Referat Alkohole

Alkohole

I.      Definition

II.           Kurzer geschichtlicher Überblick

III.       Einteilung der Alkohole

IV.        Eigenschaften

V.           Herstellung, alkoholische Gärung

VI.        Verwendung

VII.       Wirkung alkoholischer Getränke

I.      Definition

Unter Alkohol versteht der Chemiker eine Gruppe von organischen Verbindungen, die im Molekülaufbau die Hydroxyl - Gruppe, auch OH-Gruppe genannt, besitzen.

Eine solche Gruppe, die die chemischen Eigenschaften einer Stoffgruppe prägt, nennt man in der Chemie auch eine funktionale Gruppe.

II.    Kurzer geschichtlicher Überblick

Im Volksmund versteht man unter Alkohol eine trinkbare Flüssigkeit, die Rauschzustände hervorruft und in zahlreichen alkoholischen Getränken enthalten ist.

Bier und Wein sind seit tausenden von Jahren in allen Hochkulturen bekannt und akzeptiert.

Schon die alten Griechen und Römer kannten die Wirkung von Wein.

Allerdings war es im alten Rom den Frauen verboten, Wein zu trinken.

Bierrezepte kannten bereits die Sumerer im 4. Jahrtausend vor Christus.

Das Getränk war in Germanien schon vor der Römerzeit bekannt.

Die Germanen tranken es nach einer Überlieferung des römischen Schriftstellers Tacitus aus riesigen Trinkhörnern, die mit Bier und Honigmet gefüllt waren.

Sie betrieben mit den Römern Handel, lieferten Bier und erhielten dafür Gebrauchsgegenstände.

Im Mittelalter übernahmen die Mönche die Herstellungstechnik und entwickelten die Kunst des Bierbrauens.

Bekannt ist sicherlich das Reinheitsgebot, das bereits 1516 in Bayern erlassen wurde.

Dieses gebot gilt im Wesentlichen noch heute.

Es besagt, dass für das Bierbrauen nur Malz, Hefe, Hopfen und Wasser verwendet werden dürfen.

III.   Einteilung der Alkohole

Alkohole, die von den Alkanen (gesättigte Kohlenwasserstoffe) abgeleitet werden können, heißen Alkanole.

Sie erhalten den Namen des jeweiligen Alkans und dazu die Endsilbe -ol (z.B. Methan - Methanol).

Nach der Anzahl der Hydroxy- oder auch kurz OH-Gruppen kann eine Einteilung in einwertige und mehrwertige Alkohole getroffen werden.

Die einwertigen Alkohole, zu denen der allgemein bekannte, trinkbare Alkohol Ethanol gehört, besitzen nur eine Hydroxy-Gruppe.

Die allgemeine Formel der Alkanole lautet: C_nH_2n+1OH

Auf diese Weise erhält man die homologe Reihe der einwertigen Alkohole:

Methanol CH3OH, Ethanol C2H5OH, Propanol, Butanol, >>> Hecadecanol (Cetylalkohol) C16H35OH

Homologe  Reihe
Eine homologe Reihe ist eine Reihe von Verbindungen, in der sich jede Verbindung von der folgenden durch die gleiche Atomgruppe unterscheidet.

Sind in einem Molekül mehr als eine OH-Gruppe chemisch gebunden, handelt es sich um ein mehrwertiges Alkohol.

Alkohole mit zwei oder drei OH-Gruppen werden als zwei- bzw. dreiwertig (Diole/Triole) und Alkohole mit vier oder mehr OH-Gruppen allgemein als Polyalkohole (Polyole) bezeichnet.

Die wichtigsten mehrwertigen Alkohole sind Glykol und Glycerin, doch darüber hinaus gibt es auch in der Natur noch viele andere.

Auch Zucker sind mehrwertige Alkohole.

Ab dem Propanol kann zusätzlich zwischen primären, sekundären und tertiären Alkoholen unterschieden werden, je nach der Zahl derjenigen Kohlenstoffatome, die an das C-Atom gebunden sind, an dem auch die OH-Gruppe sitzt:    

             

primär (Ethanol)        sekundär (2-Propanol) tertiär (2-Methyl-2Propanol)

IV.   Eigenschaften

Die einwertigen primären Alkohole mit 1-3 C-Atomen sind alle leichtbewegliche Flüssigkeiten, die mit Wasser leicht mischbar sind, diejenigen mit 4-12 Kohlenstoffen präsentieren sich als ölige Flüssigkeiten und sind mit Wasser fast nicht mehr mischbar, die höheren Alkohole sind bei Raumtemperatur fest, geruchlos, wachsähnlich und nur noch in organischen Lösungsmitteln löslich.

Mehrwertige Alkohole sind mit Wasser besser mischbar, ihre Süßigkeit steigt im allgemeinen mit der Anzahl der OH-Gruppen.

Die Siedepunkte der primären Alkohole können mit der Zahl der OH-Gruppen mal 100°C angenähert werden, wobei auch mit jedem zusätzlichen C-Atom der Siedepunkt um durchschnittlich 19°C steigt und Ethanol C H OH bei 78°C liegt. Die sekundären und tertiären Alkohole besitzen tiefere Siedepunkte als die primären.

Für den Chemiker präsentieren sich die Alkohole als sehr reaktionsfähig, wobei sich auch deutliche Unterschiede zwischen primären, sekundären und tertiären Alkoholen zeigen.Als eine der wichtigsten Alkoholreaktionen gilt die Oxydation (chemische Reaktion eines Stoffes, in der Regel mit Sauerstoff), die bei primären Alkoholen zweimal (Zwischenstufe: Aldehyd, Endprodukt: Carbonsäure), bei sekundären einmal (zum Keton) und bei tertiären nicht möglich ist.

Eine Zusammenfassung wichtiger Eigenschaften einiger Alkohole zeigt nachfolgende Tabelle:

Siedepunkt
Der Siedepunkt stellt die Bedingungen (Siedetemperatur und Siededruck)dar, welche beim Phasenübergang eines Stoffes von der flüssigen in die gasförmige Phase vorliegen, was man als Sieden oder Verdampfen bezeichnet.

Schmelzpunkt
Als Schmelztemperatur bezeichnet man die Temperatur, bei der ein Stoff schmilzt, das heißt vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Die Schmelztemperatur ist abhängig vom Stoff, im Gegensatz zur Siedetemperatur aber nur sehr wenig vom Druck (Schmelzdruck). Schmelztemperatur und Druck werden zusammen als Schmelzpunkt bezeichnet.

V.     Herstellung, alkoholische Gärung

Der trinkbare Alkohol wird durch alkoholische Gärung gewonnen.

Alkohole für technische Zwecke gewinnt man durch Anlagerung von Wasser an Ethen (-->Ethanol), aus Synthesegas (-->Methanol) oder durch eine Oxosynthese (z.B. Propanol oder -->Cetylalkohol).

Beim letzteren Verfahren bringt man Ethen oder Propen  mit Synthesegas (Kohlenstoffmonoxid-Wasserstoff-Gemisch) mit Hilfe eines Katalysators zur Reaktion.

Im Folgenden möchte ich kurz auf die alkoholische Gärung eingehen: Unter einer Gärung versteht man die Umwandlung von organischen Stoffen durch Enzyme oder Mikroorganismen.

Dabei wandeln sich die Stoffe zu Verbindungen mit einfacherem Molekülbau um.

Es existieren verschiedene Gärungsformen, die nach dem entstehenden Produkt benannt werden.

Die Gärung ist wie die Atmung ein Stoffwechselvorgang, der Energie frei setzt. 
Das Prinzip der Herstellung von trinkbarem Alkohol ist schon seit dem Altertum bekannt.

Die alkoholische Gärung findet überall in der Natur statt, wenn aufgeplatztes Obst oder süße Säfte bestimmten Bedingungen ausgesetzt werden.

Bei technischen Prozessen muss das Ausgangsmaterial oft zuerst verzuckert werden.

Bierherstellung
Bei der Bierherstellung werden Gerstenkörner zunächst einer Quellung und Keimung ausgesetzt. Vorhandene Enzyme (Amylasen) wandeln dabei die Stärke in Zucker um.

Auf diese Weise erhält man das zuckerhaltige Malz, das die Bierhefen vergären kann.
Die Vergärung von Zuckern (Glucose, Fructose, Maltose) zu Ethanol wird von Hefepilzen und Hefeenzymen gesteuert.

Diese kommen praktisch überall in der Luft vor. Bei der Bierherstellung werden sie zusätzlich hinzugefügt.

Gärungen können bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden.

Vereinfacht lässt sich die alkoholische Vergärung von Traubenzucker durch folgende Reaktionsgleichung beschreiben:

Glucose (Traubenzucker) ---Hefeenzyme---> Ethanol  +  Kohlenstoffdioxid

C₆H₁₂O₆    ---Hefeenzyme--->    2 C₂H₅OH  +  2 CO₂  

Das entstehende Kohlenstoffdioxid bewirkt ein Aufschäumen während der Gärung.

Bei der Bierherstellung verfärbt sich dieser Schaum durch Verunreinigungen nach und nach bräunlich. Danach unterzieht man das Produkt noch einer Nachgärung, die bis zu 4 Monaten dauern kann, während die Hauptgärung nach 8-10 Tagen abgeschlossen ist.

Bei obergärigen Bieren findet die Gärung bei 12-15°C statt, bei untergärigen Bieren bei 5-10°C.

Weinherstellung Bei der Weinherstellung werden die Trauben zunächst zu einem Brei zerquetscht.

Man erhält eine 'Maische', die je nach Weinsorte gepresst oder von den Hülsen und Schalen befreit wird. Der gepresste Traubensaft wird als 'Most' bezeichnet.

Er gelangt in großen Behältern zur Gärung.

Die meist metallenen Behälter sind oben luftdicht mit einem wassergefüllten Gährrohr verschlossen, so dass das entstehende Kohlenstoffdioxid entweichen kann.

Nach der Haupt- und der Nachgärung wird der entstandene Wein von der Maische abgetrennt und nach einer Schwefelung für längere Zeit unter Luftabschluss bei 10-15°C gelagert.

Bei dieser 'Kellerbehandlung' entwickelt der Wein sein erwünschtes Aroma.
 
Die Menge an gebildetem Ethanol hängt vom Zuckergehalt der Ausgangslösung und von der Alkoholkonzentration ab, die die Hefeenzyme gerade noch ertragen können, ohne die Gärung einzustellen. Daher können Biere mit einem Alkoholgehalt von mehr als 6 Volumenprozent und Weine mit mehr als 16% Alkohol nicht mehr durch Gärung hergestellt werden.

Eine Konzentration des Alkohols, z.B. bei der Herstellung eines Weinbrandes oder einer anderen Spirituose, erhält man durch Destillation.

Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, um ein flüssiges Gemisch verschiedener ineinander löslicher Stoffe zu trennen.

Die Siedepunkte der einzelnen Komponenten liegen hierbei relativ nah zusammen.

Typische Anwendungen der Destillation sind wie schon gesagt das Brennen von Alkohol und das Destillieren von Erdöl in der Raffinerie.

VI.      Verwendung

Alkohole spielen heute in der Chemie eine vielfältige Rolle. Alkohole sind wichtige Zwischenprodukte in der chemischen Industrie. Mit Alkansäuren entstehen Ester, die als Geruchs- und Geschmacksstoffe in der Lebensmittel- und Parfümindustrie verwendet werden, z.B. Essigsäureethylester. Alkohole dienen auch als Lösungsmittel für Farben und Lacke (alle kurzkettigen Alkohole) oder für die Duftstoffe bei der Parfümherstellung (Ethanol). Durch Oxidation erhält man Aldehyde und Ketone (s.o.) oder Alkansäuren, z.B. Essigsäure. Alkohole eignen sich auch als Treibstoffe für Kraftfahrzeuge oder Raketen. Die V2-Rakete im 2. Weltkrieg verbrannte in 70 Sekunden 3500kg Ethanol mit 5250kg Sauerstoff. Mehrwertige Alkohole finden sich z.B. in Hautcremes (Glycerin) oder in Frostschutzmitteln (Ethylenglycol).
Ja und schließlich hat Alkohol als Getränk in vielfältiger Form eine große Bedeutung und Verbreitung.

VII. Wirkungen alkoholischer Getränke Alkohol gehört zu den wenigen Stoffen, die direkt ins Blut gehen.

So ist es möglich, das Alkohol schon wenige Sekunden nach dem ersten Schluck "in den Kopf steigt".

In den nächsten 30 Minuten wird der größte Teil des Alkohols vom Blut aufgenommen und im ganzen Körper verteilt.

Die Wirkung des Alkohols in Abhängigkeit von der getrunkenen Menge zeigt die folgende Tabelle:

Quelle: Schulbuch Chemie 10 II/III

Der Genuss einer bestimmten Alkoholmenge kann bei verschiedenen Personen unterschiedliche Wirkungen zeigen.

Die Auswirkungen lassen sich auch nicht genau vorhersagen.

Sie hängen z.B, vom Körpergewicht ab, aber auch von der Gewöhnung und von der augenblicklichen Verfassung des Trinkenden.

So kann schon eine Alkoholmenge die normalerweise keine Wirkung zeigt, auf nüchternen Magen oder nach körperlicher Verfassung zu schweren Auswirkungen führen.

Besondere Gefahren des Alkohols bestehen in der Beeinträchtigung der richtigen Selbsteinschätzung und in möglichen gesundheitlichen Schäden.

Regelmäßiger Alkoholkonsum kann zur Sucht und Abhängigkeit, also zur Alkoholkrankheit führen.

Da Alkohol in Leber und Nieren abgebaut wird, kann er zu schweren Leber- und Nierenschäden führen. Aber auch andere Organe sind gefährdet, so treten z.B. häufig auch Gelenk- und bleibende Gehirnschäden sowie Nervenentzündungen auf.