Methanol

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - chemická sloučenina Methanol, systematickým názvem methanol (dříve též methylalkohol nebo dřevný líh), je nejjednodušší alifatický alkohol. Jeho chemický vzorec je CH₃OH. Jedná se o bezbarvou, vysoce hořlavou a těkavou kapalinu s charakteristickým, mírně nasládlým pachem podobným ethanolu. Je mísitelný s vodou v každém poměru.

Methanol je klíčovou průmyslovou surovinou pro výrobu mnoha dalších chemických látek, jako je formaldehyd, kyselina octová a různé estery. Využívá se také jako rozpouštědlo, nemrznoucí přísada a stále častěji jako alternativní palivo.

Pro lidský organismus je vysoce toxický. Jeho požití, vdechnutí par nebo vstřebání kůží může způsobit těžkou otravu, která často vede k trvalému poškození zraku (oslepnutí) nebo smrti. Toxicita je způsobena jeho metabolity, formaldehydem a kyselinou mravenčí.

📜 Historie

Historie methanolu sahá až do starověkého Egypta, kde byl součástí směsí používaných při mumifikaci. Egypťané jej získávali, aniž by izolovali čistou látku, pyrolýzou dřeva.

Jako čistou látku methanol poprvé izoloval v roce 1661 irský chemik a fyzik Robert Boyle, který jej připravil destilací zimostrázového dřeva. Z tohoto důvodu se pro methanol vžil název dřevný líh (anglicky wood spirit).

V roce 1834 francouzští chemici Jean-Baptiste Dumas a Eugène-Melchior Péligot určili jeho elementární složení. Zavedli také termín "methylen" z řeckých slov methy (víno) a hyle (dřevo), aby popsali "líh vyrobený ze dřeva". Název "methyl" byl následně odvozen od "methylenu" a začal se používat pro označení skupiny CH₃.

Průlom v průmyslové výrobě nastal v roce 1923, kdy německý chemik Alwin Mittasch ve společnosti BASF vyvinul proces syntézy methanolu z syntézního plynu (směs oxidu uhelnatého a vodíku). Tento proces, využívající katalyzátor na bázi oxidu zinečnatého a chromitého, probíhal za vysokých tlaků (25–35 MPa) a teplot (300–400 °C). Tato metoda zcela nahradila neefektivní a nákladnou destilaci dřeva a je v modernizované podobě používána dodnes, i když s účinnějšími katalyzátory za nižších tlaků.

⚙️ Výroba

V současnosti se drtivá většina methanolu vyrábí katalytickou syntézou ze syntézního plynu. Destilace dřeva má již pouze historický význam.

🏭 Průmyslová syntéza

Moderní výroba methanolu je vícestupňový proces, který obvykle začíná u zemního plynu, jehož hlavní složkou je methan (CH₄).

1. Výroba syntézního plynu: Nejčastěji se používá proces zvaný parní reformování. Přehřátá vodní pára reaguje s methanem za vysokých teplot (700–1100 °C) a přítomnosti katalyzátoru (obvykle na bázi niklu). Vzniká směs oxidu uhelnatého a vodíku, známá jako syntézní plyn.

   $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

2. Syntéza methanolu: Syntézní plyn je následně stlačen a veden do reaktoru, kde za teploty 200–300 °C a tlaku 5–10 MPa reaguje na povrchu heterogenního katalyzátoru. Moderní katalyzátory jsou nejčastěji na bázi směsi oxidů mědi, zinku a hliníku.

   $\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{O}\mathrm{H}$

3. Čištění: Surový methanol opouštějící reaktor obsahuje vodu a další nečistoty. Finální produkt o vysoké čistotě se získává vícestupňovou destilací.

Jako vstupní surovinu lze kromě zemního plynu použít i uhlí (zplyňováním) nebo biomasu, což otevírá cestu k výrobě tzv. "zeleného" neboli biometanolu.

🔬 Vlastnosti

⚛️ Fyzikální vlastnosti

Methanol je lehká, bezbarvá a těkavá kapalina. Jeho hustota je přibližně 0,792 g/cm³, což znamená, že je lehčí než voda. Má relativně nízkou teplotu varu 64,7 °C a nízkou teplotu tání −97,6 °C.

Díky přítomnosti hydroxylové skupiny (-OH) je molekula methanolu polární. To mu umožňuje tvořit vodíkové vazby jak mezi vlastními molekulami, tak s molekulami jiných polárních látek, jako je voda. Důsledkem je jeho neomezená mísitelnost s vodou a mnoha organickými rozpouštědly. Jeho zápach je podobný ethanolu, což je jeden z důvodů častých záměn při nelegální výrobě alkoholických nápojů.

🧪 Chemické vlastnosti

Methanol se účastní řady chemických reakcí typických pro primární alkoholy.

• Hoření: Methanol je vysoce hořlavý. Hoří na vzduchu téměř neviditelným, světle modrým plamenem za vzniku oxidu uhličitého a vody.

1. $\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

• Oxidace: Může být snadno oxidován. V závislosti na reakčních podmínkách a oxidačním činidle vzniká postupně formaldehyd (methanal), kyselina mravenčí (kyselina methanová) a nakonec oxid uhličitý. Právě tato reakce v lidském těle je příčinou jeho toxicity.
• Esterifikace: Reaguje s karboxylovými kyselinami za vzniku esterů. Například s kyselinou salicylovou tvoří methylsalicylát, známý jako "zimní zeleň".
• Reakce s kovy: Jako slabá kyselina reaguje s alkalickými kovy (např. sodíkem) za uvolnění vodíku a vzniku alkoxidů, v tomto případě methanolátu sodného.
• Dehydratace: Za přítomnosti kyselých katalyzátorů může být dehydratován na dimethylether.

☣️ Toxicita a nebezpečí

Methanol je pro člověka a další primáty silně toxický. Záměna s ethanolem v pančovaných lihovinách je příčinou častých hromadných otrav s tragickými následky (např. Metanolová aféra v Česku v roce 2012).

☠️ Účinky na lidský organismus

Samotný methanol má relativně nízkou toxicitu, podobnou ethanolu. Nebezpečí spočívá v jeho metabolismu v játrech.

1. Enzym alkoholdehydrogenáza oxiduje methanol na formaldehyd. Tento proces je pomalejší než u ethanolu. 2. Formaldehyd je následně velmi rychle metabolizován enzymem formaldehyddehydrogenáza na kyselinu mravenčí.

Právě kyselina mravenčí a její aniont (formiát) jsou hlavními původci toxických účinků. Kyselina mravenčí způsobuje těžkou metabolickou acidózu (okyselení krve), která narušuje funkci životně důležitých orgánů. Kromě toho specificky inhibuje enzym cytochrom c oxidáza v mitochondriích, čímž blokuje buněčné dýchání. Na tento proces jsou obzvláště citlivé buňky sítnice a zrakový nerv, což vede k jejich poškození a často k trvalé slepotě.

Příznaky otravy se objevují s latencí 6 až 30 hodin po požití. Zahrnují bolest hlavy, závrať, nevolnost, zvracení, bolesti břicha a poruchy vidění (rozmazané vidění, "sněhová vánice", fotofobie). V těžkých případech dochází k rozvoji kómatu, dechovému selhání, křečím a smrti. Smrtelná dávka se pohybuje mezi 30 a 100 ml (25–80 g), ale k trvalému oslepnutí může stačit již 10 ml.

💊 Léčba otravy

Léčba otravy methanolem musí být zahájena co nejdříve. Cílem je zabránit přeměně methanolu na toxické metabolity a odstranit již vzniklé jedy z těla.

• Antidotum: Jako protijed se podává buď ethanol nebo fomepizol. Obě látky fungují na principu kompetitivní inhibice – mají mnohem vyšší afinitu k enzymu alkoholdehydrogenáze než methanol. Enzym se tak "zaměstná" odbouráváním antidota a methanol je mezitím vylučován z těla v nezměněné podobě.
• Korekce acidózy: Nitrožilně se podává hydrogenuhličitan sodný k neutralizaci kyseliny mravenčí a úpravě pH krve.
• Hemodialýza: U těžkých otrav je nezbytná hemodialýza ("umělá ledvina"), která efektivně odstraňuje z krve jak methanol, tak kyselinu mravenčí.

🔥 Nebezpečí požáru

Methanol je vysoce hořlavá kapalina s nízkým bodem vzplanutí (11 °C). Jeho páry jsou těžší než vzduch a mohou se šířit při zemi a vytvořit se vzduchem výbušnou směs. Velkým nebezpečím je, že jeho plamen je za denního světla téměř neviditelný, což zvyšuje riziko popálení.

🌍 Využití

Methanol je jednou z nejvýznamnějších velkoobjemových chemikálií na světě.

⚗️ Chemický průmysl

Slouží jako základní surovina pro syntézu mnoha dalších látek:

• Formaldehyd: Největší část světové produkce methanolu se spotřebuje na výrobu formaldehydu, který je klíčový pro výrobu plastů, pryskyřic (např. bakelit), lepidel a dřevotřískových desek.
• Kyselina octová: Vyrábí se karbonylací methanolu (procesy Monsanto a Cativa).
• Methyl-terc-butylether (MTBE): Dříve významná oktanová přísada do benzínu, její používání je však na ústupu kvůli kontaminaci podzemních vod.
• Biodiesel: Methanol je nezbytný pro transesterifikaci rostlinných olejů a živočišných tuků při výrobě bionafty.
• Dimethylether (DME): Potenciální čisté palivo nahrazující naftu nebo LPG.

⛽ Palivo

Methanol se používá jako vysokooktanové palivo ve specializovaných spalovacích motorech, například v závodních vozech (série IndyCar, dragstery). Má vysoké výparné teplo, což pomáhá chladit motor, ale nižší energetickou hustotu než benzín. Stále více se uvažuje o jeho využití v palivových článcích, zejména v přímých methanolových palivových článcích (DMFC), které vyrábějí elektřinu přímo z methanolu. Koncept tzv. methanolové ekonomiky jej navrhuje jako univerzální energetický nosič budoucnosti.

🧪 Ostatní využití

• Rozpouštědlo: V laboratořích i v průmyslu pro laky, barvy a pryskyřice.
• Nemrznoucí směs: V ostřikovačích automobilových skel a v potrubích.
• Denaturační činidlo: Přidává se do ethanolu, aby se zabránilo jeho konzumaci (technický líh).

💡 Pro laiky

Představte si methanol jako "zlého bratra" lihu, který se pije v alkoholických nápojích (ethanol). Vypadají a voní velmi podobně, ale jejich účinky na tělo jsou drasticky odlišné. Zatímco tělo umí v malém množství zpracovat ethanol, methanol v játrech přemění na silné jedy – formaldehyd (látka používaná k nakládání biologických vzorků) a kyselinu mravenčí (stejná kyselina, jakou používají mravenci). Tyto jedy ničí buňky v celém těle, ale nejcitlivější jsou buňky očního nervu a mozku. Proto i velmi malé množství vypitého methanolu může způsobit trvalé oslepnutí nebo smrt. V průmyslu je to ale naopak velmi užitečná a důležitá látka, ze které se vyrábí například plasty, paliva, lepidla nebo nemrznoucí směsi do aut. Klíčové je nikdy jej nezaměňovat s ethanolem a nepřicházet s ním do styku bez ochranných pomůcek.

Šablona:Aktualizováno