Jaki jest związek między etanolem a kwasem siarkowym?
Połączenie między etanolem i kwasem siarkowym obejmuje co najmniej trzy możliwe ścieżki reakcji. Są to estryfikacja - z udziałem jednej lub dwóch cząsteczek etanolu lub alkoholu - i odwodnienie, ponownie z udziałem jednej lub dwóch cząsteczek alkoholu. Jeśli odwodnienie obejmuje tylko jedną cząsteczkę etanolu i kwasu siarkowego, produkt jest gazem ważnym w przyrodzie i przydatnym w laboratorium i przemyśle. Kiedy dwie cząsteczki alkoholu są połączone przez odwodnienie, powstaje ciecz o historycznym znaczeniu medycznym. Oba produkty estryfikacji mają ograniczone zastosowanie.
Kwas siarkowy jest nie tylko bardzo silnym kwasem, ale także wyjątkowym środkiem odwadniającym. Jest tak silnym kwasem, że może jonizować się nawet bez wody, natomiast jako odwadniacz może „wydrzeć” atomy wodoru i tlenu z cząsteczek, aby zaspokoić swoje „pragnienie”. Ta ostatnia cecha została wykazana w prostym eksperymencie w szkole średniej, w którym kilka ziaren cukru stołowego, C 12 H 22 O 11 , łączy się z kilkoma kroplami stężonego kwasu siarkowego w probówce lub zlewce. W kilka sekund reagenty stają się czarne jak smoła i gwałtownie się gotują. Czarny kolor wynika z elementarnych obecnie 12 atomów węgla z każdej cząsteczki cukru, podczas gdy 22 atomy wodoru i 11 atomów tlenu, które zostały usunięte zostały zamienione na 11 cząsteczek wody.
Etanol, zwany także alkoholem etylowym lub alkoholem zbożowym, jest bardzo podobny do wody. Jego struktura to CH 3 CH 2 OH. Zasadniczo etanol jest po prostu wodą, z jednym z jego atomów wodoru zastąpionym uchwytem na bazie węgla, względnie obojętnym CH3CH2-. Innym sposobem spojrzenia na etanol jest bardzo słaba zasada, przypominająca - przynajmniej powierzchownie - wodorotlenek sodu NaOH. Chociaż etanol jest zwykle zbyt słabą zasadą, aby jonizować, w pewnych warunkach powinien być zdolny do tworzenia struktur podobnych do soli.
Wodorotlenek sodu może wytwarzać jedną z dwóch soli z kwasem siarkowym, z których jedną jest wodorosiarczan sodu (NaHSO4), pochodzący z jednej cząsteczki zasady i jednej z kwasu. Chociaż jest to sól, jest również kwasem, ponieważ nadal zachowuje jeden atom wodoru w swojej strukturze. Jeśli tę sól kwasową poddaje się reakcji z drugą cząsteczką NaOH, powstaje sól obojętna - siarczan sodu (Na2SO4). Odpowiednio, jeśli etanol i kwas siarkowy są łączone w łagodnych i kontrolowanych warunkach, powstaje wodorosiarczan etylu drogą reakcji CH3CH2OH + H2SO4 → CH3CH2 OSO 3H, natomiast jeśli ten ester kwasowy powstaje z kombinacja etanolu i kwasu siarkowego jest dalej poddawana reakcji z inną cząsteczką etanolu, co skutkuje siarczanem dietylu - zwanym prościej, siarczanem etylu. Co ciekawe, mimo że ma on ograniczone zastosowanie, naukowcy kryminalistyczni wykorzystują siarczan etylu do wykrywania alkoholu we krwi i moczu kilka dni po jego spożyciu.
W bardziej rygorystycznych warunkach estryfikację zastępuje się odwodnieniem. Odwodnienie pojedynczej cząsteczki następuje zgodnie z równaniem CH3CH2OH → CH2 = CH2 + HOH. Produktem gazowym jest etylen, hormon roślinny związany z dojrzewaniem owoców i innymi procesami. Jeśli dwie cząsteczki etanolu są odwodnione zamiast jednej, reakcja to 2 CH 3 CH 2 OH → CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 + HOH. W wyniku tej reakcji powstaje historycznie istotny produkt końcowy: znieczulająca ciecz, eter etylowy.
Połączenie między etanolem a kwasem siarkowym jest zatem co najmniej czterokrotnie. Wyniki ich połączenia obejmują dwa produkty estryfikacji i dwa produkty odwodnienia, w zależności od warunków, w których prowadzi się reakcję. Oprócz łagodnych warunków reakcji, produkt estryfikacji zależy od ilości każdego z reagentów w dowolnym momencie podczas reakcji. Odwodnienie zależy również od względnej populacji etanolu i kwasu siarkowego przez cały czas reakcji.