Ηλιανθίνη

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. Η ένωση έχει και ονομασίες όπως 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 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%, Η 4,31%, N 12,84%, Na 7,02%, Ο 14,66%, S 9,80%. Ανήκει στις αζωενώσεις, 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.

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

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

Φυσικά χαρακτηριστικά 
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 δεν βιοδιασπάται, ενώ η εντερική μικροχλωρίδα μπορεί να τη μεταβολίσει σε αναερόβιες συνθήκες προς N,N-διμεθυλο-φαινυλο-διαμίνη.

Η ηλιανθίνη ως δείκτης 
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. 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. 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 
Ένα από τα είδη ογκομετρικής μεθόδου ανάλυσης είναι και οι ογκομετρήσεις οξέων-βάσεων 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.
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. 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. 

Επομένως η ηλιανθίνη ενδείκνυται να χρησιμοποιείται στις ογκομετρήσεις ασθενών βάσεων όπως π.χ. η αμμωνία (ΝΗ3) με πρότυπο διάλυμα ισχυρού οξέος όπως π.χ. το υδροχλωρικό οξύ (HCl) (οξυμετρία) αλλά και στην ογκομέτρηση του θειικού οξέος (H2SO4) με ισχυρή βάση όπως π.χ.. το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) (αλκαλιμετρία).
Έτσι, στην πρώτη περίπτωση όταν αντιδράσει πλήρως η ΝΗ3 με το HCl:
 HCl + NH3  NH4Cl
το διάλυμα που προκύπτει περιέχει μόνο το άλας το οποίο διίσταται πλήρως: 
 NH4Cl  NH4+ + Cl—
και το κατιόν αμμωνίου δρα ως ασθενές οξύ παρέχοντας υδροξώνια:
 NH4+ + H2Ο  NH3 + H3O+
κατεβάζοντας το pH στην όξινη περιοχή.
Στη δεύτερη περίπτωση, η αλλαγή του χρώματος του δείκτη αναφέρεται στο τέλος της αντίδρασης :
 NaOH + H2SO4  NaHSO4 + H2O
οπότε το όξινο άλας διιστάμενο:
 NaHSO4  Na+ + HSO4—
δίνει όξινα θειικά ανιόντα τα οποία υδρολυόμενα :
 HSO4— + H2Ο  SO4= + H3O+
καθιστούν το τελικό διάλυμα όξινο.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ογκομέτρηση διαλύματος ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) με αραιό υδροχλωρικό οξύ (HCl) 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  NaCl + NaHCO3
Η ηλιανθίνη αλλάζει χρώμα ακριβώς στο pH του ισοδύναμου σημείου του δεύτερου σταδίου της αντίδρασης :
 NaHCO3 + HCl  NaCl + CO2 + H2O

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

Μηχανισμός δράσης - Αλλαγή χρώματος 
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.

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

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

Τοξικότητα - Προφυλάξεις 
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 σε αρουραίους από το στόμα είναι 60 mg/Kg σωματικού βάρους, ενώ για τα ποντίκια η ενδοπεριτοναϊκή δόση είναι 101 mg/Kg σωματικού βάρους.

Σημειώσεις

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 titrations
 Acid-base titration. Indicators preparation
 ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΑ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗΣ (ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ - ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑ)
 Acid-base titration » End point indicators
 MSDS Methyl Orange, 1%

Δείτε επίσης 
 Οξέα
 Βάσεις
 Αλκαλιμετρία
 Φαινολοφθαλεΐνη
 Βάμμα ηλιοτροπίου
 Γενικός δείκτης (Χημεία)

Οργανικές ενώσεις
Δείκτες PH