Metanolo

Metanolo
Nome IUPAC
metanolo
Nomi alternativi
alcol metilico carbinolo spirito di legno
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	CH3OH
Massa molecolare (u)	32,042
Aspetto	liquido incolore
Numero CAS	[67-56-1]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)	0,79
Indice di rifrazione	1,3288
Temperatura di fusione (K)	176 (-97 °C)
Temperatura di ebollizione (K)	337,8 (64,7 °C)
ΔebH0 (kJ·mol−1)	37,4
Punto critico	513 K (240 °C) 7,85 × 106 Pa (78,5 bar)
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	-239,2
ΔfG0 (kJ·mol−1)	-166,6
S0m(J·K−1mol−1)	126,8
C0p,m(J·K−1mol−1)	81,1
Indicazioni di sicurezza
Flash point (K)	284 (11 °C)
Limiti di esplosione	7 - 44% vol.
Temperatura di autoignizione (K)	728 (455 °C)
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	225 - 301 - 311 - 331 - 370
Consigli P	210 - 233 - 280 - 309+310 - 302+352 - 311

Il metanolo è il più semplice degli alcoli, noto anche come alcol metilico o spirito di legno, la sua formula chimica è CH₃OH (o, abbreviata, MeOH), il suo numero CAS è 67-56-1.

L'atomo di carbonio è al centro di un tetraedro grossomodo regolare i cui vertici sono occupati dall'atomo di ossigeno e dai tre atomi di idrogeno direttamente legati ad esso.

A temperatura ambiente, si presenta come un liquido incolore dall'odore caratteristico. È molto volatile ed estremamente infiammabile. La fiamma di metanolo è invisibile.

È completamente solubile in molti solventi organici, quali il cloroformio, ed in acqua.

Usi

Trova largo utilizzo come:

• solvente (ad esempio per la diluizione di vernici e nella lucidatura dei mobili);
• reagente in processi chimici industriali;
• combustibile (ad esempio viene usato nella NASCAR, nella Indy Racing League e nel modellismo dinamico miscelato con olio di ricino o a base sintetica più una piccola percentuale di nitrometano).
• come componente principale (60%) del Methacarn (un liquido fissativo alcolico).
• utilizzato illegalmente, perché tossico, per sofisticare il vino.

Produzione

Il gas di sintesi è prodotto a partire dal metano contenuto nel gas naturale. A moderate pressioni di 10-20 atm e temperature elevate (circa 850 °C), il metano reagisce con il vapore d'acqua con un catalizzatore di nichel producendo syngas in base alla formula:

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Questa reazione endotermica (ΔH°= 49.3 kcal/mol), è comunemente chiamata SMR (steam methane reforming). Il metano può anche parzialmente ossidarsi con ossigeno molecolare per la produzione di syngas, come mostra la seguente equazione:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

Questa reazione è esotermica (ΔH°= -17 kcal/mol) e il calore generato può essere utilizzato in situ per la reazione SMR. Quando le due reazioni sono combinate, il processo è denominato reforming autotermico. Il rapporto tra CO e H₂ può essere regolato in una certa misura con la reazione di water gas shift:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

e fornire la giusta stechiometria per la reazione di sintesi del metanolo. Il monossido di carbonio e l'idrogeno, quindi reagiscono in un secondo reattore catalitico, producendo il metanolo. Oggi il catalizzatore più largamente utilizzato è una miscela di rame, ossido di zinco e allumina, impiegata per la prima volta nel 1966 dalle Imperial Chemical Industries. A pressioni di 50-100 atm e temperature di 250 °C, la reazione catalitica produce metanolo con elevata selettività:

CO + 2 H₂ → CH₃OH

Il modello microcinetico della reazione catalitica è:

• Adsorbimento
  • H₂ + 2σ → 2 Hσ
  • CO + σ → COσ
  • CO₂ + σ → CO₂σ
• Reazione superficiale
  • CO₂σ + Hσ → HCOOσ + σ
  • HCOOσ + Hσ → H₂COOσ + σ
  • H₂COOσ + Hσ → CH₃Oσ + Oσ
  • CH₃Oσ + Hσ → CH₃OHσ + σ
• Desorbimento
  • CH₃OHσ → CH₃OH + σ
• Rigenerazione del catalizzatore
  • COσ + Oσ → CO₂ + 2σ
  • 2 Hσ + Oσ → H₂O + 3σ

Dove σ rappresenta la superficie del catalizzatore.

La produzione di gas di sintesi da metano produce 3 moli di idrogeno per ogni mole di monossido di carbonio, mentre la sintesi di metanolo consuma solo 2 moli di idrogeno per ogni mole di monossido di carbonio. Un modo di utilizzare l'eccesso di idrogeno è quello di iniettare anidride carbonica all'interno del reattore di sintesi del metanolo, dove, avviene anche la seguente reazione:

CO₂ + 3 H₂ → H₂O + CH₃OH

Anche se il gas naturale è la materia prima più economica e largamente usata per la produzione di metanolo, altre materie prime possono essere usate. Il carbone è sempre più utilizzato come materia prima per la produzione di metanolo, in particolare in Cina. Inoltre, anche la maturità delle tecnologie disponibili legate alle biomasse rendono possibili la produzione di metanolo.

Precauzioni

Il metanolo è tossico e induce depressione del sistema nervoso centrale mentre i suoi metaboliti (formaldeide e acido formico) sono responsabili di danni al nervo ottico e alla retina. La dose letale per un essere umano varia da 0,3 ad 1 g per kg di peso corporeo.

È da sottolineare che durante il processo di distillazione per la preparazione di bevande alcoliche, se non viene mantenuta sotto controllo la temperatura, si può produrre metanolo oltre al desiderato alcool etilico. Per questa ragione la frazione che si ottiene per prima, detta testa, viene eliminata in quanto ricca di metanolo, più volatile dell'etanolo.

Bibliografia

• Klaus Weissermel; Hans-Jürgen Arpe, Charlet R. Lindley, Industrial organic chemistry, 4 (in inglese), Wiley-VCH, 2003, pp. 30-37. ISBN 3-527-30578-5

Voci correlate

• Avvelenamento da metanolo
• Reformer a metanolo
• Scandalo del vino al metanolo in Italia

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