HỆ THỐNG KIẾN THỨC HÓA HỌC GẮN VỚI THỰC TIỄN
1. Etanol
Kiến thức mở rộng Câu chuyện thực tiến
1. Cấu tạo phân tử:
Antoine Lavoisier đã mô tả etanol như là một hợp chất của cacbon, hiđro và oxi, và năm 1807, Nicolas -Théodore de Saussure đã xác định được cơng thức hóa học của nó.
Năm 1858, Archibald Scott Couper đã công bố công thức cấu trúc của etanol: điều này làm cho etanol trở thành một trong các hợp chất hóa học đầu tiên có sự xác định cấu trúc hóa học.
2. Tính chất vật lí
- Nhóm – OH phân cực nên etanol có thể hịa tan một số hợp chất ion như NaOH, KOH, MgCl2 … . NaCl, KCl ít tan trong etanol.
- Do phân tử etanol có một đầu khơng phân cực, nó cũng sẽ hịa tan các hợp chất khơng phân cực, bao gồm hầu hết tinh dầu và nhiều chất hương liệu, màu, và thuốc.
2. Tính chất hóa học
a. Phản ng v i im loại iềm
Phản ứng êm dịu
b. Phản ng v i a it
* RCOOC2H5 (với R là gốc của axit béo trong dầu mỡ động thực vật) là biođiesel tốt cho môi trường
c. Phản ng v i ch t oxi hóa
* Phát hiện C2H5OH trong hơi thở (ứng dụng cho việc kiểm tra an tồn giao thơng) nhờ chất CrO3
CrO3(đỏ) + CH3CH2OH
sản phẩm oxi hóa + Cr2O3 (xanh lục)
d. Phản ng lên men gi m
1. Cồn dùng làm nhiên liệu sạch
Trong đại chiến thế giới II, quân đội Nhật khi thiếu xăng đã pha thêm cồn vào xăng để chạy xe. Brazin có 33 vạn chiếc xe ơ tô chạy bằng hỗn hợp xăng cồn. Nước này cũng có kế hoạch trồng mía để phát triển cơng nghiệp cất cồn. Vì cồn tỏa ít nhiệt hơn xăng nên nếu động cơ đốt bằng cồn thì máy vẫn mát. Chất carbon ơxit, nitơ ơxit mà cồn cháy thải ra chỉ bằng một nửa so với xăng. Cồn không cần pha thêm hợp chất chì (rất độc) cũng có được chỉ số octa như xăng pha chì. Do đó, cồn là thứ nhiên
* Loại rượu dùng lên men giấm có độ rượu thấp, khoảng 8 - 100
e. Phản ng cháy
* Hiện nay cồn khô được sử dụng rộng rãi
- Cồn khô hay cồn thạch được sản xuất từ rượu etylic và các phụ gia khác. Nếu làm đúng như công thức này, cịn khơ thực sự là một chất đốt hữu dụng và an toàn.
-Tuy nhiên trên thị trường trong cồn khơ cịn pha lẫn cả rượu metylic, một loại rượu cực độc đối với cơ thể.
* Ở nước ta, cồn khô được sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp như trái điều (đã tách bỏ hạt), rơm rạ …
g. Phản ng tạo butađien
Cho hơi C2H5OH đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ Cu + Al2O3 ở 380- 400 0 C
h. Phản ng tạo etilen
liệu sạch sẽ nhất. Cồn dùng để chạy xe phải chứa rất ít nước, điều này khó thực hiện đối với những lị cất cồn thủ công. Nếu pha 2 phần cồn với 8 phần xăng thì các xe chạy xăng trước đây không cần thay thiết bị. Muốn dùng hồn tồn cồn để chạy máy thì phải sửa đổi một số bộ phận máy, có biện pháp chống ngưng tụ nước ở buzi và xilanh, chống sự ăn mịn của axit axetic có trong cồn.
2. Lần đầu tiên, cao su buna được tạo ra
Năm 1926, nhà khoa học người Nga Sergei Lebelep dùng cồn chế tạo butađien và dùng butađien tổng hợp nên cao su butan natri (cao su Buna). Những năm sau đó một loạt các thí nghiệm nghiên cứu về cao su nhân tạo bắt đầu phát triển mạnh và dần áp dụng vào đời sống.
3. Điều chế a. Từ etilen
* Cho etilen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit photphoric. Trong công nghệ cũ, người ta dùng H2SO4 và công nghệ này đã bị loại bỏ.
b. Từ tinh bột hoặc xenlulozơ
* Etanol lần đầu tiên được Michael Faraday tổng hợp nhân tạo vào năm 1825 (từ etilen)
* Etanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn etanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men.
* Etanol để sử dụng công nghiệp thơng thường là khơng phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người ("biến tính") do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn metanol) hay khó chịu.
* Ở nước ta, có nhiều làng quê nổi tiếng
với nghề làm rượu gạo thơm ngon, chất lượng: làng Vân (Bắc Ninh), Kim Sơn (Ninh Bình), Gị Đen (Long An), Phú Lễ (Bến Tre) …
* Năm 2014, lần đầu tiên thương hiệu “Rượu” (rượu gao Việt Nam) đã được công nhận và đạt dấu mốc trong cuộc thi rượu uy tín quốc tế (Nguồn Sơn Tinh original rượu).
4. Ứng dụng
Cồn y tế và cồn iot
1. Cồn y t
- Các loại cồn y tế thường dùng gồm: cồn etylic và cồn isopropyl với nồng độ từ 60- 70 %.
- Tác dụng: cồn y tế có tác dụng diệt vi khuẩn, siêu vi khuẩn và các loại nấm. Trong y tế, các loại cồn sát trùng này thường được dùng để: sát trùng dụng cụ y tế, sát trùng phần mô trước khi tiêm, phẫu thuật…
- Cách dùng: vết thương được rửa trực tiếp với cồn, khơng cần pha lỗng.
- Nhược điểm: theo các thực nghiệm thực tế cho thấy, cồn dùng sát trùng vết thương chỉ có tác dụng tốt nhất ở nồng độ 70%, nồng độ dưới 60% và trên 90% được cho là tác dụng lên vết thương với hiệu quả thấp. Khi dùng cồn, vết thương có hiện tượng kích ứng như: khơ, rát và xót. Bên cạnh đó, cồn khơng có tác dụng trong việc loại bỏ những thành phần như bào tử nấm, bào tử vi khuẩn.
2. Cồn iot
- Thường dùng với nồng độ cồn 5%.
- Tác dụng: cồn iot có tác dụng oxi hóa vi khuẩn, diệt các loại nấm do iot, cồn trong thành phần thuốc chỉ có tác dụng hịa tan iot.
- Nhược điểm: cồn iot có nguy cơ phá hủy các chất hữu cơ, vì vậy khi dùng cồn iod để sát trùng vết thương sẽ có nguy cơ phá hủy những tế bào, mơ lành của vết thương, làm vết thương lâu lành hơn và cũng chính vì ngun nhân này mà cồn iod được khuyên không nên dùng cho mặt và những vùng da có tính thẩm mỹ.
2. Etylen glicol a. Lịch sử
Trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất etylen glicol (HOCH2CH2OH) hầu như không được sản xuất để phục vụ cho mục đích thương mại, nó chỉ được sản xuất ở Đức (tổng hợp từ 1,2 - đicloetan) để sử dụng như một chất thay thế cho glixerol trong công nghiệp chế tạo vật liệu nổ (etylen glicol đinitrate), sau này thành một trong những sản phẩm cơng nghiệp quan trọng.
b. Tính chất vật lí
Etylen glicol là chất lỏng không màu không mùi và có vị ngọt nó rất háo nước và có thể tan hồn tồn trong rất nhiều dung mơi phân cực như nước, rượu và axeton. Tuy nhiên đối với các dung môi không phân cực như benzen,toluen, điclo etan, cloroform, khả năng hoà tan của etylen glicol với chúng không phải là cao lắm. EG là chất độc đối với người và động vật, môi trường.
Etylen glicol rất khó để kết tinh bởi dung dịch của nó có tính nhớt rất cao, tuy nhiên khi ta làm quá lạnh, dung dịch sẽ đóng rắn tạo thành sản phẩm có trạng thái giống thuỷ tinh.
Ứng dụng lớn nhất của E.G là sử dụng làm chất chống đơng vì nó có khả năng hạ nhiệt độ đơng đặc xuống thấp hơn 00C khi hồ trộn nó với nước.
c. Tính chất hóa học
* Phản ứng tạo phức với Cu(OH)2
2C2H6O2 + Cu(OH)2 (C2H5O2)2Cu + 2 H2O
* Phản ứng với axit
Poly etylenglycoltelephtalat
Nhựa polieste dùng trong sản xuất tàu thuyền, nguyên liệu ngành xây dựng, thân máy bay, xe hơi, dệt và bao bì.
Sợi polieste thường được dùng trong ngành dệt như quần áo và thảm.
Màng polieste thường được dùng trong bao bì và màng co trong hàng hoá tiêu dùng, sản xuất băng video, đĩa vi tính.
3. Glixerol
Glixerol có nhiều ứng dụng quan trọng. Nó được dùng chế thuốc làm dịu da. Glixerol khơng có tính sát trùng nhưng ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Glixerol được dùng trong mỹ phẩm, công nghiệp dệt giữ cho sợi mềm mại đàn hồi, trong công nghiệp thuộc da (để làm mềm da), trong mực viết, mực in, trong kem đánh răng…Các ứng dụng này dựa vào tính giữ nước của glixerol, chống khơ cho các phẩm vật. Glixerol còn được dùng thụt hậu mơn (trị táo bón), thuốc nhỏ làm trơn mắt. Các tính chất này dựa vào tính nhớt của glixerol. Ứng dụng quan trọng nhất của glixerol là dùng điều chế thuốc nổ
nitroglixerin và để sản xuất chất dẻo (các polieste của glixerin).
4. Phenol
a. Lịch sử
Phenol được phát hiện vào năm 1834, khi nó được chiết xuất từ nhựa than đá, đó là nguồn chính sản xuất phenol cho đến khi ngành cơng nghiệp hóa dầu phát triển.
Các chất sát trùng mang đặc tính của phenol được sử dụng bởi Sir Joseph Lister (1827-1912) trong kỹ thuật phẫu thuật tiên phong của ông dùng chất khử trùng, mặc việc tiếp xúc liên tục với phenol gây kích ứng da. Lister đã phủ những vết thương với một miếng giẻ hoặc vải thô được ngâm trong axit carbolic (một tên khác của phenol).
thành phần chính của quả cầu khói Carbolic Ball, một thiết bị trên thị trường tại London vào thế kỷ 19 sử dụng để chống dịch bệnh cúm và các bệnh khác.
Vì rẻ tiền, dễ điều chế, gây ra cái chết nhanh chóng và êm dịu chỉ với 1 gram, phenol được sử dụng như một phương tiện giết người của Đức quốc xã trong thế chiến thứ hai từ năm 1939 đến những ngày cuối cùng của cuộc chiến. Thời kỳ đó, Zyklon-B, một phát minh của Gerhard Lenz, được sử dụng trong các phòng hơi ngạt để giết người với số lượng lớn, phát xít Đức cịn dùng phenol tiêm cho từng nạn nhân để sát hại nhóm ít người như một biện pháp tiết kiệm kinh tế. Việc tiêm phenol được áp dụng với hàng ngàn người dân trong các trại tập trung, đặc biệt là ở Auschwitz-Birkenau.
b. Tính chất
* Nhận biết phenol bằng dung dịch FeCl3
3C6H5OH + FeCl3 Fe(C6H5O)3 + 3HCl (xanh tím)
Tiến sĩ Phan Thế Đồng, giảng viên khoa Khoa học và Công nghệ, Đại học Hoa Sen, TP HCM hướng dẫn cách kiểm tra nhanh phenol trong cá như sau: Xay nhuyễn mẫu cá cần kiểm tra, hòa vào trong nước hoặc nước có cho thêm cồn, sau đó nhỏ vài giọt FeCl3 vào. Nếu xuất hiện màu xanh dương, xanh lá cây hoặc màu tím thì có thể kết luận cá có nhiễm phenol. Đây chỉ là phép thử nhanh, nếu muốn khẳng định chính xác nhiễm phenol cần phải đem mẫu đi phân tích bằng sắc ký.
c. Ứng dụng
Tiến sĩ Phan Thế Đồng, giảng viên Khoa Khoa học và Công nghệ, Đại học Hoa Sen, TP HCM, cho biết phenol là hóa chất dùng trong cơng nghiệp, có nhiều độc tính nguy hại đến sức khỏe con người nên không được phép dùng trong thực phẩm. Ơng nhấn mạnh: "Hồn tồn khơng có tiêu chu n quy định m c độ hay hàm
lư ng phenol trong thực h m, t c là ch t này khơng đư c phép có mặt trong thực h m".
5. Một số vấn đề thực tế khác có thể lồng ghép trong q trình dạy học phần Ancol – Phenol
5.1. Tại sao lượng cồn không được vượt quá 50 mg / 100ml máu, (0,25 miligam /1 lít khí thở)?
Sở dĩ Ủy ban ATGTQG yêu cầu xử phạt khi người điều khiển xe có nồng độ cồn trong máu bắt đầu từ 50mg/100ml do đây là mức nồng độ cồn trong máu bắt đầu gây nhiễm độc hệ thần kinh, tức là gây ra tình trạng chếnh chống, loạng choạng, say…
Bằng các thực nghiệm, người ta nhận thấy, khi nồng độ cồn bắt đầu vượt ngưỡng từ 50mg/100ml trở lên, nguy cơ xảy ra tai nạn giao thông bắt đầu xuất hiện do hệ thần kinh bị suy giảm khả năng điều phối chính xác.
Nồng độ cồn trong máu dao động từ 50-79mg/100ml máu, nguy cơ xảy ra tai nạn giao thơng thậm chí cịn cao hơn người khơng uống rượu bia tới 7-21 lần. Và nếu từ 80mg/100ml máu trở lên thì nồng độ cồn này đủ khả năng gây cho người điều khiển phương tiện giao thơng mất tầm kiểm sốt và có thể gây ra những vụ tai nạn giao thơng nghiêm trọng.
5.2. Nông dân sản xuất cồn khô từ trái điều
Nông dân ở huyện miền núi Tân Phú, tỉnh Đồng Nai đã chế biến thử thành công cồn khô từ trái điều - phụ phẩm nông sản thường bỏ đi sau thu hoạch, để tăng thêm thu nhập đáng kể.
Trái điều sau khi tách lấy hạt được đem rửa sạch để ráo nước, được vắt hoặc ép để lấy nước điều, sau đó cho dung dịch gelantine vào nước ép điều (với liều lượng 2gam/lít) rồi đun sơi và lọc để lấy dịch điều, cho thêm men vào dịch điều để 5 ngày sau thì chưng cất 2 lần sẽ thu được cồn 80 - 85 độ. Cuối cùng là bỏ thêm chất phụ gia vào thành cồn khô.
Tính ra chi phí để sản xuất được 11kg cồn khô từ 150kg trái điều chỉ mất khoảng 25.000 đồng, so với giá thị trường hiện nay trên 20.000 đồng/kg cồn khơ thì nơng dân thu lãi khá cao. Chính vì vậy, sản xuất cồn khơ từ trái điều sẽ mở ra cho người nông dân trồng điều ở Tân Phú cơ hội mới để tăng thêm thu nhập.
Ông Nguyễn Thanh Liêm, Giám đốc Trung tâm khuyến công Đồng Nai cho biết trung bình 1ha điều có 5 tấn trái. Nếu chưng cất được tồn bộ trái điều này sẽ có được trên 440kg cồn khô. Với giá cồn trên thị trường hiện nay trên 20.000 đồng/kg, người nơng dân trồng điều có thêm thu nhập khoảng 8 triệu đồng/ha.
Mơ hình sản xuất ra cồn điều khơ đã giúp nơng dân có thêm nguồi thu mới từ trái điều. Đặc biệt là mỗi hộ dân đều có thể tự chế biến được cồn khơ ngay tại nhà
mình. Trái điều được chưng cất thành cồn khơ khơng chỉ có lợi về kinh tế mà cịn giải quyết được ơ nhiễm mơi trường. Trước đây, khi thu hoạch hạt thì bà con vứt bỏ trái điều quanh vườn, tạo ra mùi hôi thối làm ô nhiễm môi trường.
Đây là kết quả bước đầu của việc chuyển giao công nghệ chế biến cồn khô từ trái điều của Trường đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh cho nơng dân huyện Tân Phú thông qua Trung tâm khuyến công tỉnh Đồng Nai.
Cồn khô điều hiện nay là nhiên liệu rất được ưa chuộng dùng để đun nấu ở các quán ăn, nhà hàng, khách sạn, đảm bảo an toàn cho người sử dụng, hơn hẳn so với bếp gas hoặc bếp điện trước đây (http://www.vietnamplus.vn/)
5.3. Chữa đau đầu bằng thực phẩm: Khoai tây nướng
Nếu rượu là lý do khiến bạn đau đầu thì khoai tây nướng là thực phẩm tốt nhất để chấm dứt cơn đau đầu. Trên thực tế, rượu làm cho cơ thể bị mất khoáng chất như kali. Do vậy, các loại thực phẩm giàu chất kali có thể chữa đau đầu do rượu.
( Theo báo Khoa h c - Đ i ống)
5.4. Không được ăn kèm sầu riêng với các thức uống có cồn
Bạn tuyệt đối khơng được ăn kèm sầu riêng với các thức uống có cồn như bia, rượu. Bạn có biết, sầu riêng kết hợp cùng thức uống có cồn làm tăng nguy cơ ngộ độc cho cơ thể. Cũng đã có một phụ nữ ở Thái Lan đã tử vong sau khi ăn sầu riêng và uống rượu có độ cồn cao.
Theo báo cáo của Đại học Tsukuba (Nhật Bản, 2009), trong sầu riêng có chứa một lượng lớn dầu có sulfur gây ức chế hoạt động của men aldehyd dehydrogenase, nguyên nhân dẫn đến 70% chất oxy hóa trong tế bào khơng được chuyển hóa và từ đó gây độc cho cơ thể.
Nhóm nghiên cứu của John S.Maninanga, Ma.Concepcion C.Lizadab và Hiroshi Gemma thấy rằng, trong cao chiết sầu riêng có disulfiram (tetraethylthiuram disulfide), một hợp chất hữu cơ có lưu huỳnh, có khả năng ức chế aldehyde dehydrogenase (ALDH), gây ra tình trạng tích lũy acetaldehyde (của rượu) trong cơ