Bài học

Ethylic alcohol: cấu tạo, tính chất vật lí và độ cồn

Em sẽ làm được gì?

Viết đúng công thức phân tử và công thức cấu tạo của ethylic alcohol; chỉ ra nhóm –OH; nêu tính chất vật lí; tính được thể tích alcohol nguyên chất trong một thể tích rượu theo độ cồn; giải thích vì sao pháp luật cấm điều khiển phương tiện khi có nồng độ cồn.

Cần nhớ trước

Khái niệm dẫn xuất hydrocarbon và nhóm chức –OH đã học ở phần mở đầu hợp chất hữu cơ; công thức phân tử C₂H₄ của ethylene (Course hydrocarbon).

Cồn 70° sát khuẩn vết thương, rượu nếp trong mâm cỗ Tết, cồn khô để nướng lẩu, xăng E5 bán ở cây xăng — tất cả đều chứa cùng một chất: ethylic alcohol. Vì sao cùng một chất mà lại xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau đến vậy, và vì sao “độ cồn” trên chai rượu lại quan trọng đến mức pháp luật phải quy định? Câu trả lời nằm ở một nhóm nguyên tử rất nhỏ trong phân tử: nhóm –OH.

Cồn 70° sát khuẩn vết thương, rượu nếp trong mâm cỗ Tết, cồn khô để nướng lẩu, xăng E5 bán ở cây xăng — tất cả đều chứa cùng một chất: **ethylic alcohol**. Vì sao cùng một chất mà lại xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau đến vậy, và vì sao “độ cồn” trên chai rượu lại quan trọng đến mức pháp luật phải quy định? Câu trả lời nằm ở một nhóm nguyên tử rất nhỏ trong phân tử: nhóm **–OH**.

Công thức phân tử và công thức cấu tạo

Ethylic alcohol (tên quen gọi: rượu etylic) có công thức phân tử C₂H₅OH (cũng viết C₂H₆O), với công thức cấu tạo:

$CH_3{-}CH_2{-}OH$

So với ethylene (CH₂=CH₂) hay ethane (CH₃–CH₃), phân tử ethylic alcohol có thêm nhóm hydroxyl –OH gắn vào nguyên tử carbon. Đây chính là nhóm chức quyết định gần như toàn bộ tính chất hóa học riêng của alcohol mà em sẽ học ở bài sau: nhờ –OH, phân tử vừa có phần “ưa nước” (nhóm –OH) vừa có phần “kị nước” (gốc hydrocarbon C₂H₅–).

**Ethylic alcohol** (tên quen gọi: rượu etylic) có công thức phân tử **C₂H₅OH** (cũng viết C₂H₆O), với công thức cấu tạo: $$CH_3{-}CH_2{-}OH$$ So với ethylene (CH₂=CH₂) hay ethane (CH₃–CH₃), phân tử ethylic alcohol có thêm **nhóm hydroxyl –OH** gắn vào nguyên tử carbon. Đây chính là **nhóm chức** quyết định gần như toàn bộ tính chất hóa học riêng của alcohol mà em sẽ học ở bài sau: nhờ –OH, phân tử vừa có phần “ưa nước” (nhóm –OH) vừa có phần “kị nước” (gốc hydrocarbon C₂H₅–).

Ethylic alcoholRượu etylic, công thức C₂H₅OH (CH₃–CH₂–OH), có nhóm chức –OH. Là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước, sôi ở 78,3°C.

Tính chất vật lí

Ethylic alcohol nguyên chất là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, vị hơi cay nóng, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng D ≈ 0,8 g/mL, vì vậy khi trộn với nước thể tích hỗn hợp giảm nhẹ so với tổng thể tích ban đầu), sôi ở 78,3°C (thấp hơn nước) và tan vô hạn trong nước theo mọi tỉ lệ. Vì sao lại tan vô hạn? Nhóm –OH của alcohol có thể tạo liên kết hydrogen với phân tử nước, giống hệt cách các phân tử nước liên kết với nhau — nên alcohol “hòa lẫn” hoàn toàn vào nước chứ không tách lớp như dầu ăn (dầu không có nhóm –OH nên không tạo được liên kết này). Ethylic alcohol còn là dung môi tốt, hòa tan được nhiều chất hữu cơ khác như iodine, một số chất béo và tinh dầu.

Ethylic alcohol nguyên chất là **chất lỏng không màu**, có **mùi đặc trưng**, vị hơi cay nóng, **nhẹ hơn nước** (khối lượng riêng D ≈ 0,8 g/mL, vì vậy khi trộn với nước thể tích hỗn hợp giảm nhẹ so với tổng thể tích ban đầu), **sôi ở 78,3°C** (thấp hơn nước) và **tan vô hạn trong nước theo mọi tỉ lệ**. Vì sao lại tan vô hạn? Nhóm –OH của alcohol có thể tạo **liên kết hydrogen** với phân tử nước, giống hệt cách các phân tử nước liên kết với nhau — nên alcohol “hòa lẫn” hoàn toàn vào nước chứ không tách lớp như dầu ăn (dầu không có nhóm –OH nên không tạo được liên kết này). Ethylic alcohol còn là **dung môi** tốt, hòa tan được nhiều chất hữu cơ khác như iodine, một số chất béo và tinh dầu.

Độ cồn

Độ cồn (hay độ rượu) là số mililít ethylic alcohol nguyên chất có trong 100 mL dung dịch rượu, đo ở 20°C. Ví dụ, rượu 40° nghĩa là cứ 100 mL rượu thì có 40 mL alcohol nguyên chất (60 mL còn lại chủ yếu là nước và một lượng nhỏ tạp chất tạo hương).

Công thức tính nhanh thể tích alcohol nguyên chất trong một thể tích rượu bất kì:

$V_{alcohol} = V_{dd} \times \dfrac{\text{độ cồn}}{100}$

Độ cồn càng cao thì tỉ lệ alcohol nguyên chất càng lớn: bia khoảng 4–5°, rượu vang khoảng 12°, rượu mạnh (rượu trắng, whisky) khoảng 40°, còn cồn y tế dùng sát khuẩn thường là 70°.

**Độ cồn** (hay độ rượu) là số **mililít ethylic alcohol nguyên chất có trong 100 mL dung dịch rượu**, đo ở 20°C. Ví dụ, rượu **40°** nghĩa là cứ 100 mL rượu thì có 40 mL alcohol nguyên chất (60 mL còn lại chủ yếu là nước và một lượng nhỏ tạp chất tạo hương). Công thức tính nhanh thể tích alcohol nguyên chất trong một thể tích rượu bất kì: $$V_{alcohol} = V_{dd} \times \dfrac{\text{độ cồn}}{100}$$ Độ cồn càng cao thì tỉ lệ alcohol nguyên chất càng lớn: bia khoảng 4–5°, rượu vang khoảng 12°, rượu mạnh (rượu trắng, whisky) khoảng 40°, còn **cồn y tế dùng sát khuẩn thường là 70°**.

Độ cồn = số mL alcohol nguyên chất trong 100 mL dung dịch; bia thấp nhất (~5°), cồn y tế cao nhất (70°).

Vì sao cồn y tế thường là 70°, không phải 90° hay 100°?

Nhiều học sinh nghĩ cồn càng đặc thì sát khuẩn càng mạnh — thực ra không đúng. Cồn 90–100° bay hơi quá nhanh trên bề mặt da, chưa kịp thấm sâu để phá hủy lớp màng bảo vệ của vi khuẩn thì đã bay hết. Cồn 70° có thêm nước, bay hơi chậm hơn, đủ thời gian thấm sâu vào tế bào vi khuẩn và làm biến tính protein của chúng, nên sát khuẩn hiệu quả hơn cồn quá đặc. Đây là ví dụ cho thấy “nồng độ cao nhất” không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất trong thực tế.

Nhiều học sinh nghĩ cồn càng đặc thì sát khuẩn càng mạnh — thực ra **không đúng**. Cồn 90–100° bay hơi **quá nhanh** trên bề mặt da, chưa kịp thấm sâu để phá hủy lớp màng bảo vệ của vi khuẩn thì đã bay hết. Cồn **70°** có thêm nước, bay hơi chậm hơn, đủ thời gian **thấm sâu vào tế bào vi khuẩn** và làm biến tính protein của chúng, nên sát khuẩn hiệu quả hơn cồn quá đặc. Đây là ví dụ cho thấy “nồng độ cao nhất” không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất trong thực tế.

Tác hại của lạm dụng rượu bia

Alcohol có ích khi dùng đúng mục đích (dung môi, sát khuẩn, nhiên liệu), nhưng lạm dụng rượu bia rất có hại: gây tổn thương gan (gan phải hoạt động liên tục để chuyển hóa alcohol), ảnh hưởng hệ thần kinh (giảm khả năng phản xạ, phán đoán), và là nguyên nhân hàng đầu của tai nạn giao thông. Vì vậy, Nghị định 100/2019/NĐ-CP quy định cấm hoàn toàn việc điều khiển phương tiện giao thông khi trong máu hoặc hơi thở có nồng độ cồn — dù chỉ một lượng rất nhỏ. Học sinh không được sử dụng rượu bia.

Alcohol có ích khi dùng đúng mục đích (dung môi, sát khuẩn, nhiên liệu), nhưng **lạm dụng rượu bia rất có hại**: gây tổn thương gan (gan phải hoạt động liên tục để chuyển hóa alcohol), ảnh hưởng hệ thần kinh (giảm khả năng phản xạ, phán đoán), và là nguyên nhân hàng đầu của tai nạn giao thông. Vì vậy, **Nghị định 100/2019/NĐ-CP** quy định cấm hoàn toàn việc điều khiển phương tiện giao thông khi trong máu hoặc hơi thở có nồng độ cồn — dù chỉ một lượng rất nhỏ. Học sinh **không** được sử dụng rượu bia.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Tính thể tích alcohol nguyên chất từ độ cồn

1
Một chai rượu 250 mL ghi độ cồn 30°. Hỏi trong chai có bao nhiêu mL ethylic alcohol nguyên chất?
2
Rượu 30° nghĩa là cứ 100 mL dung dịch thì có 30 mL alcohol nguyên chất.
3
$V_{alcohol} = 250 \times \dfrac{30}{100} = 75 \text{ mL}$
$$V_{alcohol} = 250 \times \dfrac{30}{100} = 75 \text{ mL}$$
4
Chai rượu 250 mL, 30° chứa 75 mL ethylic alcohol nguyên chất.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài toán tình huống nhiều bước

1
Một người uống 1 lon bia 330 mL (độ cồn 5°) và 1 ly rượu vang 150 mL (độ cồn 12°) trong một bữa tiệc. Tính tổng thể tích ethylic alcohol nguyên chất mà người đó đã đưa vào cơ thể.
2
$V_1 = 330 \times \dfrac{5}{100} = 16{,}5 \text{ mL}$
$$V_1 = 330 \times \dfrac{5}{100} = 16{,}5 \text{ mL}$$
3
$V_2 = 150 \times \dfrac{12}{100} = 18 \text{ mL}$
$$V_2 = 150 \times \dfrac{12}{100} = 18 \text{ mL}$$
4
$V_1 + V_2 = 16{,}5 + 18 = 34{,}5 \text{ mL alcohol nguyên chất}$
$$V_1 + V_2 = 16{,}5 + 18 = 34{,}5 \text{ mL alcohol nguyên chất}$$
5
Chỉ với một lon bia và một ly rượu vang, người đó đã hấp thụ tới 34,5 mL alcohol nguyên chất — đủ để bị xử phạt nếu điều khiển phương tiện giao thông ngay sau đó.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Lỗi thường gặp

Độ cồn tính theo thể tích alcohol trong 100 mL dung dịch, không phải khối lượng và cũng không phải tỉ lệ phần trăm khối lượng. Rượu 40° là 40 mL alcohol/100 mL dung dịch — chứ không phải 40 g alcohol trong 100 g dung dịch. Nhầm hai khái niệm này là lỗi rất phổ biến khi tính toán.

Ghi nhớ

Ethylic alcohol là C₂H₅OH (CH₃–CH₂–OH), có nhóm chức –OH. Là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước (nhờ liên kết hydrogen của –OH), sôi ở 78,3°C. Độ cồn = số mL alcohol nguyên chất trong 100 mL dung dịch, tính bằng $V_{alcohol}=V_{dd}\times\frac{\text{độ cồn}}{100}$ . Lạm dụng rượu bia rất có hại và bị pháp luật xử phạt nghiêm khi tham gia giao thông.

Ethylic alcohol là C₂H₅OH (CH₃–CH₂–OH), có nhóm chức –OH. Là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước (nhờ liên kết hydrogen của –OH), sôi ở 78,3°C. Độ cồn = số mL alcohol nguyên chất trong 100 mL dung dịch, tính bằng $V_{alcohol}=V_{dd}\times\frac{\text{độ cồn}}{100}$. Lạm dụng rượu bia rất có hại và bị pháp luật xử phạt nghiêm khi tham gia giao thông.

Chính nhóm –OH khiến ethylic alcohol có những phản ứng hóa học đặc trưng: cháy tỏa nhiều nhiệt (nên được dùng làm nhiên liệu) và phản ứng với sodium giải phóng khí hydrogen. Bài sau ta sẽ xem ethylic alcohol được điều chế ra sao, cả trong đời sống lẫn trong công nghiệp.