Ηλιανθίνη

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Ηλιανθίνη
Methyl-orange-2D-skeletal.png
Methyl-orange-3D-vdW.png
Methyl-orange-sample.jpg
Γενικά
Όνομα IUPAC 4-διμεθυλ-αμινο-αζω-βενζενο-4'-σουλφανιλικό νάτριο
Άλλες ονομασίες πορτοκαλί του μεθυλίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C14H14N3NaO3S
Μοριακή μάζα 327,33 g/mol
Αριθμός CAS 547-58-0
SMILES [Na+].CN(C)c2ccc(/N=N/c1ccc
(cc1)S([O-])(=O)=O)cc2
InChI 1S/C14H15N3O3S.Na/c1-17(2)13-7-3-11(4-8-13)

15-16-12-5-9-14(10-6-12)21(18,19)
20;/h3-10H,1-2H3,(H,18,19,20);/q;+1/p-1

Αριθμός EINECS 208-925-3
Αριθμός RTECS DB6327000
PubChem CID 11036
ChemSpider ID 16736152
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης >300 °C
Σημείο βρασμού αποσυντίθεται
Πυκνότητα 1,28 g/cm3
Διαλυτότητα
στο νερό
ευδιάλυτη (200 mg/L)[1]
Διαλυτότητα
σε άλλους διαλύτες
αδιάλυτη στην αιθανόλη
αδιάλυτη στο διαιθυλαιθέρα
λίγο διαλυτή στην πυριμιδίνη
Τάση ατμών 1,507×10-13 Pa[1]
Εμφάνιση πορτοκαλοκίτρινη κρυσταλλική σκόνη
Χημικές ιδιότητες
pI 3,7
Επικινδυνότητα
ΕρεθιστικόΤοξικό
Φράσεις κινδύνου 22, 23, 24, 25, 36, 37, 38
Φράσεις ασφαλείας 26, 36, 37, 37, 45
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
1
0
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Ηλιανθίνη ή πορτοκαλί του μεθυλίου (methyl orange) είναι η εμπειρική ονομασία της οργανικής χημικής ένωσης που, σύμφωνα με την κατά IUPAC ονοματολογία, ονομάζεται 4-διμεθυλ-αμινο-αζω-βενζενο-4'-σουλφανιλικό νάτριο[Σημ. 1]. Η ένωση έχει και ονομασίες όπως[1] 4-(4-(διμεθυλ-αμινο)φαινυλ-αζω)βενζενο-σουλφανιλικό νάτριο, p-διμεθυλ-αμινο-αζω-βενζενο-σουλφανιλικό νάτριο, το μετά νατρίου άλας του p-((p-(διμεθυλ-αμινο)φαινυλ)αζω)βενζενο-σουλφανιλικού οξέος κ.ά. Επίσης η ουσία διατίθεται στο εμπόριο και με διάφορες εμπορικές επωνυμίες όπως[2] C.I. 13025, acid orange 52, orange III, C.I. acid orange 52, tropaeolin D, orange 3, gold orange, helianthine b κ.ά.
Έχει μοριακό τύπο C14H14N3NaO3S και % w/w σύσταση C 51,37%, H 4,31%, N 12,84%, Na 7,02%, O 14,66%, S 9,80%. Ανήκει στις αζωενώσεις[Σημ. 2], στα αζωχρώματα, και χρησιμοποιείται κυρίως ως δείκτης σε ογκομετρήσεις ασθενών βάσεων από ισχυρά οξέα, στην εκτίμηση της αλκαλικότητας των υδάτων, στις αναλύσεις βρωμιούχων ιόντων, οξαλικού και μηλονικού οξέος καθώς και σε βαφές και εκτυπώσεις υφασμάτων[3][4].

Παρασκευή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ηλιανθίνη παρασκευάζεται από σουλφανιλικό νάτριο (H2N-Ar-SO3Na), νιτρώδες νάτριο (NaNO2) και διμεθυλ-ανιλίνη (Ar-NMe2)[3]: Το σουλφανιλικό νάτριο αντιδρά με το νιτρώδες νάτριο παρουσία θειικού οξέος[5] οπότε προκύπτει άλας του διαζωτωμένου σουλφανιλικού νατρίου, NaO3S—Ar—N=N+HSO4.

Sulfanilic+H2SO4+NaNO2.svg

Από τη σύζευξη του άλατος αυτού με τη διμεθυλ-ανιλίνη προκύπτει η ηλιανθίνη ενώ παράγεται και θειικό οξύ[6] :

Methyl orange2.svg

Φυσικά χαρακτηριστικά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ηλιανθίνη είναι σκόνη με πορτοκαλί χρώμα και ασθενή χαρακτηριστική οσμή. Το υδατικό της διάλυμα (δείκτης) είναι άοσμο. Στο νερό η διαλυτότητά της στους 25°C είναι 200 mg/L αλλά είναι περισσότερο διαλυτή στο ζεστό νερό. Είναι πρακτικά αδιάλυτη στην αιθανόλη (0,3 mg/mL), στον αιθέρα και ελάχιστα διαλυτή στην πυριμιδίνη. Η διαλυτότητά της στη 2-μεθοξυ-αιθανόλη είναι 20 mg/mL. Επειδή είναι ιοντική ένωση, δεν είναι πτητική. Επίσης δε βιοδιασπάται, ενώ η εντερική μικροχλωρίδα μπορεί να τη μεταβολίσει σε αναερόβιες συνθήκες προς N,N-διμεθυλο-φαινυλο-διαμίνη[3].

Η ηλιανθίνη ως δείκτης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ηλιανθίνη είναι σταθερή ένωση γιατί είναι αρωματικό παράγωγο που περιέχει τη χρωμοφόρο αζωομάδα (-Ν=Ν-) η συζυγία της οποίας με τους αρωματικούς δακτυλίους δημιουργεί "διασπορά" του φορτίου[6]. Οι αζωενώσεις είναι όλες έγχρωμες ενώσεις με διάφορα χρώματα, σχεδόν σε όλο το φάσμα του ορατού φωτός, όπως έντονο κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο, μπλε ακόμα και πράσινο ανάλογα με την ακριβή δομή του μορίου. Λόγω του χρώματός τους οι αζωενώσεις έχουν μεγάλη σημασία ως χρωστικές ουσίες ενώ υπολογίζεται ότι αποτελούν το ήμισυ των χρωστικών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία[7]. Οι περισσότεροι δείκτες της ομάδας των αζωχρωμάτων, επομένως και η ηλιανθίνη, παρουσιάζουν μεταβολή χρώματος από το ερυθρό προς το κίτρινο καθώς αυξάνεται η αλκαλικότητα του διαλύματος. Η αλλαγή του χρώματος συνήθως είναι στην όξινη περιοχή (pH < 7).

Επιλογή ως δείκτη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ένα από τα είδη ογκομετρικής μεθόδου ανάλυσης είναι και οι ογκομετρήσεις οξέων-βάσεων[Σημ. 3] οι οποίες περιλαμβάνουν την οξυμετρία, κατά την οποία προσδιορίζεται η περιεκτικότητα ενός διαλύματος σε βάση με χρήση πρότυπου διαλύματος οξέος και την αλκαλιμετρία κατά την οποία προσδιορίζεται η περιεκτικότητα ενός διαλύματος σε οξύ με τη χρήση πρότυπου διαλύματος βάσης. Ο δείκτης στις ογκομετρήσεις αυτές προστίθεται αρχικά στο άγνωστο διάλυμα και δε μετέχει στην αντίδραση της ογκομέτρησης[8].
Η ηλιανθίνη έχει pK = 3,7 και θεωρητικά θα άλλαζε χρώμα σε περιοχή pH 3,7±1 δηλ. από 2,7 έως 4,7. Πρακτικά αλλάζει χρώμα όταν το pH βρίσκεται μεταξύ 3,0 και 4,4[Σημ. 4]. Άλλωστε το ανθρώπινο μάτι αδυνατεί να αντιληφθεί την απειροελάχιστη αλλαγή χρώματος που γίνεται μεταξύ pH 2,7 και 3,0 ή μεταξύ 4,4 και 4,7. Επομένως θα πρέπει το διάλυμα που θα προκύψει από την πλήρη αντίδραση του οξέος με τη βάση να έχει pH (λέγεται pH ισοδύναμου σημείου ή απλά ισοδύναμο σημείο) στην περιοχή αλλαγής χρώματος της ηλιανθίνης δηλ. μεταξύ 3,0 και 4,4 έτσι ώστε να γίνει αντιληπτή η πλήρης εξουδετέρωση από την αλλαγή του χρώματος. Αν το ισοδύναμο σημείο είναι εκτός των ορίων pH αλλαγής χρώματος του δείκτη (το pH αλλαγής χρώματος του δείκτη λέγεται pH τελικού σημείου ή απλά τελικό σημείο) τότε δε θα αντιληφθούμε το τέλος της αντίδρασης.

Καμπύλη ογκομέτρησης ασθενούς βάσης με ισχυρό οξύ. Το ισοδύναμο σημείο έχει pH μεταξύ 3,0 και 4,4 και επομένως ενδείκνυται ως δείκτης η ηλιανθίνη

Επομένως η ηλιανθίνη ενδείκνυται να χρησιμοποιείται στις ογκομετρήσεις ασθενών βάσεων όπως πχ η αμμωνία (ΝΗ3) με πρότυπο διάλυμα ισχυρού οξέος όπως πχ το υδροχλωρικό οξύ (HCl) (οξυμετρία) αλλά και στην ογκομέτρηση του θειικού οξέος (H2SO4) με ισχυρή βάση όπως πχ. το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) (αλκαλιμετρία)[8].
Έτσι, στην πρώτη περίπτωση όταν αντιδράσει πλήρως η ΝΗ3 με το HCl:

HCl + NH3 \longrightarrow NH4Cl

το διάλυμα που προκύπτει περιέχει μόνο το άλας το οποίο διίσταται πλήρως:

NH4Cl \longrightarrow NH4+ + Cl

και το κατιόν αμμωνίου δρα ως ασθενές οξύ παρέχοντας υδροξώνια:

NH4+ + H2O \rightleftharpoons NH3 + H3O+

κατεβάζοντας το pH στην όξινη περιοχή.
Στη δεύτερη περίπτωση, η αλλαγή του χρώματος του δείκτη αναφέρεται στο τέλος της αντίδρασης :

NaOH + H2SO4 \longrightarrow NaHSO4 + H2O

οπότε το όξινο άλας διιστάμενο:

NaHSO4 \longrightarrow Na+ + HSO4

δίνει όξινα θειικά ανιόντα τα οποία υδρολυόμενα :

HSO4 + H2O \rightleftharpoons SO4= + H3O+

καθιστούν το τελικό διάλυμα όξινο.

Καμπύλη ογκομέτρησης Na2CO3 με HCl

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ογκομέτρηση διαλύματος ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) με αραιό υδροχλωρικό οξύ (HCl)[9] που μπορεί να γίνει με δύο δείκτες. Εάν χρησιμοποιηθεί φαινολοφθαλεΐνη ή ηλιανθίνη, και οι δύο θα δώσουν έγκυρο αποτέλεσμα της τιτλοδότησης - αλλά η ποσότητα (σε mL) οξέος που θα έχει προστεθεί μέχρι την αλλαγή χρώματος της φαινολοφθαλεΐνης (κόκκινη → άχρωμη) θα είναι ακριβώς η μισή από την ποσότητα του οξέος που θα έχει προστεθεί μέχρι να αλλάξει χρώμα η ηλιανθίνη (κίτρινη → κόκκινη). Αυτό συμβαίνει διότι η φαινολοφθαλεΐνη τελειώνει την αλλαγή χρώματός της σε pH ακριβώς στο ισοδύναμο σημείο του πρώτου σταδίου της αντίδρασης κατά το οποίο παράγεται όξινο ανθρακικό νάτριο :

Na2CO3 + HCl \longrightarrow NaCl + NaHCO3

Η ηλιανθίνη αλλάζει χρώμα ακριβώς στο pH του ισοδύναμου σημείου του δεύτερου σταδίου της αντίδρασης :

NaHCO3 + HCl \longrightarrow NaCl + CO2 + H2O

Προετοιμασία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Για την προετοιμασία υδατικού διαλύματος δείκτη 0,1 % w/w διαλύεται 1 g σκόνης ηλιανθίνης σε λίγο νερό[Σημ. 5]. Το μίγμα μεταφέρεται σε ογκομετρική φιάλη 1 L και συμπληρώνεται με νερό μέχρι τη χαραγή. Ας σημειωθεί ότι η διάλυση δεν είναι και τόσο εύκολη και θα πρέπει να ακολουθήσει θέρμανση ή αναμονή μέχρι την άλλη μέρα[10].

Μηχανισμός δράσης - Αλλαγή χρώματος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε αλκαλικό περιβάλλον η ηλιανθίνη έχει κίτρινο χρώμα αλλά σε όξινο περιβάλλον υφίσταται η δυνατότητα πρωτονίωσης ενός ατόμου αζώτου της αζωομάδας (-Ν=Ν-) λόγω του υπάρχοντος ελεύθερου ζεύγους ηλεκτρονίων. Όταν σχηματιστεί το κατιόν (3), τότε υπάρχει η δυνατότητα σχηματισμού μεσομερών μορφών λόγω μετατόπισης των ηλεκτρονίων από το άζωτο της διμεθυλαμινο-ομάδας, οπότε και λαμβάνεται η κινοειδής μορφή (συζυγιακό σύστημα) και παρατηρείται το κόκκινο χρώμα στην όξινη πλέον περιοχή[11].

Methyl orange mechanism.svg

Το κυριότερο μειονέκτημα της ηλιανθίνης είναι ότι η αλλαγή του χρώματός της απαιτεί κάποια εξοικείωση προς το μεταβατικό χρώμα από τον πειραματιστή.

Δείκτης Χρώμα
(σε όξινο περιβάλλον)
Μεταβολή Χρώμα

(σε βασικό περιβάλλον)

Ηλιανθίνη σε
υδατικό διάλυμα
Κόκκινο 3,1 - 4,4 Κίτρινο

Η ηλιανθίνη αλλάζει χρώμα σε διαφορετική περιοχή pH όταν παρασκευάζεται όχι ως υδατικό διάαλυμα αλλά ως διάλυμα σε κυανόλη του ξυλενίου :

Δείκτης Χρώμα
(σε όξινο περιβάλλον)
Μεταβολή Χρώμα

(σε βασικό περιβάλλον)

Ηλιανθίνη σε διάλυμα
κυανόλης του ξυλενίου
Ιώδες 3,2 - 4,2 Πράσινο

Τοξικότητα - Προφυλάξεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ηλιανθίνη είναι τοξική σε περίπτωση κατάποσης, εισπνοής ή απορρόφησης μέσω του δέρματος. Προκαλεί ερεθισμούς στα μάτια, στο δέρμα και στο αναπνευστικό σύστημα. Είναι απαραίτητα τα γυαλιά ασφαλείας ενώ πρέπει να αποφεύγεται η εισπνοή της σκόνης. Η τοξική δόση LD50[Σημ. 6] σε αρουραίους από το στόμα είναι 60 mg/Kg σωματικού βάρους, ενώ για τα ποντίκια η ενδοπεριτοναϊκή δόση είναι 101 mg/Kg σωματικού βάρους[2].

Σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Αντι για βενζενο- μπορεί να γραφεί και βενζολο-
  2. Μπορεί να θεωρηθεί και παράγωγο του σουλφανιλικού οξέος, HO3S-Ar-NH2
  3. Τα άλλα είδη είναι οι ογκομετρήσεις καθίζησης, οι συμπλοκομετρικές ογκομετρήσεις και οι οξειδοαναγωγικές ογκομετρήσεις
  4. Ας σημειωθεί ότι στους 100°C η περιοχή αλλαγή χρώματος είναι 2,5 - 3,7
  5. Κανονικά το νερό που χρησιμοποιείται στην παρασκευή οποιουδήποτε υδατικού διαλύματος στη Χημεία πρέπει να είναι απεσταγμένο και μάλιστα δις-απεσταγμένο για να μην περιέχει άλατα. Τέτοιο νερό παίρνουμε με απόσταξη δηλ. βρασμό και υγροποίηση των υδρατμών, πρακτική που δεν είναι πάντα εύκολο να γίνει. Μπορεί να είναι όμως και απιονισμένο δηλ. που περιέχει μόνο ιόντα Na+, K+ όχι όμως Ca2+, Mg2+, Fe3+ κ.ά., το οποίο το βρίσκουμε εύκολα στα καταστήματα. Καλό είναι να αποφεύγεται λοιπόν το νερό της βρύσης εκτός αν δεν έχουμε άλλη λύση
  6. Η LD50 είναι τυποποιημένη μέτρηση για την έκφραση και τη σύγκριση της τοξικότητας των χημικών ουσιών. Είναι η δόση που σκοτώνει τα μισά (50%) των ζώων που ελέγχθηκαν (LD = lethal dose, θανατηφόρα δόση). Τα ζώα είναι συνήθως αρουραίοι ή ποντίκια, αν και χρησιμοποιούνται επίσης κουνέλια, ινδικά χοιρίδια και χάμστερ

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 1,0 1,1 1,2 United States National Library of Medicine. ChemIDplus Lite
  2. 2,0 2,1 Oxford University HSci web site
  3. 3,0 3,1 3,2 Hazardous Substances Data Bank(HSDB). Methyl orange
  4. The Merck Index
  5. V. M. Ivanov (2004). "The 125th Anniversary of the Griess Reagent". Journal of Analytical Chemistry 59 (10): 1002–1005. doi:10.1023/B:JANC.0000043920.77446.d7.  Translated from V. M. Ivanov (2004). Zhurnal Analiticheskoi Khimii 59 (10): 1109–1112. 
  6. 6,0 6,1 Νίκος Α. Πετάσης (Θεσσαλονίκη, 1982). Ασκήσεις & προβλήματα Οργανικής Χημείας (Α' Ανατύπωση έκδοση). UNIVERSITY STUDIO PRESS. 
  7. R. T. Morrison, R. N. Boyd (1991). (Μετάφραση Σακαρέλλος-Πηλίδης-Γεροθανάσης). επιμ. Οργανική Χημεία (Β' Τόμος) (4η έκδοση). Γραφείο Εκτυπώσεων Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. 
  8. 8,0 8,1 Γ. Ε. Μανουσάκης (1980). Γενικές Εργαστηριακές Ασκήσεις Ανόργανης Χημείας. Αφοι Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη. 
  9. Acid-Base Indicators
  10. 2o EKΦΕ ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ
  11. Γεώργιος Σ. Βασιλικιώτης (Θεσσαλονίκη 1977). «Κεφάλαιον όγδοον. Δείκται Αλκαλιμετρίας-Οξυμετρίας». Αναλυτική Χημεία. ΠΟΣΟΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΙΣ. τεύχος πρώτον (2η έκδοση). 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]