Rapport om Fremstilling af Ethanol ved Gæring

Side 1

Udleveringsdato:

HTX 1. år

Lærer: Thorkild

Udarbejdet af: [navn fjernet]

På grund af manglende data, da jeg har været fraværende, har jeg ikke være med til at udarbejde forsøgene. Jacob Kleinstrup og jeg har skrevet rapport hver for sig, men jeg har lavet udregninger efter hans afmålinger – derfor er der heller ingen ’virkelige’ billeder af forsøgene.

Side 2

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

2 | Side

KEMIRAPPORT

Fremstilling af ethanol

Formål

Formålet med dette forsøg, er at fremstille ethanol ud fra en gæringsproces af sukker og bagergær.

opløsningen destilleres, og derefter bestemmes mængden af udvundet ethanol, samt at alkoholen vil stige fra den resterende basis procent på 12. Derefter kan det påvises om der er alkohol i destillatet.

Teori

Disse forsøg omkring gæringsprocessen, destillationsprocessen og bekræftelsen af ethanol, bygger på teorien om at kunne udvinde ethanol fra en gæringsproces. Gæringsprocessen er hvor sukker, vand og gær, i løbet af en uges tid gærer, danner ethanol og kuldioxid. Procenten af alkohol kan ikke blive højere end 12, da gæren ellers vil dø. Reaktionsligning for gæringsprocessen (gær fremmer processen, men indgår ikke i reaktionsligningen):

C_{6} H_{12} O_{6} (aq) 🡪 2C_{2} H_{5} OH (aq) + 2CO_{2} (g)
Sakkarosen medvirker i en hydrolysering, dvs. i en kemisk reaktion/proces, vil molekylerne reagere med vand

og blive opdelt i mindre molekyler. Her omdannes sakkarosen til fruktose og glukose:

C_{12} H_{22} O_{11} (aq) + H_{2} O (l) → 2C_{6} H_{12} O_{6}

Når gæringsprocessen udføres må der ikke opstå fordampning af kalkvandet, da gæringen stopper hvis der

kommer ilt, O_{2}, til blandingen. Når oxygen tilføres blandingen omdannes ethanolen til ethanal, efter en

længere periode (ethanalen kan senere omdannes til eddikesyre). Tilførslen af oxygen vil desuden resultere i

en mindre alkoholprocent, da resultatet ikke længere vil blive 2C H OH + CO2. Reaktionsligningen når der
                                                    2 5

tilføres ilt, og der udvindes ethanal og vand i stedet:

CH_{3} CH_{2} OH + ½O_{2} → CH_{3} CHO + H_{2} O

Når CO skal påvises, bruger man mættet kalkvand, dvs. en mættet opløsning af calciumhydroxid Ca(OH) . Når
      2                                                                              2

CO_{2} kommer ud i det mættet kalkvand dannes der tungtopløseligt calciumcarbonat (kalk/ hvidt bundfald)
CaCO_{3}:
CO_{2} (g) + Ca(OH)_{2} (aq) 🡪 CaCO_{3} (s) + H_{2} O

Destillation

Når gæropløsning destilleres, er det for at få så rent ethanol som overhovedet muligt, og for at øge alkoholprocenten. Gærcellerne, i en gæringsproces, dør hvis de kommer over 12 %, men via destillation øges alkohol procenten.

Da væskerne har forskelligt kogepunkt, og ethanol har et lavere kogepunkt end vand, vil ethanolen fordampe – derved bliver væskerne skilt ad. Ethanol dampene føres op i et kølerør, hvor dampene fortættes igen, så ethanolen løber i ud i et bægerglas i væskeform. Desto flere gange destillatet bliver destilleret, desto mere ren ethanol vil man opnå!

Bekræftelsen af ethanol, kan gøres ved en simpel metode. Destillatet tilføres den lilla væske,

kaliumpermanganat, KMnO_{4}, og svovlsyre, H_{2} SO_{4}, samt noget energi (varme), E. Når denne blanding udsættes

Side 3

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

3 | Side

Gæringsproces Destillation

❖ 150 ml. mættet Ca(OH)_{2} ❖ Destillationsudstyr
❖ 10 g. bagergær ❖ Pipetter + Pipettebold

❖ 50 g. sukker | ❖ Resultatet fra gæringsprocessen

❖ 250 ml. demoraliseret/ionbyttet ❖ Lidt pimpesten (imod stødkogning)

vand ❖ En varmekappe (undgås åben ild)

❖ Bægerglas | ❖ Bægerglas

❖ 250 ml. Kronisk kolbe + passende ❖ Termometer

prop m. hul. ❖ Et lille bægerglas

❖ Glasrør m. gummislange | ❖ Reagensglas

❖ Varmeskab (35-40^{0} C) ❖ 1 cm 1M H_{2} SO_{4}
❖ 1-2 dråber 0,2 M KMnO_{4}

❖ Bunsenbrænder

❖ Træklemme-tang

Bekræftelse af ethanol

❖ Bunsenbrænder

❖ Tændstikker

❖ Reagensglas

❖ Træklemme

❖ 1M H_{2} SO_{4}
❖ 0,2 M KMnO_{4}

for varmen (vigtigt det ikke er stødkogning) dannes der nye forbindelser. Resultatet bliver mangan(II)Sulfat,

MnSO  , Kaliumsulfat, K SO , og Ethanal, CH COH, samt vand, H O. Væsken går fra at være lilla, til at blive en
     4             2  4            3               2

farveløs væske, og på den måde kan man påvise alkohol i destillatet – dvs. en reducerede mængde OH-grupper.

Reaktionsligning for bekræftelsen af alkohol i destillatet:

5 CH_{3} CH_{2} OH + 2 KMnO_{4} + 3 H_{2} SO_{4} + E 🡪 5 CH_{3} COH + 2 MnSO_{4} + 8 H_{2} O + K_{2} SO_{4}

Materialer

Sikkerhed

Desuden, når der arbejdes med alkoholer, anbefales det at arbejde i stinkskab, da alkoholer er brandfarlige.

Her arbejdes der med ethanol, som er en brandfarlig alkohol. Dette er også grundlaget for at vi bruger en varmekappe til at opvarme opløsningen med, da der så undgås åben ild.

Mættet kalkvand er basisk, og derfor er det vigtigt at det ikke kommer i øjnene. Hvis det kommer i øjnene så skyld hurtigt øjnene i masser af vand – brug evt. en ”øjenvasker” der hænger i kemilaboratoriet.

Side 4

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

4 | Side

Metode og Forsøgsopstilling

Som basis regel, skal alt udstyr, mht. bægerglas, kolber og anvendte ’produkter’ som sukker, gær, vand mv.

vejes af før, under og efter forsøget – skaf hellere for mange oplysning, end for lidt!

Gæringsprocessen

Her dannes en basis alkohol – 12 %:

❖ Sukker, bagergær og det demoraliserede vand afvejes og hældes i en kronisk kolbe – rækkefølgen er vilkårlig.

❖ Vær opmærksom på at alt gæren er opløst, ellers opnås der ikke så ligeså godt resultat.

❖ Kolben lukkes med en passende prop, der er forbundet med et glasrør, med en gummislange i. Den eneste vej ud af kolben er nu gennem glasrøret, med gummislangen.

❖ Det mættede Ca(OH)_{2} hældes i et bægerglas.

❖ Gummislangen fra kolben placeres i bægerglasset. Røret skal være

under Ca(OH)_{2} ’s væskelinje, da man derved kan se om der fremkommer bundfald eller ej, pga. dannet
CO_{2} – beskrevet i teoridelen..
❖ Opstillingen skal nu stå i varmeskabet på 35-40^{0} C, i en uges tid.

Destilleringsprocessen

Forsøgsopstillingen opstilles.

❖ Bestem rumfanget af gæringsvæsken i ml

- Her var det 341 ml.

❖ 50 ml. af den gærede opløsning udtages via pipette med pipettebold, til destillation.

❖ Bægerglasset afvejes, og den gærede opløsning kommes i bægerglasset.

❖ Pimpesten tilsættes blandingen.

❖ Termometeret placeres lige ud for knækket på glasrøret(se figuren), da det er dampens temperatur vi vil måle.

❖ Forsøget startes – varmekappen tændes og afkølingen af vand fra en koldvandhane startes

(afkølingen gør at dampene fortættes igen og drypper ned i bægeret).

❖ Temperaturen holdes på 80^{0} C – da ethanols kogepunkt
ligger på 78,4^{0} C
❖ Når kogepunktet kommer op på 100^{0} C, er alt

ethanol fordampet, og det er nu vand der fordamper – forsøget stoppes!

Bekræftelse af ethanol

❖ Reagensglasset flydes med en tredjedel destillat (destillatet fra destilleringsprocessen).

❖ Ca. 1 cm 1M H_{2} SO_{4} tilsættes, samt 1-2 dråber 0,2M KMnO_{4}.

❖ Blanding opvarmes over bunsenbrænder – undgå stødkogning, bevæg reagensglasset vha. en træklemme.

❖ Når væskeblandingen skifter farve fra violet til farveløs, er alkoholen påvist.

Opstillingen af forsøget

Opstillingen af forsøget

Opstillingen af forsøget

Side 5

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

5 | Side

Resultater og beregninger

Enhed Målt værdi

250 ml. kolbe (uden indhold) 45,58 gram

Destillat 5 ml (præcis)

Kolben + destillat 50,19 gram

For at finde massefylden (densiteten) af det fremstillede ethanol, trækkes først vægten af kolben (uden indhold) fra vægten af kolben med destillatet:

(50,19 – 45,58) gram = 4,61 gram
Derefter findes massefylden, ved hjælp af den matematiske regel, hvor 1 ml er det samme som 1 cm^{3}. Det hele

sættes ind i et formel og massefylden bliver nu:

Massefylde = masse / rumfang
4,61g / 5 cm^{3} = 0,92

Ud fra beregningerne kan vi se at destillatets massefylde (densitet) ligger på 0,92. Via den skematiske oversigt

(se bilag 1) over sammenhængen mellem densiteten af en vand/ethanol blanding og ethanolens masse i

procent, kan det aflæses at der er opnået en masse på 45 %.

I den sidste del, omkring bekræftelse af ethanol, fik vi også bekræftet vha. svovlsyre, kaliumpermanganat og varme, at der var alkohol i destillatet.

Diskussion og Fejlkilder

Igennem forsøgene spiller der forskellige faktorer ind der påvirker forsøgsresultaterne. Men til slutprodukt, blev der opnået en nogenlunde højt alkohol procent. Generelt er der forskellige ting man skal forholde sig til igennem udarbejdelsen af et forsøg, så som at der kan undlades raster når produkterne flyttes rundt i kolberne mv. Igennem disse forsøg var det primært disse ting:

Da ethanol og vand har kogepunkter der ligger så tæt på hinanden, er det svært at udvinde rent ethanol via

                                      0               0
vores forsøg. Ethanols kogepunkt ligger på 78,4 C og vands på 100 C, vil derved vil destillatet indeholde en

blanding af både ethanol og vand, hvor størstedelen dog er ethanol (da det har lavest kogepunkt). Hvis man gentog en destillation på destillatet ville indholdet af ethanol i det nye destillat stige (som skrevet i teorien).

Under gæringsprocessen er det desuden vigtigt at der ikke tilføres ilt til eksperimentet, da reaktionsligninger vil udforme sig på en helt anden måde. Gæringen vil hæmmes og dette resultere i en mindre alkohol procent

(som beskrevet i teoridelen).

Den tidsperiode gæringen finder sted, spiller også ind, og om gæret er helt udrørt i gæringsblandingen, samt at alt sukkeret ikke er blevet omdannet til ethanol. Sidst men ikke mindst, kan der have været unøjagtige afvejninger.

Side 6

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

6 | Side

Konklusion

Den form af destillation vi har brugt i dette forsøg, er blevet brugt siden oldtiden, til at fremstille drikkevarer med højere alkoholprocent. F.eks. har arkæologiske udgravninger i det nordvestlige Pakistan bevist at destillation af alkohol var kendt siden 500 f.kr.

Metoden er ikke den mest effektive, da der skal arbejdes i større blandingsforhold, hvis man vil opnå et større alkohols resultat. Derudover kan udstyret også forbedres, men når man tænker over at dette er et alm.

skoleforsøg, er det alligevel et flot resultat. Via den her destillationsmetode kan man bedre se ind i virkelighedens verden mht. at danne og destillere sig frem til ethanol.

Sidst men ikke mindst, er det også en god måde at få afprøve det vi har lært i timerne!

Side 7

[navn fjernet] af ethanol D.

UCH – 1.B Kemirapport

7 | Side

Bilag 1

Beregning og resultat

En skematisk oversigt, for sammenhængen imellem densiteten/ethanol blanding og ethanolens masse i

procent.

Densitet Masse %

0,99823 0

0,99275 | 3,0
0,98938 | 5,0
0,98478 | 8,0

0,98187 | 10,0
0,97514 | 15,0
0,96997 | 20,0
0,96168 | 25,0
0,95382 | 30,0
0,94494 | 35,0
0,93518 | 40,0
0,92472 | 45,0
0,91384 | 50,0
0,89113 | 60,0