Artikkel
Metüleensinise keemia: struktuur, valem, omadused ja nimetused
Metüleensinine tähendab tavaliselt metüültioniiniumkloriidi, soola, mis sisaldab positiivselt laetud orgaanilist värvainet ja kloriidset vastasiooni. Veevaba soola valem on C₁₆H₁₈ClN₃S ja valemile vastav molaarmass ligikaudu 319.85 g/mol. Kristallvesi muudab kaalutava materjali massi, muutmata selle värvaine katiooni identiteeti.
See eristus selgitab mitut näilist vastuolu kemikaalikataloogides. Kirje võib õigesti näidata soola kogulaenguks nulli, kirjeldades samal ajal värvainet katioonsena. Teine kataloog võib anda väärtuseks 373.90 g/mol, sest selles kirjeldatud materjal on trihüdraat. Enne omaduse kasutamist tee kindlaks, mida arv kirjeldab.
Nimetused kirjeldavad materjali eri tasandeid
ChEBI metüleensinise kirje määratleb kloriidsoola, annab CAS-numbri 61-73-4 ning sisaldab nimetusi metüültioniiniumkloriid, Basic Blue 9 ja C.I. 52015. Selle süstemaatiline nimetus on 3,7-bis(dimetüülamino)fenotiasiin-5-iumkloriid.
Nimetus metüültioniinium ilma sõnata „kloriid” tähistab orgaanilist katiooni. Hüdraadi märge lisab veel ühe eristuse: metüleensinikloriid, millega on tahkes aines seotud kindlaksmääratud kogus vett. Ostuspetsifikatsioonis märgi koos täielik keemiline nimetus, valem, hüdraadivorm ja tarnija tunnus. Ära tugine üksnes värvi nimetusele. Metüülsinise ja sarnase nimetusega värvainete võrdlus selgitab, miks sarnased nimetused võivad tähistada erinevaid kemikaale.
Molekulstruktuuride lugemine
Struktuur A: metüültioniiniumi katioon
Tähised: sinised N-sümbolid tähistavad kolme lämmastikuaatomit; kollane S tähistab väävlit; kummagi välimise lämmastikuaatomiga on seotud kaks metüülrühma. Nende rühmade tähistuseta jooneotsad kujutavad süsinikuaatomeid koos nende juurde kuuluvate, eraldi näitamata vesinikuaatomitega. Kolm kondenseeritud tsüklit moodustavad keskse konjugeeritud struktuuri. See allikast pärinev joonis näitab üht formaalse laengu esitust.
ChEBI katioonistruktuuri valem on C₁₆H₁₈N₃S⁺, kogulaeng +1 ja keskmine mass 284.408. Dimetüülaminoasendajad paiknevad positsioonides 3 ja 7. Joonisel ühe aatomi juures olev formaalne plussmärk on selle esituse arvestuslik tähis; seda ei tohiks tõlgendada täieliku elektronjaotuse kaardina.
Struktuur B: kloriidsool
Tähised: roheline Cl⁻ on kloriidne vastasioon. See on orgaanilisest struktuurist teadlikult eraldi kujutatud. Üks +1 katioon ja üks −1 anioon annavad neutraalse valemiühiku. Mõlemad struktuurijoonised pärinevad ChEBI-st ja on teisendatud WebP-vormingusse, muutmata nende sidemeid ega aatomitähiseid.
PubChemi kirje CID 6099 kohta kasutab alternatiivset süstemaatilist nimetust ning kaksiksidemete ja formaalse laengu teistsugust paigutust. Nendes esitustes jääb aatomite omavaheline seotus samaks. Need ei tõenda teise hüdraadi ega täiendava koostisosa olemasolu.
Viidetega omaduste tabel
Allpool toodud valemitele vastavad molaarmassid lähtuvad USP metüleensinise monograafia eelvaatest. Füüsikaliste mõõtmiste tulemused on näited ühe kindla kaubandusliku trihüdraadi kirjest ning nende teadaolevad tingimused on säilitatud.
| Omadus | Väärtus või kirjeldus | Alus ja tõlgendus |
|---|---|---|
| Värvaine katioon | C₁₆H₁₈N₃S⁺; +1; umbes 284.41 g/mol | Ainult katioon, ilma kloriidi ja veeta; ChEBI 43830 |
| Veevaba kloriid | C₁₆H₁₈ClN₃S; 319.85 g/mol | Neutraalse soola valemiühik; USP |
| Monohüdraat | C₁₆H₁₈ClN₃S·H₂O; 337.90 g/mol | Üks veemolekul soola valemiühiku kohta; USP |
| Trihüdraat | C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O; 373.90 g/mol | Kolm veemolekuli soola valemiühiku kohta; USP |
| Pentahüdraat | C₁₆H₁₈ClN₃S·5H₂O; 409.93 g/mol | Viis veemolekuli soola valemiühiku kohta; USP |
| Füüsikaline olek | Tahke | Merck/Sigma toode 1.04122, märgistatud trihüdraadina |
| Esitatud tahke aine tihedus | 1.757 g/cm³ temperatuuril 22 °C | Toode 1.04122; mitte valmistatud lahuse tihedus |
| Esitatud puistetihedus | 400–600 kg/m³ | Sama toode; hõlmab pulbriosakeste vahelisi tühimikke |
| Esitatud pH | 3 temperatuuril 20 °C, 10 g/L vees | Sama toode ja kindlaksmääratud lahusetingimused |
| Loetletud lahustuvus | 50 g/L | Sama toode; kuvatud kirje ei täpsusta temperatuuri |
| Termiline näitaja | 190 °C, lagunemine | Sama toode; mitte tingimusteta tasakaaluline sulamistemperatuur |
| pKa | Vajab määratletud happe-aluse paari ja keskkonda | Ei ole samastatav pudeli sisu või lahuse pH-ga |
Tootja tootekirje kinnitab tootespetsiifilisi ridu. Need kirjed on kasulikud võrdlusandmed, mitte iga pulbri või valmisvedeliku spetsifikatsioonid. Väikesed erinevused andmebaaside valemitele vastavates molaarmassides võivad tuleneda ka kasutatud aatommasside kokkulepetest ja ümardamisest; see on eraldi küsimus võrreldes hüdraatide palju suurema massierinevusega.
Miks hüdratatsioon muudab arvutust
Üks millimool ideaalset veevaba kloriidi kaalub 319.85 mg; üks millimool ideaalset trihüdraati kaalub 373.90 mg. Kumbki sisaldab üht millimooli värvaine katioone. Tabeli põhjal arvutades on trihüdraadi mass sama värvainekoguse korral umbes 16.9% suurem.
Seega vastab 1.000 g/L puhast veevaba kloriidi ligikaudu kontsentratsioonile 3.13 mmol/L, samas kui 1.000 g/L puhast trihüdraati vastab ligikaudu kontsentratsioonile 2.67 mmol/L. Need on valemipõhised näited, milles pole veel arvestatud tegeliku sisaldusanalüüsi tulemuse ega mõõdetud veesisaldusega. Kasuta metüleensinise molaarse kontsentratsiooni kalkulaatorit, et valitud keemiline vorm oleks selgelt määratletud.
USP määratlus väljendab määratud sisaldust kuivatatud aine alusel. Seetõttu tuleb kuivatatud aine alusel antud protsenti ja pulbri massi selle tarnitud kujul tõlgendada koos. Kristallvesi ei ole automaatselt tõend saastumisest. Üksikasjalik trihüdraadi ja veevaba vormi võrdlus selgitab, kuidas neid märgistusi lugeda.
Laeng ei tõenda kolloidi olemasolu
„Metüleensinise sooli laeng” ühendab kaks eraldi küsimust. Värvaine iooni laeng on +1. Selleks, et otsustada, kas preparaat on sool, on vaja teavet dispersse süsteemi kohta.
IUPAC-i sooli määratlus käsitleb voolavat kolloidset süsteemi. See ei muuda iga laetud värvaine lahust kolloidiks. Samuti ei tähenda neutraalse soola valem, et selle lahustunud ioonid oleksid eraldi võetuna neutraalsed. Väide osakeste laengu või dzeetapotentsiaali kohta vajab andmeid tegeliku preparaadi ja mõõtmistingimuste kohta, mitte üksnes molekulvalemit.
pH, pKa ja polaarsus vastavad eri küsimustele
IUPAC määratleb pH vesinikioonide aktiivsuse kaudu lahuses. Seetõttu ei ole kuival metüleensinise pulbril iseseisvat vesilahuse pH-d. Kasulik pH-kirje täpsustab lahusti, kontsentratsiooni, temperatuuri ja koostise. Puhvri lisamine võib muuta lahuse pH-d, muutmata värvaine etiketile trükitud keemilist identiteeti.
Seevastu happe dissotsiatsioonikonstant kirjeldab kindlat tasakaalu ning pKa on selle negatiivne kümnendlogaritm. Kasutuskõlblik „metüleensinise pKa” peab nimetama protoneeritud ja deprotoneeritud vormid ning keskkonna. Üksik arv ei ütle, kas see viitab oksüdeeritud värvainele või mõnele muule keemilisele vormile. Prootoni ülekanne ja elektroni ülekanne on erinevad protsessid; viimase kohta vt metüleensinise ja leukometüleensinise redokskeemiat.
Ka küsimus „polaarne või mittepolaarne?” vajab määratletud eesmärki. Metüleensinikloriid on ioonne, samas kui selle orgaaniline katioon sisaldab ulatuslikku süsinikskeletti. See kirjeldus on kasulikum kui kogu ainele ühe polaarsusnäitaja omistamine. Nagu selgitab IUPAC-i käsitlus lahusti polaarsusest, sõltub solvatatsioon mitmest vastastikmõjust. Lahuse valmistamisel kasuta mõõdetud lahustuvust soovitud lahustis ning lahustuvuse ja lahuse valmistamise juhendis kirjeldatud tingimusi.
Millist tihedust teisenduses kasutada?
Kuigi 1 g/cm³ võrdub 1 g/mL-ga, ei muuda ühiku muutmine seda, mida mõõdeti. Tahke aine tihedusega ei saa teisendada lahja lahuse milliliitreid selle lahuse grammideks. Pulbri puistetihedus vastab veel teisele küsimusele, sest osakeste pakkimisel jääb nende vahele õhku.
Massi ja ruumala suhtelt massi ja massi suhtele teisendamiseks tuleb hankida valmis lahuse tihedus kindlaksmääratud temperatuuril. Kaalumiseks ja molaarse kontsentratsiooni arvutamiseks kontrolli materjali valemit ning seda, mille alusel sisaldus on määratud. Omaduse vastavusse viimine mõõdetava objektiga väldib vigu, mida täiendavad kümnendkohad parandada ei saa.