes que formam a camada de ozônio. O Laboratório Nacional Argonne analisou as emissões de gases de efeito estufa de muitas combinações diferentes de motores e combustíveis, e descobriu que a mistura biodiesel/petrodiesel (B20) mostrou uma redução de 8%, a mistura convencional de etanol E85 uma redução de 17% e o etanol celulósico uma redução de 64%, em comparação com a gasolina pura.
A combustão do etanol em um motor de combustão interna produz muitos dos produtos da combustão incompleta produzidos pela gasolina e quantidades significativamente maiores de formaldeído e espécies relacionadas, como o acetaldeído. Isto leva a uma reatividade fotoquímica significativamente maior e mais ozônio ao nível do solo. Estes dados foram reunidos na comparação de emissões de combustível do The Clean Fuels Report e mostram que o escapamento do etanol gera 2,14 vezes mais ozônio do que o da gasolina. Quando isso é adicionado ao Índice de Poluição Localizada (LPI) personalizado do The Clean Fuels Report, a poluição local do etanol (poluição que contribui para o smog) é classificada como 1,7, onde a gasolina é 1,0 e números mais altos significam maior poluição. O Conselho de Recursos Atmosféricos da Califórnia formalizou esta questão em 2008 ao reconhecer os padrões de controle de formaldeídos como um grupo de controle de emissões, muito parecido com os convencionais NOx e Gases Orgânicos Reativos (ROGs).
A produção mundial de etanol em 2006 foi de 51 gigalitros (1,3×1010 US gal), com 69% da oferta mundial proveniente do Brasil e dos Estados Unidos. Mais de 20% dos carros brasileiros são capazes de usar 100% de etanol como combustível, o que inclui motores somente a etanol e motores flex-fuel. Os motores flex-fuel no Brasil são capazes de trabalhar com todo o etanol, toda a gasolina ou qualquer mistura de ambos. Nos EUA, os veículos flex-fuel podem funcionar com 0% a 85% de etanol (15% de gasolina), já que misturas mais altas de etanol ainda não são permitidas ou eficientes.
O Brasil apóia essa população de automóveis que queimam etanol com grande infra-estrutura nacional que produz etanol a partir da cana-de-açúcar cultivada domesticamente. A cana-de-açúcar não só tem uma maior concentração de sacarose do que o milho (em cerca de 30%), como também é muito mais fácil de extrair. O bagaço gerado pelo processo não é desperdiçado, mas é utilizado em usinas elétricas para produzir eletricidade.
Nos Estados Unidos, a indústria do etanol combustível é baseada em grande parte no milho. Segundo a Associação de Combustíveis Renováveis, em 30 de outubro de 2007, 131 biorrefinarias de etanol em grãos nos Estados Unidos têm capacidade para produzir 7,0 bilhões de galões americanos (26.000.000 m3) de etanol por ano. Mais 72 projetos de construção em andamento (nos Estados Unidos) podem acrescentar 6,4 bilhões de galões (24.000.000 m3) de nova capacidade nos próximos 18 meses. Com o tempo, acredita-se que uma parcela material do mercado de ≈150-bilhão-US-gallon (570.000.000 m3) de gasolina por ano começará a ser substituída por etanol combustível.
O sorgo doce é outra fonte potencial de etanol, e é adequado para o cultivo em terras secas. O International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) está investigando a possibilidade de cultivar sorgo como fonte de combustível, alimento e ração animal em regiões áridas da Ásia e da África. O sorgo doce tem um terço da necessidade de água da cana de açúcar no mesmo período de tempo. Também requer cerca de 22% menos água do que o milho (também conhecido como milho). A primeira destilaria de etanol de sorgo doce do mundo iniciou a produção comercial em 2007 em Andhra Pradesh, Índia.
A alta miscibilidade do etanol com a água torna-o impróprio para o transporte através de gasodutos modernos como os hidrocarbonetos líquidos. A mecânica tem visto um aumento de casos de danos a pequenos motores (em particular, o carburador) e atribui os danos ao aumento da retenção de água pelo etanol no combustível.
Combustível de foguete
O etanol era comumente usado como combustível em veículos com foguete bipropulsor (propulsão líquida), em conjunto com um oxidante, como o oxigênio líquido. O foguete alemão V-2 da Segunda Guerra Mundial, creditado com o início da era espacial, utilizava etanol como principal constituinte do B-Stoff, sob essa nomenclatura o etanol era misturado com 25% de água para reduzir a temperatura da câmara de combustão. A equipe de projeto do V-2 ajudou a desenvolver foguetes americanos após a Segunda Guerra Mundial, incluindo o foguete Redstone movido a etanol, que lançou o primeiro satélite americano. Os álcoois caíram em desuso geral à medida que foram desenvolvidos combustíveis mais eficientes para foguetes.
Células de combustível
As células combustíveis comerciais operam com gás natural reformado, hidrogênio ou metanol. O etanol é uma alternativa atraente devido à sua ampla disponibilidade, baixo custo, alta pureza e baixa toxicidade. Há uma ampla gama de conceitos de células a combustível que foram testados, incluindo células a combustível de etanol direto, sistemas de reforma autotérmica e sistemas termicamente integrados. A maioria dos trabalhos está sendo conduzida a nível de pesquisa, embora existam várias organizações no início da comercialização de células a combustível de etanol.
Aquecimento doméstico
As lareiras a etanol podem ser utilizadas para aquecimento doméstico ou para decoração.
Matéria-prima
O etanol é um ingrediente industrial importante. Tem uso generalizado como precursor de outros compostos orgânicos, tais como halogenetos etílicos, ésteres etílicos, éter dietílico, ácido acético e aminas etílicas.
Solvente
O etanol é considerado um solvente universal, já que sua estrutura molecular permite a dissolução de compostos polares, hidrofílicos e não polares, hidrofóbicos. Como o etanol também tem um baixo ponto de ebulição, é fácil de remover de uma solução que tem sido usada para dissolver outros compostos, tornando-o um popular agente extrator de óleos botânicos. Os métodos de extração de óleo de canábis frequentemente usam o etanol como solvente de extração, e também como solvente de pós-processamento para remover óleos, ceras e clorofila da solução em um processo conhecido como winterização.
O etanol é encontrado em tintas, tinturas, marcadores e produtos de higiene pessoal, tais como: elixir bucal, perfumes e desodorizantes. No entanto, os polissacarídeos precipitam a partir da solução aquosa na presença de álcool, e a precipitação de etanol é utilizada por este motivo na purificação do DNA e do RNA.
Líquido a baixa temperatura
Devido ao seu baixo ponto de congelação (-114,14 °C) e baixa toxicidade, o etanol é por vezes utilizado em laboratórios (com gelo seco ou outros refrigerantes) como banho de arrefecimento para manter os recipientes a temperaturas abaixo do ponto de congelação da água. Pela mesma razão, ele também é utilizado como fluido ativo em termômetros com álcool.
Fórmula química
Etanol é um álcool de 2 carboidratos. A sua fórmula molecular é CH3CH2OH. Uma notação alternativa é CH3-CH2-OH, que indica que o carbono de um grupo metilo (CH3-) está ligado ao carbono de um grupo metileno (-CH2-), que está ligado ao oxigênio de um grupo hidroxila (-OH). É um isómero constitucional do éter dimetílico. O etanol é às vezes abreviado como EtOH, utilizando a notação química orgânica comum de representar o grupo etílico (C2H5-) com Et.
Propriedades físicas
O etanol é um líquido volátil, incolor e com um ligeiro odor. Arde com uma chama azul sem fumo, que nem sempre é visível à luz normal. As propriedades físicas do etanol derivam principalmente da presença de seu grupo hidroxila e da brevidade de sua cadeia de carbono. O grupo hidroxila do etanol é capaz de participar na ligação do hidrogênio, tornando-o mais viscoso e menos volátil que compostos orgânicos polares de peso molecular semelhante, como o propano.
O etanol é ligeiramente mais refrativo que a água, tendo um índice de refração de 1,36242 (em λ=589,3 nm e 18,35 °C ou 65,03 °F). O ponto triplo para o etanol é 150 K a uma pressão de 4,3 × 10-4 Pa.
Propriedades do solvente
O etanol é um solvente versátil, miscível com água e com muitos solventes orgânicos, incluindo ácido acético, acetona, benzeno, tetracloreto de carbono, clorofórmio, éter dietílico, etilenoglicol, glicerol, nitrometano, piridina e tolueno. Também é miscível com hidrocarbonetos alifáticos leves, como pentano e hexano, e com cloretos alifáticos, como tricloroetano e tetracloroetileno.
A miscibilidade do etanol com a água contrasta com a imiscibilidade dos álcoois de cadeia mais longa (cinco ou mais átomos de carbono), cuja miscibilidade com a água diminui drasticamente à medida que o número de carbonos aumenta. A miscibilidade do etanol com alcanos é limitada aos alcanos até o undecano: misturas com dodecano e alcanos superiores apresentam uma diferença de miscibilidade abaixo de uma determinada temperatura (cerca de 13 °C para o dodecano). A diferença de miscibilidade tende a ser maior com alcanos mais altos, e a temperatura para uma miscibilidade completa aumenta.
As misturas etanol-água têm menos volume do que a soma de seus componentes individuais nas frações determinadas. A mistura de volumes iguais de etanol e água resulta em apenas 1,92 volumes de mistura. A mistura de etanol e água é exotérmica, com até 777 J/mol sendo liberado a 298 K.
As misturas de etanol e água formam um azeótropo a cerca de 89 mole-% de etanol e 11 mole-% de água ou uma mistura de 95,6% de etanol em massa (ou cerca de 97% de álcool em volume) à pressão normal, que ferve a 351K (78 °C). Esta composição azeotrópica é fortemente dependente de temperatura e pressão e desaparece a temperaturas abaixo de 303 K.
A ligação ao hidrogênio faz com que o etanol puro seja higroscópico na medida em que absorve rapidamente a água do ar. A natureza polar do grupo hidroxila faz com que o etanol dissolva muitos compostos iônicos, notadamente hidróxidos de sódio e potássio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio, cloreto de amônio, brometo de amônio e brometo de sódio. Os cloretos de sódio e potássio são ligeiramente solúveis no etanol. Como a molécula de etanol também tem uma extremidade não-polar, ela também dissolverá substâncias não-polares, incluindo a maioria dos óleos essenciais e numerosos agentes aromatizantes, corantes e medicinais.
Destilação
A hidratação com etileno ou o fabrico de cerveja produz uma mistura etanol-água. Para a maioria dos usos industriais e combustíveis, o etanol deve ser purificado. A destilação fracionada à pressão atmosférica pode concentrar o etanol a 95,6% em peso (89,5 mole%). Esta mistura é um azeótropo com um ponto de ebulição de 78,1 °C (172,6 °F), e não pode ser purificada por destilação. A adição de um agente de arrastamento, como benzeno, ciclohexano ou heptano, permite a formação de um novo azeótropo ternário composto pelo etanol, água e o agente de arrastamento. Esse azeótropo ternário de menor ebulição é removido preferencialmente, levando ao etanol livre de água.
A pressões inferiores à pressão atmosférica, a composição do azeótropo etanol-água muda para misturas mais ricas em etanol, e a pressões inferiores a 70 torr (9,333 kPa), não há azeótropo, sendo possível destilar etanol absoluto a partir de uma mistura etanol-água. Embora a destilação a vácuo do etanol não seja atualmente econômica, a destilação a vácuo é um tópico de pesquisa atual. Nesta técnica, uma destilação a pressão reduzida produz primeiro uma mistura etanol-água de mais de 95,6% de etanol. Em seguida, a destilação fracionada desta mistura à pressão atmosférica destilam do azeótropo a 95,6%, deixando o etanol anidro no fundo.