Ilmetanolo, noto anche comealcol metilico,carbinòlo o anticamente comespirito di legno,[3], è unalcol la cuiformula chimica è CH3OH o anche MeOH, dove Me è il simbolo delmetile (CH3−).[4]
Il metanolo è il più semplice degli alcoli e, non avendo nessun atomo di carbonio unito al carbonio ossidrilico, non rientra nella classificazione degli alcoli come primari, secondari o terziari. Come tale, è l'unico alcool che può essere facilmenteossidato fino adanidride carbonica,[5][6] mentre i primari arrivano adacidi carbossilici, i secondari achetoni e per i terziari occorrerebbero condizioni più drastiche che permettano di scindere un legame C−C.[7]
A temperatura ambiente, si presenta come un liquido mobile, incolore e dall'odore alcolico caratteristico, dolce e acuto. È molto volatile ed estremamente infiammabile. Brucia all'aria con una fiamma pressoché invisibile.[8]
Il vecchio nome del metanolo era "carbinolo", e il metanolo stesso venne preso come capostipite di una nomenclatura degli alcoli,[10] facendoli derivare da esso per sostituzione di 1, 2, o 3 idrogeni del metile con gruppi alchilici; l'etanolo, ad esempio, era dettometilcarbinolo, il2-butanoloetilmetilcarbinolo e l'alcool benzilico ilfenilcarbinolo.[11]
L'atomo dicarbonio,ibridatosp3, è al centro di untetraedro irregolare, i cui vertici sono occupati dall'atomo diossigeno e dai tre atomi diidrogeno direttamente legati ad esso.
Lacostante dielettrica del liquido è notevole per unsolvente organico e ammonta aεr = 33,30 ± 0,02; al confronto si ha: 79,99 ± 0,04 per l'acqua e 25,02 ± 0,02 per l'etanolo.[14] In fase liquida le molecole di metanolo formano con le vicinelegami idrogeno, sebbene meno numerosi che nel caso dell'acqua liquida, per la presenza del metile al posto di un H, metile che non può fare legami idrogeno. I legami idrogeno vanno persi nell'evaporazione e infatti ilcalore di evaporazione del metanolo ( ΔHvap = 37,43 kJ/mol) risulta inferiore a quello dell'acqua (ΔHvap = 40,66 kJ/mol).[15]
I legami C–H, il legame C–O e il legame O−H hanno lunghezze molto simili ai loro valori normali, 109 pm, 143 pm e 96 pm, rispettivamente.[18] Anche gli angoli, molto vicini al valore dell'angolo tetraedrico di 109,5°, si accordano con l'ibridazione di tiposp3 dell'atomo di carbonio centrale.
Ilgas di sintesi è prodotto a partire dalmetano contenuto nelgas naturale. A moderate pressioni di 10-20 bar 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:
Questa reazione endotermica (ΔH°= 49,3 kcal/mol; 206 kJ/mol), è comunemente chiamatasteam methane reforming (SMR). Il metano può anche parzialmente ossidarsi con ossigeno molecolare per la produzione di syngas, come mostra la seguente equazione:
Questa reazione è esotermica (ΔH°= -17 kcal/mol; -71,1 kJ/mol) e il calore generato può essere utilizzatoin 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:
e fornire la giusta stechiometria per la reazione di sintesi del metanolo. Ilmonossido 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 dalleImperial Chemical Industries. A pressioni di 50-101 bar e temperature di 250 °C, la reazione catalitica produce metanolo con elevata selettività:
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
Doveσ rappresenta un sito della superficie delcatalizzatore.
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:
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 inCina. Inoltre, anche la maturità delle tecnologie disponibili legate allebiomasse rendono possibili la produzione di metanolo.
combustibile per motori (ad es. viene usato nei motori automobilistici per le gare di formulaIndyCar e nelle gare dei dragster); nei micromotori per il modellismo dinamico (aeromodellismo, RC auto e navale), miscelato con olio vegetale di ricino (in percentuali 5%-20%), oppure olii a base sintetica (in percentuale 2%-10%), eventualmente anche con una piccola percentuale dinitrometano (in percentuale 1%-25% al max.);
come componente principale (60%) delMethacarn (un liquido fissativo alcolico);
in Islanda viene anche utilizzato come mezzo di stoccaggio per l'energia elettrica geotermica,[19] sintetizzandolo a partire da idrogeno ottenuto per idrolisi e da anidride carbonica;
come additivoillegale, per sofisticare ilvino, poiché altamentetossico (porta ad avvelenamento, cecità e/o morte anche in piccole quantità);
viene impiegato per la produzione di energia elettrica attraverso le fuel-cell.[20]
In Indonesia, il metanolo dicontrabbando è conosciuto come Arak, più economico e meno regolato dell'alcool legale. Può essere distillato dalla palma e dallanoce di cocco, nonché dallacanna da zucchero. Ha unagradazione alcolica che va dal 30 al 50% e una colorazione chiara. Si stima che ogni anno tra i 10 e i 20 indonesiani muoiano di avvelenamento da metanolo.[21]
In Italia, nel 1986, grande scandalo provenne dall'avvelenamento di decine di persone (alcune delle quali persero la vita o rimasero invalide) per via dell’addizionamento del vino col metanolo, attuato da alcune aziende agricole e di distribuzione del Piemonte.[22]
