Éthanol

Éthanol
Molécule d'éthanol
Général
Nom IUPAC	Éthanol
Synonymes	alcool éthylique EtOH
No CAS	64-17-5
No EINECS	200-578-6
Code ATC	AE06, D08AX08, AB16, AZ01
DrugBank	DB00898
PubChem	702
ChEBI	16236
No E	E1510
FEMA	2419
SMILES	CCO PubChem, Vue 3D
InChI	InChI : Vue 3D InChI=1/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3
Apparence	liquide incolore, d'odeur caractéristique[1].
Propriétés chimiques
Formule brute	C2H6O  [Isomères]
Masse molaire[3]	46,0684 ± 0,0023 g·mol-1 C 52,14 %, H 13,13 %, O 34,73 %,
Moment dipolaire	1,66 D [2]
Diamètre moléculaire	0,469 nm [2]
Propriétés physiques
T° fusion	-117 °C[1]
T° ébullition	79 °C[1]
Solubilité	dans l'eau : miscible[1], Complète dans les solvants polaires et apolaires (acétone, éther diéthylique)
Masse volumique	$D^{20}_{4}$ 0,789 [4] équation[5] : $\rho=1.648/0.27627^{(1+(1-T/513.92 )^{ 0.2331 })}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 159,05 à 513,92 K. Valeurs calculées : 0,78592 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 159,05 -114,1 19,413 0,89434 182,71 -90,44 19,05076 0,87765 194,54 -78,61 18,86494 0,86909 206,37 -66,78 18,67566 0,86037 218,2 -54,96 18,48269 0,85148 230,02 -43,13 18,28579 0,84241 241,85 -31,3 18,0847 0,83314 253,68 -19,47 17,87911 0,82367 265,51 -7,64 17,66869 0,81398 277,34 4,19 17,45306 0,80404 289,17 16,02 17,23177 0,79385 301 27,85 17,00435 0,78337 312,83 39,68 16,77023 0,77259 324,66 51,51 16,52874 0,76146 336,49 63,34 16,27911 0,74996 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 348,31 75,16 16,02046 0,73805 360,14 86,99 15,75168 0,72566 371,97 98,82 15,47147 0,71276 383,8 110,65 15,17823 0,69925 395,63 122,48 14,86995 0,68504 407,46 134,31 14,54406 0,67003 419,29 146,14 14,19722 0,65405 431,12 157,97 13,82491 0,6369 442,95 169,8 13,4208 0,61828 454,78 181,63 12,97555 0,59777 466,6 193,45 12,47439 0,57468 478,43 205,28 11,89156 0,54783 490,26 217,11 11,17424 0,51479 502,09 228,94 10,17532 0,46877 513,92 240,77 5,965 0,2748
T° d'auto-inflammation	423 à 425 °C; 363 °C (selon les sources)[4]
Point d’éclair	coupelle fermée : 13 °C pur 17 °C 95 %vol. 21 °C 70 %vol. 49 °C 10 %vol. 62 °C 5 %vol[4].
Limites d’explosivité dans l’air	Inférieure : 3,5 %vol [6] Supérieure : 15 %vol [6]
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 5,8 kPa[1] équation[5] : $P_{vs}=exp(74.475+\frac{-7164.3}{T}+(-7.327) \times ln (T) + (3.1340E-6) \times T^{2})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 159,05 à 513,92 K. Valeurs calculées : 7 927,72 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 159,05 -114,1 4,8459E-4 182,71 -90,44 0,06 194,54 -78,61 0,43 206,37 -66,78 2,32 218,2 -54,96 10,29 230,02 -43,13 38,45 241,85 -31,3 124,31 253,68 -19,47 355,16 265,51 -7,64 912,4 277,34 4,19 2 138,17 289,17 16,02 4 625,74 301 27,85 9 331,7 312,83 39,68 17 703,54 324,66 51,51 31 813,41 336,49 63,34 54 486,5 T (K) T (°C) P (Pa) 348,31 75,16 89 412,82 360,14 86,99 141 232,62 371,97 98,82 215 588,28 383,8 110,65 319 139,45 395,63 122,48 459 541,39 407,46 134,31 645 389,65 419,29 146,14 886 136,88 431,12 157,97 1 191 988,81 442,95 169,8 1 573 787,32 454,78 181,63 2 042 888,49 466,6 193,45 2 611 042,71 478,43 205,28 3 290 283,1 490,26 217,11 4 092 827,17 502,09 228,94 5 030 995,29 513,92 240,77 6,1171E6
Viscosité dynamique	1,20 10-3 Pa·s à 20 °C
Point critique	240,85 °C, 6,14 MPa, 0,168 l·mol-1[7]
Vitesse du son	1 162 m·s-1 à 20 °C [8]
Thermochimie
S0liquide, 1 bar	159,86 J/mol·K[9]
ΔfH0gaz	− 235,3 kJ/mol
ΔfH0liquide	− 277,0 kJ/mol[10]
Cp	111 J·K-1·mol-1 équation[5] : $C_{P} = (102640) + (-139.63) \times T + (-3.0341E-2) \times T^{2} + (2.0386E-3) \times T^{3}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 159,05 à 390 K. Valeurs calculées : 112,342 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 159,05 -114,1 87 870 1 907 174 -99,15 88 165 1 914 182 -91,15 88 512 1 921 189 -84,15 88 929 1 930 197 -76,15 89 541 1 944 205 -68,15 90 304 1 960 212 -61,15 91 099 1 977 220 -53,15 92 160 2 000 228 -45,15 93 389 2 027 236 -37,15 94 793 2 058 243 -30,15 96 170 2 088 251 -22,15 97 918 2 125 259 -14,15 99 859 2 168 266 -7,15 101 720 2 208 274 0,85 104 039 2 258 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 282 8,85 106 569 2 313 289 15,85 108 960 2 365 297 23,85 111 901 2 429 305 31,85 115 071 2 498 313 39,85 118 476 2 572 320 46,85 121 652 2 641 328 54,85 125 514 2 724 336 62,85 129 629 2 814 343 69,85 133 442 2 897 351 77,85 138 048 2 997 359 85,85 142 925 3 102 366 92,85 147 419 3 200 374 100,85 152 821 3 317 382 108,85 158 511 3 441 390 116,85 164 500 3 571 équation[11] : $C_{P} = (27.091) + (1.1055E-1) \times T + (1.0957E-4) \times T^{2} + (-1.5046E-7) \times T^{3} + (4.6601E-11) \times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 66,172 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 100 -173,15 39 096 849 193 -80,15 51 492 1 118 240 -33,15 58 009 1 259 286 12,85 64 463 1 399 333 59,85 71 071 1 543 380 106,85 77 638 1 685 426 152,85 83 972 1 823 473 199,85 90 305 1 960 520 246,85 96 456 2 094 566 292,85 102 265 2 220 613 339,85 107 953 2 343 660 386,85 113 368 2 461 706 432,85 118 384 2 570 753 479,85 123 204 2 674 800 526,85 127 708 2 772 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 846 572,85 131 806 2 861 893 619,85 135 678 2 945 940 666,85 139 238 3 022 986 712,85 142 434 3 092 1 033 759,85 145 421 3 157 1 080 806,85 148 151 3 216 1 126 852,85 150 602 3 269 1 173 899,85 152 914 3 319 1 220 946,85 155 070 3 366 1 266 992,85 157 074 3 410 1 313 1 039,85 159 063 3 453 1 360 1 086,85 161 047 3 496 1 406 1 132,85 163 044 3 539 1 453 1 179,85 165 206 3 586 1 500 1 226,85 167 564 3 637
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	10,43 ± 0,05 eV (gaz)[12]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace	Pc [13]
Paramètres de maille	a = 5,377 Å b = 6,882 Å c = 8,255 Å α = 90,00 ° β = 102,20 ° γ = 90,00 ° Z = 4 [13]
Volume	298,57 Å3 [13]
Densité théorique	1,025 [13]
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$\textit{n}_{D}^{25}$ 1,3594 [2]
Précautions
Directive 67/548/EEC[15]
F
Numéro index : 603-002-00-5 Classification : F; R11 Symboles : F : Facilement inflammable Phrases R : R11 : Facilement inflammable. Phrases S : S2 : Conserver hors de portée des enfants. S7 : Conserver le récipient bien fermé. S16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles - Ne pas fumer.
Phrases R : 11,
Phrases S : 2, 7, 16,
Transport
33    1170    Code Kemler : 33 : matière liquide très inflammable (point d'éclair inférieur à 21°C) Numéro ONU : 1170 : ALCOOL ÉTHYLIQUE contenant plus de 24 pour cent d’éthanol, par volume; ALCOOL ÉTHYLIQUE EN SOLUTION contenant plus de 24 pour cent d’éthanol, par volume; ÉTHANOL contenant plus de 24 pour cent d’éthanol, par volume; ou ÉTHANOL EN SOLUTION contenant plus de 24 pour cent d’éthanol, par volume Classe : 3 Étiquette : 3 : Liquides inflammables Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses;
NFPA 704
3 2 0
SGH[16],[17]
Danger H225, P210, H225 : Liquide et vapeurs très inflammables P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer.
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme[14]
Inhalation	ébriété, nausée, vomissements
Peau	aucun effet
Yeux	dangereux
Ingestion	ébriété, nausée, vomissements, coma éthylique (pouvant entraîner la mort)
Écotoxicologie
DL50	5 à 20 g·kg-1[4]
CL50	20 000 à 30 000 ppm pendant 4 à 6 heures[4]
LogP	-0,32[1]
Seuil de l’odorat	bas : 49 ppm haut : 716 ppm[18]
Données pharmacocinétiques
Métabolisme	au niveau du foie en aldéhyde acétique puis acide acétique, à ~100 mg·kg-1 par heure[4]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L’éthanol, ou alcool éthylique, est un alcool primaire, possédant la structure semi-développée suivante : CH₃-CH₂-OH. En chimie, l’éthanol est usuellement désigné par l’abréviation EtOH. C’est un liquide incolore, miscible à l'eau en toutes proportions.

Dans la vie courante, il est souvent simplement appelé « alcool », car l'éthanol est l'alcool qui se retrouve dans toutes les boissons alcoolisées. Dans la pharmacopée européenne, "éthanol" désigne l’éthanol absolu, c'est-à-dire pur à 100 % (sans eau), en opposition à l'éthanol à 95 % ou 70 % que l'on trouve en pharmacie. À cela, s'ajoute la qualité "alcool Ph. Eur." (Pharmacopée européenne) qui désigne une qualité d'éthanol dont on a quantifié de nombreuses traces et impuretés. La norme Pr Eur autorise un certain pourcentage d'eau (4 %). Ses synonymes sont esprit de vin, alcool de grain. L'alcoolisme est la consommation excessive de boissons contenant de l'éthanol.

Historiquement, l'éthanol a été produit par fermentation directe de sucres naturels : la production de vin ou de bière fermentée est attestée dans l'empire babylonien dès 3000 av. J.-C. Les premières obtentions pures sont probablement^[évasif] dues aux alchimistes perses ^{[réf. nécessaire]} qui développèrent l'art de la distillation au VIII^e et IX^e siècle de l'ère chrétienne.

On le fabrique aussi industriellement par hydratation de l'éthylène.

L'éthanol est utilisé comme intermédiaire de synthèse dans l'industrie chimique et comme solvant. C'est aussi un désinfectant. Il a été utilisé pour la conservation de la viande.

En Amérique du Sud et surtout au Brésil, certaines essences disponibles à la pompe peuvent comporter jusqu'à 20 % d'éthanol et portent le nom d’ethanol blend.

En France, le gouvernement a lancé officiellement fin 2006 l'E85, un mélange de 85 % d'éthanol et de 15 % d'essence comme biocarburant. Il est disponible dans plusieurs centaines de stations-service depuis la fin de l'année 2007. Un mélange E10 avec 10 % d'éthanol est disponible depuis avril 2009.

Propriétés physiologiques

La prise de boissons alcoolisées entraine différents effets. Cela peut créer une dépendance ce qui classe l'éthanol dans les drogues. Celle-ci serait la plus nocive des drogues pour les sociétés^[19].

Article détaillé : boisson alcoolisée#Physiologie.

Mécanismes neurologiques

L'éthanol interagit avec différents types de récepteurs dans les synapses : récepteurs au GABA, à la sérotonine,l'acétylcholine, au glutamate, récepteur NMDA^[20].

Utilisation médicale

L'éthanol absolu est parfois injecté dans des tumeurs afin de provoquer leur nécrose. Il n'a toutefois pas une activité ciblée puisqu'il provoque indifféremment la nécrose des tissus sains et cancéreux.

L'éthanol est aussi utilisé comme antidote dans le cas d'intoxication au méthanol ou à l'éthylène glycol (antigel), afin de saturer l'ADH (alcool déshydrogenase)

Production et synthèse

Par hydratation catalytique directe de l'éthylène

La synthèse de l'éthanol par hydratation de l'éthylène repose sur la réaction suivante :

$\mathrm{C_2H_4}\ _\mathrm{(g)} + \mathrm{H_2O}\ _\mathrm{(g)} \leftrightarrow \mathrm{C_2H_5OH} \ _\mathrm{(g)}\,$

La variation d'enthalpie liée à cette réaction est Δ_RH = − 43,4 kJ·mol^−1[21]. Pour obtenir un rendement à l'équilibre satisfaisant (usuellement compris entre 7 % et 22 %), cette réaction nécessite d'être catalysée. La majorité des catalyseurs décrits dans la littérature technique présentent un caractère acide. On citera notamment l'acide phosphorique et l'acide silicotungstique. Ces catalyseurs imprègnent généralement un support poreux.

Le produit final de l'hydratation de l'éthylène est un mélange contenant entre 10 % et 25 % d'éthanol en poids. Des distillations successives seront donc nécessaires pour obtenir un mélange plus concentré. Au final, les conditions optimales pour la réalisation de cette réaction d'hydratation dépendent grandement du catalyseur utilisé, des caractéristiques du réacteur et des qualités du produit de départ.

Par hydratation indirecte de l'éthylène

La production d'éthanol par hydratation indirecte de l'éthylène fait intervenir un mécanisme réactionnel plus complexe avec deux grandes étapes : un ensemble de réactions d'estérification puis d'hydrolyse. Ce procédé consomme de grandes quantités d'acide sulfurique et nécessite en entrée un mélange gazeux de bonne qualité.

Production d'éthanol à partir de la biomasse

Dans ce cas, on parle de bioéthanol. La majorité du bioéthanol produit aujourd'hui provient du traitement des plantes sucrières (betterave, canne à sucre, …) ou des céréales (maïs, blé, …). La production de bioéthanol à partir de la biomasse se divise sommairement en trois étapes.

• L'hydrolyse de la céréale : contrairement aux plantes sucrières qui donnent du sucre directement, il est nécessaire d'hydrolyser l'amidon (polymère du glucose) contenu dans les céréales afin d'obtenir du glucose. Cette hydrolyse peut se faire par des enzymes (hydrolyse enzymatique) ou par de l'acide (hydrolyse acide, nécessite que le mélange soit porté à ébullition).
• La fermentation du glucose : on utilise pour cette étape des levures que l'on insère dans un mélange de sucre et d'eau. La durée de fermentation varie mais tourne aux alentours de quelques semaines. A l'issue de cette étape on obtient un éthanol très dilué, inutilisable pour l'instant.
• La distillation : pour extraire l'éthanol du mélange d'éthanol et d'eau on peut procéder à une distillation fractionnée. Cette distillation s'appuie sur la température d'ébullition de l'éthanol, inférieure à celle de l'eau. Le mélange appelé parfois alcoolat est porté à ébullition, et l'éthanol s'évapore avant que l'eau ne commence à bouillir. En pratique, une certaine proportion d'eau et de produits plus volatiles que l'éthanol entrent dans le liquide obtenu après la première distillation qu'on appelle parfois flegme, la flegmasse étant le résidu de cette distillation. D'autre part, de multiples distillations ne permettent pas d'obtenir un éthanol à plus de 96 % car il forme avec l'eau un azéotrope (96 %, PE:78,17 °C^[22]). Pour obtenir de l'éthanol plus pur, il faut déshydrater l'azéotrope, par exemple en le distillant sur CaO. Si le point azéotropique est dépassé, les distillations sont de nouveau opérationnelles.

D'autres filières existent cependant, notamment la production de bioéthanol (dit bioéthanol cellulosique) à partir de déchets végétaux (sciure de bois, paille de blé, emballages, …). En effet ces produits contiennent de grandes quantités de cellulose, un autre polymère du glucose. Le problème réside dans l'hydrolyse de la cellulose, difficilement réalisée à ce jour. Le procédé le plus élaboré dans ce domaine est actuellement celui développé par l'entreprise canadienne Iogen Corporation.

Propriétés physico-chimiques

L'eau en faible proportion forme un azéotrope avec l'éthanol et au-delà de 96 % de pureté en EtOH, il devient très difficile de les séparer. Les proportions du mélange varient en fonction de la température et de la pression^[23].

pression	température	fraction molaire d'éthanol
0,1 MPa	78,35 °C	0,894
0,344 MPa	112,6 °C	0,882
0,689 MPa	135,7 °C	0,874
1,378 MPa	164,2 °C	0,862
2,068 MPa	182,6 °C	0,852

Notes et références

1. ↑ ^{a, b, c, d, e et f} ETHANOL (ANHYDRE), fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
2. ↑ ^{a, b et c} (en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd, 1999, 239 p. (ISBN 978-0-471-98369-9) (LCCN 98018212) 
3. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk.
4. ↑ ^{a, b, c, d, e et f} Fiche toxicologique FT 48 de l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS), publiée en 2007
5. ↑ ^{a, b et c} (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 978-0-07-049841-9) (LCCN 96051648), p. 2-50 
6. ↑ ^{a et b} Kohn-Birett
7. ↑ (en) Claudio A. Faúndez et José O. Valderrama, « Activity Coefficient Models to Describe Vapor-Liquid Equilibrium in Ternary Hydro-Alcoholic Solutions », dans Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 17, n^o 2, avril 2009, p. 259-267 [lien DOI (page consultée le 25 janvier 2010)] 
8. ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, 1^er juillet 2010, 91^e éd., 2610 p. (ISBN 9781439820773) [présentation en ligne], p. 14-40 
9. ↑ Haida, O.; Suga, H.; Seki, S., Calorimetric study of the glassy state. XII. Plural glass-transition phenomena of ethanol, J. Chem. Thermodynam., 1977, 9, 1133-1148.
10. ↑ Chao, J.; Rossini, F.D., Heats of combustion, formation, and isomerization of nineteen alkanols, J. Chem. Eng. Data, 1965, 10, 374-379.
11. ↑ (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996 (ISBN 978-0-88415-857-8) (LCCN 96036328) 
12. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, 17 juin 2008, 89^e éd., 2736 p. (ISBN 9781420066791) [présentation en ligne], p. 10-205 
13. ↑ ^{a, b, c et d} Ethanol sur www.reciprocalnet.org. Consulté le 12 décembre 2009
14. ↑ IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations globales de la cancérogénicité pour l'homme, Groupe 1 : Cancérogènes pour l'homme » sur http://monographs.iarc.fr, CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
15. ↑ ESIS. Consulté le 6 décembre 2008
16. ↑ Numéro index 603-002-00-5 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
17. ↑ SIGMA-ALDRICH
18. ↑ Ethyl alcohol sur hazmap.nlm.nih.gov. Consulté le 14 novembre 2009
19. ↑ L'alcool plus dangereux que le crack , LEMONDE.FR avec AFP | 01.11.10
20. ↑ Cours de neurobiologie de l'UM2 schwann.free.fr
21. ↑ La méthodologie de détermination de cette valeur peut être trouvée entre autres dans la référence suivante : Chem. Abstr. 58 (1963) 6660g (en).
22. ↑ http://pedagogie.ac-montpellier.fr:8080/disciplines/scphysiques/academie/ABCDORGA/Famille/Produit/ethanol.html
23. ↑ Jean Vidal, Thermodynamique: application au génie chimique et à l'industrie pétrolière, Paris, TECHNIP, 1997, 500 p. (ISBN 978-2-7108-0715-5) (LCCN 97194455) [lire en ligne (page consultée le 10 février 2010)], p. 181 

Annexes

Molécule en 3D et en rotation Rouge : Oxygène, Gris : Carbone, Blanc : Hydrogène

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Éthanol », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

Articles connexes

Autres alcools :

• Méthanol
• Propanol
• Butanol
• Alcool

Usages :

• Alcool absolu
• Boisson alcoolisée
• Alcoolature
• Bioéthanol

Divers :

• Calcul des titres et des volumes d'alcools

Liens externes

• ONG spécialisée sur les impacts sociaux et environnementaux
• Liste des départements dont les points de vente proposent du Super Ethanol E85 (avec tarifs mis à jour), sur le site du Ministère de l'économie et des finances français