Etanol

Etanol adalah jenis utama dari alkohol yang ditemukan di minuman beralkohol, yang dihasilkan oleh fermentasi gula oleh ragi. Ethanol biasa disebut alkohol atau spiritus dan disebut juga etil alkohol dan minuman beralkohol. Zat ini adalah obat psikoaktif neurotoksik dan merupakan salah satu jenis narkoba tertua yang digunakan oleh manusia. Keracunan alkohol dapat terjadi ketika mengonsumsinya secara berlebihan. Etanol juga digunakan sebagai pelarut, antiseptik, bahan bakar, dan cairan alternatif pengganti merkuri untuk mengisi termometer. Cairan ini mudah menguap, mudah terbakar, tidak berwarna, dan memiliki rumus struktur CH₃CH₂OH. Sering disingkat C₂H₅OH, C₂H₆O, atau EtOH.

1. Asal Mula Nama Etanol

Etanol adalah nama sistematis yang didefinisikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) untuk molekul dengan dua atom karbon (awalan “eth-“), memiliki ikatan tunggal diantaranya (akhiran “-ane”), dan terdapat gugus fungsional –OH (akhiran “-ol”).

Awalan etil diciptakan pada tahun 1834 oleh kimiawan Jerman Justus Liebig. Etil berasal dari bahasa Inggris ethyl yang berasal dari bahasa Perancis ether yang berarti “zat yang mudah menguap atau menyublim pada suhu kamar” yang berasal dari bahasa Yunani ύλη (hyle) yang berarti “substansi”.

Istilah etanol diciptakan sebagai hasil dari resolusi Konferensi Internasional tentang Kimia Nomenklatur yang digelar di Jenewa, Swiss pada bulan April 1892.

Istilah “alkohol” semakin luas digunakan dalam menyebut zat kimia nomenklatur, tetapi dalam bahasa umum tetap disebut etanol. Istilah alkohol telah ada sejak Abad Pertengahan yang berasal dari bahasa Arab al-Kuhl. Sedangkan penggunaan istilah “alkohol” untuk menyebut minuman anggur beralkohol diperkenalkan pada pertengahan abad ke-18. Sebelum itu, dalam bahasa Latin Tengah, istilah alkohol digunakan untuk meyebut “bubuk bijih antimon, bubuk kosmetik”.

2. Rumus Kimia Etanol

Etanol adalah alkohol 2-karbon dengan rumus molekul CH₃CH₂OH dan notasi alternatifnya adalah CH₃–CH₂–OH yang mengindikasikan bahwa karbon dari gugus metil (CH₃–) terikat dengan oksigen dari gugus hidroksil (OH). Etanol sering disingkat sebagai EtOH, menggunakan notasi kimia yang mewakili etil (C₂H₅) dengan Et.

3. Kemunculan Etanol Secara Alami

Etanol adalah produk sampingan dari proses metabolisme ragi. Pada umumnya etanol dapat ditemukan di buah yang telah masak. Etanol juga dihasilkan selama perkecambahan banyak tanaman. Etanol telah terdeteksi di luar angkasa, membentuk lapisan es pada butir-butir debu.

4. Farmakologi Etanol

Penetralan etanol di dalam tubuh manusia dilakukan melaui oksidasi oleh alkohol dehidrogenase di dalam hati. Proses itu sangat terbatas, jadi tidak bisa melakukan penetralan alkohol dalam konsentrasi besar. Konsumsi etanol jangka panjang dapat menyebabkan kerusakan hati yang serius. Etanol murni dapat membuat iritasi pada kulit dan mata. Gejala keracunan etanol dapat berupa mual dan muntah.

4.1. Efek Jangka Pendek Etanol

4.1.1. Efek Etanol pada Sistem Saraf Pusat

Etanol adalah depresan yang dapat mempengaruhi sistem saraf pada manusia dan memiliki efek psikoaktif karena kemampuannya untuk mengubah kesadaran manusia. Kadar etanol di dalam darah diatas 0,4% dapat menyebabkan kematian; kadar 0,3% dapat menyebabkan kelumpuhan dan pingsan; kadar 0,14% dapat menurunkan aliran darah ke otak; kadar 0,1% dapat menyebabkan mual, muntah, gangguan fungsi sensorik dan motorik, dan gangguan kognisi; dan kadar 0,05% dapat menyebabkan euphoria, banyak bicara, dan relaksasi. Pengemudi kendaraan hendaknya memiliki kadar alkohol dalam darah dibawah 0,02% atau 0,08%. Penghentian konsumsi alkohol setelah beberapa tahun menjadi peminum berat juga bisa berakibat fatal berupa kecemasan, disfungsi otonom, kejang, dan halusinasi.

4.1.2. Efek Etanol pada Proses Metabolisme

Etanol dalam tubuh manusia diubah menjadi asetaldehida oleh alkohol dehidrogenasi dan diubah menjadi asetil KoA oleh asetaldehida dehidrogenase. Asetil KoA adalah produk akhir dari metabolisme karbohidrat dan lemak dan menghasilkan 7 kkal per gram konsumsi. Namun, asetaldehida yang lebih beracun dari etanol merupakan penyebab utama efek samping minuman beralkohol dan terbukti dapat meningkatkan risiko terjadinya sirosis hati dan kanker.

Selama metabolisme alkohol, alkohol berebut dengan lemak untuk menggunakan NAD. NAD biasanya digunakan untuk metabolisme lemak di hati. Hal ini menyebabkan lemak menumpuk di hati yang disebut “lemak hati”. Jika terus-menerus terjadi, maka akan terjadi kematian sel dalam hepatosit. Sel-sel ini kemudian diganti dengan jaringan parut yang mengarah ke kondisi yang disebut sirosis hati.

4.2. Efek Jangka Panjang Konsumsi Etanol

Etanol dapat menyebabkan cacat pada janin karena diklasifikasikan sebagai tetratogen. Etanol juga dapat menyebabkan kanker dan tekanan darah tinggi.

5. Sejarah Etanol

Fermentasi gula menjadi etanol merupakan salah satu penemuan awal di bidang bioteknologi. Efek memabukkan akibat konsumsi etanol telah dikenal sejak zaman kuno dan telah digunakan sebagai minuman beralkohol. Bukti tertua adanya minuman beralkohol adalah di Tiongkok sekitar 9000 tahun yang lalu.

Meskipun proses distilasi telah dikenal di Yunani dan Arab, namun yang tercatat pertama kali memproduksi dari anggur adalah seorang alkemis dari School of Salerno pada abad ke-12. Yang pertama kali menyebutkan bahwa alkohol berbeda dengan campuran alkohol dan air adalah Raymon Lull.

Pada tahun 1796, seorang ahli kimia Jerman-Rusia Johann Tobias Lowitz berhasil memperoleh etanol murni dengan penyulingan. Kimiawan Perancis Antoine Lavoisier pertama kali menjelaskan bahwa etanol merupakan senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen. Namun rumus kimianya baru ditentukan pada tahun 1807 oleh Nicolas-Théodore de Saussure.

Etanol pertama kali dibuat secara sintetis pada tahun 1825 oleh Michael Faraday. Dia menemukan bahwa asam sulfat bisa menyerap gas batubara dalam jumlah besar. Dia tidak sengaja menemukan bahwa etanol dapat diproduksi dari etilena (komponen gas batubara) oleh asam-katalis hidrasi, proses yang sama dengan industri etanol sintetis saat ini.

Etanol digunakan sebagai bahan bakar lampu di Amerika Serikat pada awal 1840, tetapi pajak yang dikenakan pada industri alkohol selama Perang Saudara menyebabkan penggunaan etanol sebagai sumber energi menjadi tidak ekonomis. Pajak tersebut dicabut pada tahun 1906. Penggunaan etanol untuk bahan bakar kendaraan bermotor pertama kali dilakukan pada tahun 1908. Ford Model T dapat berjalan dengan bensin atau etanol. Etanol saat ini menjadi bahan bakar lampu spiritus.

Etanol pernah digunakan sebagai bahan bakar roket V-2 buatan Jerman pada saat Perang Dunia II dan roket Redstone yang digunakan untuk meluncurkan satelit Amerika Serikat pertama. Alkohol menjadi bahan bakar yang paling efisien untuk roket.

6. Sifat Etanol

6.1. Sifat Fisik Etanol

Etanol adalah cairan tidak berwarna yang mudah menguap dan sedikit berbau. Etanol terbakar dengan api biru tanpa asap yang tidak selalu terlihat dalam cahaya normal. Sifat fisik etanol berasal dari kelompok hidroksil. Gugus hidroksil etanol dapat ikut dalam ikatan hidrogen.

6.2. Sifat Pelarut Etanol

Etanol adalah pelarut serbaguna karena dapat larut dengan air dan dengan banyak jenis pelarut organik termasuk asam asetat, aseton, benzena, karbon tetraklorida, kloroform, dietil eter, etilena glikol, gliserol, nitrometana, piridin, dan toluena. Etanol juga dapat larut dengan hidrokarbon alifatik ringan seperti pentana dan heksana serta dengan klorida alifatik seperti trikloroetan dan tetrakloroetil.

6.3. Sifat Mudah Terbakar Etanol

40% larutan etanol dalam air akan terbakar jika dipanaskan sampai sekitar 26 °C. Titik nyala etanol murni adalah 16,60 °C, kurang dari rata-rata suhu kamar. Minuman beralkohol yang memiliki konsentrasi etanol rendah dapat terbakar jika terkena api atau percikan listrik. Titik nyala anggur biasa yang mengandung 12,5% etanol adalah sekitar 52 °C. Efek wajan yang terbakar pada saat koki memasak disebut Flambé.

7. Produksi Etanol

Etanol dapat diproduksi baik secara petrokimia melalui hidrasi etilena maupun secara biologis dengan fermentasi gula dengan ragi.

7.1. Hidrasi Etilen

Etanol yang ditujukan untuk penggunaan industri sering dihasilkan dari etilena. Etanol yang digunakan sebagai bahan baku industri atau pelarut (terkadang disebut etanol sintetis) terbuat dari proses petrokimia dengan reaksi kimia:

C₂H₄ + H₂O → CH₃CH₂OH

Katalis yang paling umum adalah asam fosfat dan pertama kali digunakan oleh Shell Oil Company pada tahun 1947.

7.2. Fermentasi Etanol

Etanol yang digunakan dalam minuman beralkohol dan bahan bakar diproduksi melalui proses fermentasi. Ketika spesies ragi seperti Saccharomyces cerevisiae melakukan metabolisme pada gula maka akan menghasilkan etanol dan karbon dioksida dengan reaksi kimia:

C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂

8. Penelitian Etanol

Penelitian tentang produksi etanol mencakup bahan bakar alternatif, katalis baru, dan proses kimia baru.

9. Pemurnian Etanol

Proses produksi etanol menghasilkan campuran etanol-air. Untuk penggunaan industri dan bahan bakar, etanol harus dimurnikan. Distilasi fraksional dapat menghasilkan etanol berkonsentrasi 95,6% dan tidak dapat dimurnikan lebih jauh lagi. Saringan molekul dapat digunakan untuk menyerap larutan etanol sampai 95,6%. Membran dan osmosis juga dapat digunakan untuk memisahkan etanol dari air.

10. Derajat Kadar Etanol

Etanol tersedia dalam beberapa kadar kemurnian tergantung pada proses produksinya. Terdapat etanol murni yang sangat menyebabkan mabuk, alkohol absolut yang mengandung kurang dari 1% air (tidak untuk dikonsumsi manusia), dan spiritus yang mengandung 4% air.

11. Reaksi Etanol

Etanol diklasifikasi sebagai sebuah alkohol primer yang berarti bahwa karbon hidroksil yang melekat setidaknya memiliki dua atom hidrogen yang melekat padanya juga. Banyak reaksi etanol yang terjadi pada gugus hidroksil.

11.1. Pembentuk Ester

Dengan adanya katalis asam, etanol bereaksi dengan asam karboksilat untuk menghasilkan etil ester dan air dengan reaksi:

RCOOH + HOCH₂CH₃ → RCOOCH₂CH₃ + H₂O

Reaksi yang dilakukan pada industri skala besar ini memerlukan penghapusan air dari campuran reaksi setelah dibentuk. Ester bereaksi dengan asam atau bahasa untuk mengembalikan alkohol dan garam.

11.2. Dehidrasi Etanol

Asam kuat menyebabkan terjadinya dehidrasi parsial etanol. Jika suhu dehidrasi melebihi sekitar 160 °C, dehidrasi penuh akan terjadi dan etilen menjadi produk utamanya.

CH₃CH₂OH → H2C=CH2 + H₂O (above 160 °C)

11.3. Pembakaran Etanol

Pembakaran sempurna etanol menghasilkan karbon dioksida dan air dengan reaksi:

C₂H₅OH (l) + 3 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H₂O (liq); −ΔH_c = 1371 kJ/mol = 29.8 kJ/g = 327 kcal/mol = 7.1 kcal/g

C₂H₅OH (l) + 3 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H₂O (g); −ΔH_c = 1236 kJ/mol = 26.8 kJ/g = 295.4 kcal/mol = 6.41 kcal/g

11.4. Kimia Asam Basa

Etanol adalah molekul detral dengan pH larutan etanol dalam air hampir 7. Etanol dapat dikonversi menjadi basa konjugasi melalui reaksi dengan logam alkali seperti natrium hidrida:

2 CH₃CH₂OH + 2 Na → 2 CH₃CH₂ONa + H₂

Atau dengan yang lebih kuat seperti natrium hidrida:

CH₃CH₂OH + NaH → CH₃CH₂ONa + H₂

11.5. Halogenasi

Etanol bereaksi dengan hidrogen halida menghasilkan etil halida seperti etil klorida dan etil bromida melalui reaksi SN2:

CH₃CH₂OH + HCl → CH₃CH₂Cl + H₂O

11.6. Oksidasi

Etanol dapat dioksidasi menjadi asetildehida dan selanjutnya dioksidasi menjadi asam asetat bergantung pada reaktan dan kondisi. Oksidasi semacam ini tidak diperlukan dalam industri, tetapi di dalam tubuh manusia, reaksi oksidasi ini dikatalisis oleh hati. Produk hasil oksidasi etanol yaitu asam asetat, merupakan zat nutrisi bagi manusia dan menjadi asetil KoA yang dapat dijadikan energi.

12. Kegunaan Lain Etanol

Penggunaan etanol terbesar adalah sebagai bahan bakar kendaraan bermotor, bahan bakar roket, pesawat, pembangkit listrik, dll. Produksi etanol dunia pada tahun 2006 mencapai 51 gigaliter dengan 69% diantaranya berasal dari Brazil dan Amerika Serikat. Lebih dari 20% mobil di Brazil menggunakan 100% bahan bakar etanol. Etanol dari Amerika Serikat sebagian besar berasal dari jagung. Sorgum juga berpotensi untuk dijadikan etanol.

Bahan bakar etanol tidak menimbulkan asap sehingga dapat digunakan untuk membuat tungku penghangat di dalam ruangan. Etanol juga menghasilkan sedikit karbon dioksida dan menggunakan sedikit oksigen.

Etanol telah digunakan secara luas sebagai pelarut zat aroma, perasa, pewarna, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol menjadi pelarut dan bahan baku untuk melakukan sintesis.

Etanol juga digunakan sebagai antiseptik dan sabun cuci tangan antibakteri karena dapat membunuh organisme mikro dengan cara memisahkan lemak dan proteinnya. Antiseptik ini efektif untuk membunuh sebagian besar bakteri, jamur, dan beberapa jenis virus. Namun tidak efektif untuk memusnahkan spora bakteri.

Etanol dapat larut dengan air sehingga dapat dijadikan larutan untuk cat, parfum, dan deodorant.