Rapport om Alkohol: Gæring og Destillering af Ethanol

Side 1

STX 2.g

STX 2.g

Formål:

At fremstille ethanol ved gæring, påvise CO

2 udvikling under gæringen og destillere ethanol fra en opløsning.

Teori:

Gæring:

Ethanol fremstilles af visse carbonhydrater (kulhydrater) ved gæring. Ethanol anvendes som opløsningsmiddel og som udgangsstof ved fremstilling af andre organiske stoffer.

Glucose, også kaldt druesukker C

6 12 6

H

O

, kan af levende gærceller omdannes til ethanol

C H OH.

2 5

Denne proces udnytter man til fremstilling af vin, øl og biobrændsel.

C H O + H O → 2 C H O → 4 C H OH + 4 CO

12 22 11 2 6 12 6 2 5 2

Vinindeholder ca. 12 Vol% ethanol. Ethanolindholdet kan ikke komme højere op ved en gæring, fordi gærsvampene ikke kan tåle et højere ethanolindhold.

Spirtus som f.eks. snaps, whisky og cognac indeholder ca. 40 Vol% ethanol, disse drikkevarer fremstilles ved gæring med en destillitaion metode efter.

En gæring stopper ikke før alt gæret er brugt op. Man skal bregne procent massen af den før man er sikker på at alt gæret er brugt op. Hvis man har en procent masse på under 14% så er alt sukkeret brugt op, hvis den er over så det stadig ikke brugt op.

Man benytter mættet kalkvand for at påvisning af CO

2

, dvs en mættet opløsning af calciumhydroxid Ca(OH)

2 2

. Når man leder CO

(g) gennem det mættede kalkvand, vil der nemlig udfældes det tungtopløselige calciumcarbonat (kalk) CaCo (s).

3

CO (g) + Ca(OH) (aq) → CaCO (S) + H O

2 2 3 2

Det mættede kalkvand Ca(OH) vi skal bruge, skifter farve fra blå til gul under gæringen.

2

Side 2

𝐈𝐧^{−} + 𝐇^{+} → 𝐇𝐈𝐧

In^{-} er det blå indikator, når det får en H^{+} (Hydron) sker der en farveskift fra blå til gul.

Når der er overskud af kuldioxid bliver der en ligevægt:

CO (aq) + H O → H CO

2 2 2 3

H CO + 2H O → 2H O^{+} + CO^{2-}

2 3 2 3 3

Destillationen:

Den gærede væske indeholder vand, ethanol og gæringsrester. Disse rester fjerner vi vha.

destillation. Destillationen sker ved, at vi opvarme væsken, hvorefter vandet og ethanolen begynder med at fordampe.

Destillation er en metode til at adskillelse af væske eller fastestoffer med forskellige kogepunkter. Ethanolens kogepunkt er 78,3°og vandskogepunkt er 100°.

Denne adskillelse forgår ved at opvarme den blandning vi skal bruge i en beholder, indtil stofferne fordamper. Dampen afkøles til fortætning. Fortætning er et stofs overgang fra luft form til flydende tilstand. Når damp afkøles eller sammenpresses ud over mætningspunktet.

Væsken der har det laveste kogepunkt, har størts tendens til at gå til gasform, dvs den fordamper. I vores tilfælde har ethanol det laveste kogepunkt.

Når vi begynder opvarmningen, dannes gasbobler inde i væskeblandningen. Gasserne vil stige op ad, og vende tilbage i kolben igen ved fortætning. Efter et stykke tid er temperaturen af gassen i destillationshovedet steget til dens kogepunkt for et af stofferne i blandingen. Dette stofs temperatur aflæses med det samme på termometeret.

Gassen vil trænge frem til svalen, som afkøles med koldt vand, derefter fortættes gassen til væske, som samler sig i et forlag til sidst. Vores temperatur holder sig konstant, indtil der ikke findes mere af dette stof i blandingen. Væsken i vores forlaget kaldes destillatet. Når vi fortsætter destillationen vil det næste stof i blandingen som har et lavt kogepunkt begynde at destillere. Hvis der i blandingen har været fastestoffer som fx sukker i vores forsøg vil dette stof blive liggende i kolben efter destillationen.

Side 3

Densitetsberegning:

Fordi ethanol har en lidt lavere densitet end vand, er det muligt at bestemme ethanolindhold vha. densitetsberegninger. Ved beregning af denne densitet, d kan en tilhørende

                                                              m
volumenprocent af ethanol findes i vores tabel. Densitet er givet ved ρ =
                                                              V

Hvor m og V er sammenhørende værdier af masse og volumen.

Volumenmålinger er en del usikre målninger end massemålinger, så derfor er det muligt ved at beregne den relative densitet, d, at finde indholdet af ethanol.

Densiteten bestemmes ved, at veje præcis samme volumen af vand og af opløsningen, hvorefter d er lig med forholdet mellem masserne.

g/mL 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,86 0,85 0,82 0,80

Vol% 14,0 23,3 31,7 38,5 44,7 50,0 54,9 59,5 63,8 68,2 72,2 79,5 83,2 92,5 100

Mængdeberegniner:

Vi skal bruge følgende formel for beregnelse af stofmængde af de forskellige stoffer vi har i vore blanding:

𝐧 =

𝐦

𝐌_{𝐰}

⮚ n, er stofmængden af stoffet.

⮚ m, er massen af det brugte stof.

⮚ 𝐌_{𝐰}, er mollarmassen af stoffet. Som findes ved hjælp af det periodiskesystem.

Side 4

For beregnelse af massen:

𝒎 = 𝐌_{𝐰} ∙ 𝒏

For beregnelse af mollarmassen:

Bruges det periodiskesystem eller denne følgende formel

𝐌_{𝐰} =

𝒎 𝒏

Man kan også beregne den mollær koncentration af ethanol, det gør man ved brug af formlen:

𝐂_{𝐌} =

𝐧

𝐕

Materialer til brug af Gæringen: o En konisk kolbe o En vægt o Prop til kolben o Gummislange o Glasrør o Mættet kalkvand Ca(OH)

2 o 50 g glucose o 200 g lunket vand (ca 23-30℃) o 5 g smuldret gær o 5 dråber Substral gødning.

Materialer til brug af destilliation: o Stativ o Klemme o Holder til at fastholde opstillingen o En kolbe med slib o Termometer o Varmekappe o Svalerør o Destilat

Side 5

Fremstillingsmåden:

Fresmstillingen af gæring:

Vi sætter først 50 gram glucose i den koniske kolbe derefter sætter vi 200g lunket vand i kolben, 5 g smuldret gær og 5 dråber Substral gødning. Vi vejer det hele sammen på en vægt, og skriver resultatet ned. Derefter sætter vi prop og vandlås og vejer det igen. Samt ned skrivning af resultater. Derefter sætter vi glasrøret i et cylinderglas med mættet kalkvand.

Fremstilling af Distillationen:

Vi starter med at hælde halvdelen af vore gæring ud, vi skal nemlig kun bruge 100mL.Derefter fyldes en kolbe medslib halvt med mask og tilsættes lidt pimpsten for at luftarter og vanddamp ikke stødkoges. Kolben bringes i varmekappen og opvarmingen begynder. Indtil væsken kommer i kog varmes kraftigt, dernæst skrues ned og vi sørger for at temperaturen holdes under 80°. Ethanols kogepunkt er nemlig som sagt før 78,3°, og det er bedst at temperaturen er tæt på det. Vi samler vores destillation i en ren beholder og kan derefter slukke når vi ca har fået 10-20 mL.

Side 6

Resultatsbehandling for den teoretiskeværdi:

Saccharose Vand Glucose Etanol Kuldioxid

C H O H O 2C H O 4CH CH OH 4CO

12 22 11 2 6 12 6 3 2 2

m/Masse 𝑚 = 𝑛 ∗ 𝑀_{𝑤} ⟹

50 g 18*0,146199 180*0,292398 0,5848*46 0,5848*44

m=2,63g m=52,6316g m=26,900g m=25,731g
M /Mollarmasse

                    𝑚
w              𝑀  =   ⟹
                 𝑤
                     𝑛

342 g/mol

18 g/mol 180g/mol 46g/mol 44g/mol

n/Stofmængde

    m
n =   ⟹
    M
     w

𝑛 =        ⟹
    342𝑔/𝑚𝑜𝑙

50𝑔

n = 0,146199 Her ganger

mol ethanol

n=0,146199 mol 0,146199mol*2 4*0,146199 n=0,5848mol

Det er den samme man med 2 4n=n Stofmængden

antal mol fordi det fordi forholdet er den samme er forholdet 1:1 er 1:2 her som

n= n=

0,292398mol

0,5848mol ethanolen fordi forholdet er 4:4

• Vi kan beregne om nogen af molekylerne er undsluppet under forsøget ved at sætte masse summene sammen.

Saccarose massen + Vand massen = Glucose massen

50 g + 2,63 g = 52,632 g

Ethanol massen + Kuldioxid massen= Glucose massen

26,900 g + 25,731 g = 52,632 g

• Konklusionen til dette er at antal af molekylerne er bevaret.

Side 7

Resultatsbehandling for det målteværdi:

Saccharose Vand Glucose Etanol Kuldioxid

C H O H O 2C H O 4CH CH OH 4CO

12 22 11 2 6 12 6 3 2 2

m/Masse m = n ∗ M_{w} ⟹

0,113188*342 18*0,113188 0,226375*180 0,45275*46 44*0,45275

m = 38,7101g m = 2,03738g m = 40,7475g m = 20,8265g m = 19,921g

M /Mollarmasse

                     𝑚
w               𝑀  =   ⟹
                  𝑤
                      𝑛

342 g/mol

18 g/mol 180 g/mol 46 g/mol 44g/mol

n/Stofmængde

    m
n =   ⟹
    M
     w

¼ n =

ethanol n saccharose

Forholdet 1:4

                                  0,45275
0,45275                       𝑛 =      ⟹

4

=

0,113188mol

Forholdet 1:1 Vi har den

n = mol fordi det er

0,113188mol forholdet

2/4 n = 0,45275mol
n =n

ethanol glocose

Forholdet 2:4 samme antal

2

n=

0,226375mol

1:1mellem kuldioxid og ethanol.

    19,921𝑔
𝑛 =       ⟹
    44𝑔/𝑚𝑜𝑙

n = 0,45275mol

• Her kan vi også beregne om nogen af molekylerne er undsluppet under forsøget ved at sætte masse summene sammen.

Saccarose massen + Vand massen = Glucose massen

38,7101 g + 2,03738 g = 40,7475 g

Ethanol massen + Kuldioxid massen= Glucose massen

20,8265 g + 19,921 g = 40,7475 g

• Jeg kan konkludere ud af beregningerne her også at antal af molekylerne er bevaret

Side 8

Som vi kan se ud af beregningerne mangler vi noget CO

2

Vi startede med at have 450,434 g i selve kolben derefter vejede vi og fik det til at være

430,513 g trukket fra hinanden gav det 19,921g.

m før = 450,434 g
m efter = 430,513 g

Masse kuldioxid 19,921 g

Hvis vi kigger på vores teoretisk beregning og den målteberegning, kan vi også der se at noget kuldioxid mangler.

Teoretisk 25,731 g

Målt 19,92 g

Tabt kuldioxid 5,811 g

Den mollær koncentration af ethanol:

Man kan også beregne den mollær koncentration af ethanol, det gør man ved brug af formlen:

Brug af den teoretiske stofmængde af ethanol.

𝐂_{𝐌} =

𝐧

𝐕

𝑪 = ⟹ 𝑪 = 𝟐, 𝟗𝟐𝟑𝟓

𝟎, 𝟓𝟖𝟒𝒎𝒐𝒍 𝐦𝐨𝐥

𝟎, 𝟐𝑳 𝐋

𝐂_{𝐦 𝐞𝐭𝐡𝐚𝐧𝐨𝐥} = ⟹

𝐦_{𝐬𝐭𝐨𝐟} 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒆𝒏 𝒂𝒇 𝒆𝒕𝒉𝒂𝒏𝒐𝒍
𝐦_{𝐨𝐩𝐥} 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒂𝒇 𝒗𝒂𝒏𝒅 + 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒂𝒇 𝒆𝒕𝒉𝒂𝒏𝒐𝒍 − 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒂𝒇 𝒌𝒖𝒍𝒅𝒊𝒐𝒙𝒊𝒅

𝐂 = = 𝟎, 𝟏𝟐 = 𝟏𝟐%

𝟐𝟔, 𝟗𝟎𝟎𝟔𝐠

𝟐𝟎𝟎𝐠 + 𝟐𝟔𝟗𝟎𝟎𝟔𝐠 − 𝟐𝟓, 𝟕𝟑𝟏𝐠

Side 9

Som vi kan se her er alt sukkeret brugt op fordi vi har en koncentrations procent på 12%.

Brug af mine beregninger af ethanols stofmængde.

𝐂_{𝐌} =

𝐧

𝐕

𝑪 = ⟹ 𝑪 = 𝟐, 𝟐𝟔𝟑𝟕𝟓

𝟎, 𝟒𝟓𝟐𝟕𝟓𝒎𝒐𝒍 𝐦𝐨𝐥

𝟎, 𝟐𝑳 𝐋

𝐂_{𝐦 𝐞𝐭𝐡𝐚𝐧𝐨𝐥} = ⟹

𝐦_{𝐬𝐭𝐨𝐟} 𝐦𝐚𝐬𝐬𝐞𝐧 𝐚𝐟 𝐞𝐭𝐡𝐚𝐧𝐨𝐥
𝐦_{𝐨𝐩𝐥} 𝐦𝐚𝐬𝐬𝐞 𝐚𝐟 𝐯𝐚𝐧𝐝 + 𝐦𝐚𝐬𝐬𝐞 𝐚𝐟 𝐞𝐭𝐡𝐚𝐧𝐨𝐥 − 𝐦𝐚𝐬𝐬𝐞 𝐚𝐟 𝐤𝐮𝐥𝐝𝐢𝐨𝐱𝐢𝐝

𝐂 = ⟹ 𝐂 = 𝟎, 𝟏𝟎, 𝟔𝟔𝟑 = 𝟏𝟎, 𝟑𝟔𝟔𝟑%

𝟐𝟎, 𝟖𝟐𝟔𝟓𝐠

𝟐𝟎𝟎𝐠 + 𝟐𝟎, 𝟖𝟐𝟔𝟓𝐠 − 𝟏𝟗, 𝟗𝟐𝟏𝐠

Densitetsbestemmelse:

Her skal man for at bestemme densisteten af vores alkohol kende noget til forholdet mellem massen og volumen.

                                 m
Vi har en formel som ser således ud: ρ =
                                 V

m = 10,744 g

tom

m = 13,655 g

fuld

m = 2,91 g

destillat

V = 3,25 mL

   m
ρ =  ⟹
   V

    2,91g
ρ =      =0,890385 g/mL
   3,25mL

Ved at se på tabelen finder vi ud af at vores ethanol er nået 68,2 Vol%.

g/mL 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,86 0,85 0,82 0,80

Vol% 14,0 23,3 31,7 38,5 44,7 50,0 54,9 59,5 63,8 68,2 72,2 79,5 83,2 92,5 100

Side 10

Forbræning:

Vores ethanolprocent er rimelig høj den er over 40% dvs. vores destilat kan brænde.

Reaktionsligningen for forbrædningen:

1. trin dannes stoffet ethanol og vand.

2 C H OH + O --> 2 CH CHO + 2 H O

2 5 2 3 2

I det 2. trin omdannes ethanal til eddekesyre.

2 CH CHO + O --> 2 CH COOH

3 2 3

3. trin får vi vand og kuldioxid af omdanneslen af eddekesyrer.

CH COOH + 2 O --> 2 H O + 2 CO

3 2 2 2

4. trin kan vi få ethanol som brænder, og det kan bruges til opvarmning.

C H OH + 3 O --> 3 H O + 2 CO

2 5 2 2 2

Side 11

Stregformlen for ethanol C H O:

2 6

Stregformel for Methan CH_{4} og for Butan C_{4} H_{10}:

Stregformel for sorbitol C H (OH) :
                     6 8   6

Stregformel for propan-1,2-diol:

Side 12

Fejlkilder:

• Gæring: En smule af indholdet røg ud gennem slangen ved gæringen, ved omrøring.

• Destillation: Afmålningen af temperaturen når et stof var kommet i forlaget var ikke hel præcis. Det skyldes at vi ikke afmålte med det samme.