Bài viết
Hóa học xanh methylen: cấu trúc, công thức, tính chất và tên gọi
Xanh methylen thường chỉ methylthioninium clorua, một muối chứa thuốc nhuộm hữu cơ mang điện tích dương và ion đối clorua. Muối khan có công thức C₁₆H₁₈ClN₃S và khối lượng công thức khoảng 319.85 g/mol. Nước kết tinh làm thay đổi khối lượng của vật liệu được cân mà không thay đổi bản chất của cation thuốc nhuộm.
Sự phân biệt này giải thích một số mâu thuẫn bề ngoài trong các danh mục hóa chất. Một hồ sơ có thể ghi chính xác điện tích tổng của muối bằng không, đồng thời mô tả thuốc nhuộm là chất mang cation. Một danh mục khác có thể ghi 373.90 g/mol vì vật liệu của họ là dạng trihydrat. Trước khi sử dụng một tính chất, hãy xác định con số đó mô tả đối tượng nào.
Tên gọi xác định các cấp độ khác nhau của vật liệu
Hồ sơ xanh methylen trên ChEBI xác định muối clorua, liệt kê CAS 61-73-4 và bao gồm các tên methylthioninium chloride, Basic Blue 9 và C.I. 52015. Tên hệ thống của chất này là 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium chloride.
Tên methylthioninium không kèm “chloride” xác định cation hữu cơ. Ký hiệu hydrat bổ sung một điểm phân biệt nữa: xanh methylen clorua liên kết với một lượng nước được nêu rõ trong chất rắn. Khi lập quy cách mua hàng, hãy ghi cùng nhau tên hóa học đầy đủ, công thức, dạng hydrat làm cơ sở và mã nhận diện của nhà cung cấp. Không chỉ dựa vào từ chỉ màu sắc. Bài so sánh xanh methyl và các thuốc nhuộm có tên tương tự giải thích vì sao những tên gần giống nhau có thể chỉ các hóa chất khác nhau.
Đọc cấu trúc phân tử
Cấu trúc A: cation methylthioninium
Chú thích: các ký hiệu N màu xanh biểu thị ba nguyên tử nitơ; S màu vàng biểu thị lưu huỳnh; hai nguyên tử nitơ phía ngoài, mỗi nguyên tử gắn với hai nhóm methyl. Các đầu mút nét vẽ không có nhãn trên những nhóm này biểu thị nguyên tử cacbon cùng các nguyên tử hydro được hiểu ngầm. Ba vòng ngưng tụ tạo thành khung liên hợp trung tâm. Hình vẽ nguồn này thể hiện một cách biểu diễn điện tích hình thức.
Cấu trúc cation trên ChEBI có công thức C₁₆H₁₈N₃S⁺, điện tích tổng +1 và khối lượng trung bình 284.408. Các vị trí 3 và 7 mang nhóm thế dimethylamino. Dấu dương hình thức trên một nguyên tử trong hình vẽ là cách ghi nhận điện tích cho cách biểu diễn đó; không nên hiểu nó là bản đồ phân bố electron đầy đủ.
Cấu trúc B: muối clorua
Chú thích: Cl⁻ màu xanh lá là ion đối clorua. Ion này được cố ý vẽ tách rời khỏi cấu trúc hữu cơ. Một cation +1 và một anion −1 tạo thành một đơn vị công thức trung hòa. Cả hai hình cấu trúc đều được lấy từ ChEBI và chuyển sang WebP mà không thay đổi liên kết hay nhãn nguyên tử.
Hồ sơ PubChem cho CID 6099 sử dụng một tên hệ thống thay thế và cách đặt liên kết đôi, điện tích hình thức khác. Các cách biểu diễn này giữ nguyên kiểu liên kết giữa các nguyên tử. Chúng không chứng minh rằng có một dạng hydrat khác hay một thành phần bổ sung.
Bảng tính chất có nguồn tham khảo
Các khối lượng công thức dưới đây theo bản xem trước chuyên luận xanh methylen của USP. Các phép đo vật lý là ví dụ từ hồ sơ của một sản phẩm trihydrat thương mại cụ thể, với các điều kiện được cung cấp giữ nguyên.
| Tính chất | Giá trị hoặc mô tả | Cơ sở và cách diễn giải |
|---|---|---|
| Cation thuốc nhuộm | C₁₆H₁₈N₃S⁺; +1; khoảng 284.41 g/mol | Chỉ cation, không gồm clorua và nước; ChEBI 43830 |
| Clorua khan | C₁₆H₁₈ClN₃S; 319.85 g/mol | Đơn vị công thức muối trung hòa; USP |
| Monohydrat | C₁₆H₁₈ClN₃S·H₂O; 337.90 g/mol | Một phân tử nước trên mỗi đơn vị công thức muối; USP |
| Trihydrat | C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O; 373.90 g/mol | Ba phân tử nước trên mỗi đơn vị công thức muối; USP |
| Pentahydrat | C₁₆H₁₈ClN₃S·5H₂O; 409.93 g/mol | Năm phân tử nước trên mỗi đơn vị công thức muối; USP |
| Dạng vật lý | Chất rắn | Sản phẩm Merck/Sigma 1.04122, được ghi nhãn là trihydrat |
| Khối lượng riêng của chất rắn được công bố | 1.757 g/cm³ ở 22 °C | Sản phẩm 1.04122; không phải khối lượng riêng của dung dịch đã pha |
| Khối lượng riêng khối được công bố | 400–600 kg/m³ | Cùng sản phẩm; bao gồm khoảng trống giữa các hạt bột |
| pH được công bố | 3 ở 20 °C, 10 g/L trong nước | Cùng sản phẩm và các điều kiện dung dịch được nêu rõ |
| Độ tan được liệt kê | 50 g/L | Cùng sản phẩm; mục hiển thị không nêu nhiệt độ |
| Thông tin nhiệt | 190 °C, phân hủy | Cùng sản phẩm; không phải nhiệt độ nóng chảy cân bằng được nêu mà không kèm điều kiện |
| pKa | Cần xác định rõ cặp axit/bazơ và môi trường | Không thể dùng thay cho pH của sản phẩm trong chai hoặc dung dịch |
Hồ sơ sản phẩm của nhà sản xuất là nguồn cho các hàng dành riêng cho sản phẩm. Những thông tin này là các điểm tham khảo hữu ích, không phải quy cách cho mọi loại bột hoặc chất lỏng thành phẩm. Chênh lệch nhỏ giữa các khối lượng công thức trong cơ sở dữ liệu cũng có thể phản ánh quy ước về khối lượng nguyên tử và cách làm tròn; đó là vấn đề khác với chênh lệch lớn hơn nhiều do dạng hydrat.
Vì sao sự hydrat hóa làm thay đổi phép tính
Một milimol clorua khan lý tưởng có khối lượng 319.85 mg; một milimol trihydrat lý tưởng có khối lượng 373.90 mg. Mỗi lượng này đều chứa một milimol cation thuốc nhuộm. Tính từ bảng, khối lượng trihydrat lớn hơn 16.9% vào khoảng đó khi có cùng lượng thuốc nhuộm.
Do đó, 1.000 g/L clorua khan tinh khiết tương ứng với khoảng 3.13 mmol/L, còn 1.000 g/L trihydrat tinh khiết tương ứng với khoảng 2.67 mmol/L. Đây là các ví dụ dựa trên công thức, trước khi hiệu chỉnh theo kết quả định lượng thực tế hoặc hàm lượng nước đo được. Sử dụng công cụ tính nồng độ mol của xanh methylen để luôn thể hiện rõ dạng hóa học đã chọn.
Định nghĩa của USP biểu thị kết quả định lượng trên cơ sở chất đã sấy khô. Vì vậy, cần diễn giải tỷ lệ phần trăm trên cơ sở chất đã sấy khô cùng với khối lượng bột ở trạng thái khi nhận. Nước kết tinh không mặc nhiên là bằng chứng về tạp nhiễm. Bài so sánh chi tiết trihydrat và dạng khan trình bày cách đọc những nhãn này.
Điện tích không chứng minh một hệ là hệ keo
“Điện tích của sol xanh methylen” gộp hai câu hỏi riêng biệt. Ion thuốc nhuộm có điện tích +1. Một chế phẩm có phải là sol hay không cần được xác định bằng thông tin về hệ phân tán.
Định nghĩa sol của IUPAC đề cập đến một hệ keo lưu động. Định nghĩa này không khiến mọi dung dịch thuốc nhuộm mang điện trở thành hệ keo. Công thức muối trung hòa cũng không có nghĩa là từng ion hòa tan của nó đều trung hòa. Một nhận định về điện tích hạt hoặc thế zeta cần có thông tin về chế phẩm thực tế và điều kiện đo, chứ không chỉ dựa vào công thức phân tử.
pH, pKa và độ phân cực trả lời những câu hỏi khác nhau
IUPAC định nghĩa pH thông qua hoạt độ ion hydro trong dung dịch. Vì vậy, bột xanh methylen khô không có một giá trị pH trong nước độc lập. Một thông tin pH hữu ích phải nêu rõ dung môi, nồng độ, nhiệt độ và công thức pha chế. Việc thêm chất đệm có thể thay đổi pH dung dịch mà không thay đổi bản chất hóa chất ghi trên nhãn thuốc nhuộm.
Ngược lại, hằng số phân ly axit mô tả một cân bằng cụ thể, và pKa là giá trị âm của logarit cơ số 10 của hằng số đó. Một giá trị “pKa của xanh methylen” có thể sử dụng được phải nêu rõ dạng đã proton hóa, dạng đã khử proton và môi trường. Một con số đứng riêng không cho biết nó nói đến thuốc nhuộm ở dạng oxi hóa hay một dạng hóa học khác. Chuyển proton và chuyển electron là những quá trình khác nhau; xem hóa học oxi hóa–khử của xanh methylen và xanh leucomethylen để tìm hiểu quá trình thứ hai.
“Phân cực hay không phân cực?” cũng cần có mục đích xác định rõ. Xanh methylen clorua là chất ion, trong khi cation hữu cơ của nó chứa một khung cacbon trải rộng. Mô tả đó hữu ích hơn việc gán cho toàn bộ chất một chỉ số độ phân cực duy nhất. Như phần thảo luận của IUPAC về độ phân cực của dung môi giải thích, sự solvat hóa phụ thuộc vào nhiều tương tác. Khi pha chế, hãy sử dụng độ tan đo được trong dung môi dự định dùng và các điều kiện trong hướng dẫn về độ tan và pha dung dịch.
Nên dùng khối lượng riêng nào trong phép quy đổi?
Mặc dù 1 g/cm³ bằng 1 g/mL, việc đổi đơn vị không thay đổi đối tượng đã được đo. Khối lượng riêng của chất rắn không thể dùng để quy đổi số mililit của một dung dịch loãng thành số gam của dung dịch đó. Khối lượng riêng khối của bột trả lời một câu hỏi khác nữa, vì cách sắp xếp các hạt để lại không khí giữa chúng.
Để quy đổi từ khối lượng trên thể tích sang khối lượng trên khối lượng, hãy lấy khối lượng riêng của dung dịch thành phẩm tại một nhiệt độ được nêu rõ. Khi cân và tính nồng độ mol, hãy xác nhận công thức của vật liệu và cơ sở định lượng. Dùng đúng tính chất cho đối tượng đang đo giúp tránh những sai số mà việc thêm chữ số thập phân không thể khắc phục.