Отдельные классы ДС II часть (рус)

Лектор – к.хим.н., доц.
Томаровская Татьяна Александровна
Национальный фармацевтический университет
Кафедра физической и коллоидной химии
Тема лекции:
«ОТДЕЛЬНЫЕ КЛАССЫ ДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМ» (часть 2)

План лекции:
1. Порошки. Способы получения и
дисперсионного анализа. Применение в
фармации.
2. Пены. Получение, устойчивость,
разрушение. Значение пен и
пенообразования.
3. Коллоидные поверхностно-активные
вещества.
КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ

ЛИТЕРАТУРА:
1. Физическая и коллоидная химия / В. И. Кабачный,
Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и др. – 2-е изд., перераб. и
доп. – Х. : Изд-во НФаУ, 2010. – 432 с.
2. Сборник задач по физической и коллоидной химии /
В. И. Кабачный, Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и др. – Х. :
Изд-во НФАУ, 2000. – 224 с.
3. Физическая и коллоидная химия. Сборник заданий для
самостоятельной работы: Учебное пособие для студентов
заочной (дистанционной) формы обучения
фармацевтических вузов и факультетов III—IV уровней
аккредитации / В. И. Кабачный, Л. К. Осипенко, Л. Д.
Грицан и др. ; под ред. В. И. Кабачного. – Харьков : Изд-во
НФаУ, 2003. – 136 с.

ПОРОШКИ. СПОСОБЫ
ПОЛУЧЕНИЯ И
ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА.
ПРИМЕНЕНИЕ В ФАРМАЦИИ

Порошки – это дисперсные системы с
газообразной дисперсионной средой и твердой
дисперсной фазой, состоящая из частиц
размером от 10–8
до 10–4
м.
Порошки можно рассматривать как
аэрозоли с твердой дисперсной фазой,
коагулирующие с образованием осадка
(аэрогель).

Способы получения и дисперсионного
анализа
Порошки получают дроблением твердых
веществ с помощью разных мельниц:
жерновых,
шаровых,
вибрационных,
молотковых и др.
В аптечных условиях для измельчения
пользуются ступкой и пестиком.

Каждый порошок является неоднородным по
размерам своих частиц. Частицы одного размера
составляют фракцию. Для определения
фракционного состава порошков в аптечных
условиях используют стандартный набор сит, а в
заводских условиях – приборы для лабораторного
ситового анализа размеров частиц.

В аналитических лабораториях размеры
частиц определяют методами оптической
микроскопии и седиментации.

Насыпная плотность – масса единицы
объёма порошка, свободно насыпанного в
любую ёмкость.
Для её определения в мерный цилиндр
известной массы маленькими порциями
насыпают навеску порошка и взвешивают.
Насыпная плотность зависит от:
плотности порошка;
пористости;
влажности.

В грубодисперсных порошках насыпная
плотность почти не зависит от размера
частиц, так как определяется отношением
силы тяжести частиц к пропорциональной ей
силе трения между ними.
С увеличением дисперсности порошка
начинают проявляться межмолекулярные
силы, которые увеличивают силу трения
между частицами и способствуют
образованию более рыхлой структуры,
поэтому насыпная масса будет уменьшаться.

Текучесть оценивают с помощью угла
естественного откоса, образованного
порошком, насыпанным в виде конуса, и
горизонтальной плоскостью. Чем меньше угол
откоса, тем больше текучесть порошка.
На величину текучести влияют:
плотность;
размер;
форма частиц;
состояние их поверхности;
влажность.

Распыление и флюидизация
(перевод в состояние, подобное жидкому)
Если через слой порошка, находящегося в цилиндре
с пористым дном, продувать снизу газ, то порошок
начнёт расширяться. Порошок с большими частицами
расширяется равномерно; контакт между частицами
сохраняется, но структура становится более рыхлой.
В мелкодисперсных порошках наблюдается распад
на отдельные агрегаты; между ними образуются каналы,
по которым проходит основная часть газа.
При определённой скорости пропускания газа он
начинает барботировать через слой грубых порошков,
как через жидкость. Порошок в этом состоянии
напоминает кипящую жидкость и поэтому называется
«кипящим слоем».
В мелкодисперсных порошках каналы разрушаются,
что приводит к полному выдуванию порошка газом.

Также порошки можно перевести в
расширенное состояние осторожным
пересыпанием, способствующим
образованию рыхлой структуры вследствие
проникновения газа между частицами.
В таком состоянии порошок имеет
большую текучесть и напоминает по
свойствам жидкость.

Гранулирование порошков – процесс
перевода порошков в гранулы – агрегаты
сферической или цилиндрической формы.
Гранулы меньше распыляются, более
устойчивы при хранении, их удобно
фасовать и дозировать.
Гранулирование проводят в специальных
барабанах или в ультразвуковых
установках.
Механизм гранулирования состоит в
том, что частицы порошка под действием
молекулярных сил вступают в
энергетическое взаимодействие, образуя
агрегатыи. Гранулирование проходит
лучше, если в порошок ввести «зародыши».

Применение в фармации
Порошки, гранулы, таблетки
составляют до 80% готовых лекарственных
форм современной рецептуры.
Порошки можгут быть одно- и
многокомпонентными. С повышением
дисперсности порошков увеличивается их
адсорбирующее, обволакивающее,
антисептическое действие.

ПЕНЫ. ПОЛУЧЕНИЕ,
УСТОЙЧИВОСТЬ,
РАЗРУШЕНИЕ.
ЗНАЧЕНИЕ ПЕН И
ПЕНООБРАЗОВАНИЯ

Пены – это высококонцентрированные
гетерогенные системы, в которых дисперсная фаза
состоит из пузырьков газа, а дисперсионная среда
(жидкая или твёрдая) образует тонкие плёнки
между пузырьками.
Размер частиц дисперсной фазы 10–3
–10–2
м.

Получение пен
Методы получения:
диспергационные (встряхивание, интенсивное
перемешивание),
 конденсационные (выделение новой фазы газа при
кипении).
Для образования устойчивой пены необходимо
добавлять стабилизаторы – пенообразователи.

Сущность процесса пенообразования состоит в
том, что пузырьки газа окружаются адсорбционным
слоем пенообразователя, всплывают к поверхности, на
которой также есть адсорбционный слой
пенообразователя, разтягивают его и таким образом
образуют двухстороннюю плёнку.
Если эти плёнки достаточно прочны, вспливающие
пузырьки образуют пену.

Кратность пены определяет её структуру; это
отношение объёма пены к объёму исходного раствора
пенообразователя:
β = (Vг + Vж)/Vж,
где Vг – объём газа.
Если β < 10, образуется «влажная» пена,
состоящая из сферических пузырьков, разделенных
толстыми плёнками.
Для «сухих» пен с тонкими плёнками –
стенками полиэдрических ячеек, заполненных газом,
β достигает значения 1000. Ячеистая структура пены
аналогична структуре высококонцентрованной
эмульсии.

Схема строения шарообразной (а)
и полиэдрической (б) пен
плёнки
узлы
каналы
а б

Устойчивость пен можно охарактеризовать
временем жизни отдельного газового пузырька или
временем разрушения столба пены определённой
высоты.
Устойчивость пен зависит от:
природы
концентрации пенообразователя.
Низкомолекулярные ПАВ образуют малоустойчивые
пены, время существования которых не превышает 20с.
Мыла дают более устойчивые пены; максимальная
устойчивость пены соответствует мылам со средней
длиной углеводородного радикала.

Устойчивые пены образуют глюкозиды,
сапонини, таниды, красители и особенно
высокомолекулярные соединения (белки).
Устойчивость пен возрастает с повышением
концентрации.

Стабильность высокоустойчивой пены
обуславливается структурно-механическими
свойствами адсорбционных слоёв
пенообразователя.
С одной стороны, эти слои замедляют
стекание жидкости, а с другой – придают
плёнке пены высокую структурную вязкость и
механическую прочность.

Разрушение пен
Пена мешает перемешиванию и испарению растворов в
испарительных аппаратах.
Покрывая поверхность водоёмов, пена препятствует
поступлению кислорода в воду, что пагубно действует на
фауну и флору.
Пены разрушают механическим, тепловым действием или
добавлением ПАВ.
В производстве антибиотиков, витаминов, дрожжей, сахара
для гашения пен используют масла, животные жиры,
кремнийорганические соединения, которые также используют
и для уменьшения пенообразования при экстракорпоральной
обработке крови.

Значение пен и пенообразования
Экстракорпоральное насыщение крови
кислородом осуществляется в пенных
аппаратах («искусственные лёгкие»).
Пенные аэрозоли используют как
кровоостанавливающие средства.
Пенообразователи используются в
производстве строительных и
теплоизоляционных материалов (пенобетон,
пеностекло), пластических масс
(пенопласты), при обогащении полезных
ископаемых (пенная флотация). Большое
значение имеют пены и
в противопожарном деле.

КОЛЛОИДНЫЕ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ
ВЕЩЕСТВА

Коллоидные поверхностно-активные
вещества – это ПАВ, способные образовывать
мицеллярные системы.
Их свойства обусловлены дифильностью
молекул. У ПАВ с числом атомов углерода nc = 10
– 20, для которых характерен оптимальный баланс
гидрофильности и гидрофобности, наблюдаются
особенные свойства.
При небольших концентрациях КПАВ
образуют истинные растворы; с увеличением
концентрации происходит процесс ассоциации и
образуются мицеллы.

Строение мицелл КПАВ
а – разбавленный раствор,
содержащий отдельные
молекулы ПАВ;
б – более
концентрированный
раствор со сферическими
мицеллами;
в – концентрированный
раствор, содержащий
пластинчатые мицеллы.
а б
в

Процесс мицеллообразования самопроизвольный,
и в системе возможны равновесные переходы:
Молекулярный Мицеллярная Структурированная Твердое
раствор ↔ система ↔ мицеллярная ↔ тело
система (гель)
Мицеллярный раствор ПАВ – это система
термодинамически устойчивая, равновесная и
обратимая.
Мицеллы ПАВ термодинамически стабильны и не
изменяются до того момента, пока под действием
внешних факторов не сместится равновесие в
системе.

Классификация коллоидных ПАВ
По способности к диссоциации:
ионогенные:
анионоактивные;
катионоактивные;
амфотерные;
 неионогенные.

Анионоактивные ПАВ
– поверхностно-активные ионы заряжены
отрицательно.
Примеры:
щелочные соли жирных кислот (мыла) – RCOOMe;
алкилсульфаты и их соли типа R–O–SО3–Me; алкил-
и арилсульфонаты RSО3Me, где R соответствует
углеводородному радикалу типа СnH2n+1 с числом
атомов углерода C10– C20, Ме – ионы Na+
, K+
, NH4
+
.

Катионоактивные ПАВ
– поверхностно-активные ионы заряжены
положительно.
Примеры:
соли аминов ,
четвертичных аммониевых оснований
, алкилпиридиновых соединений
.
[ ]R(СН ) N Cl3 3
+ −
[ ]RN H Cl3
+ −
[ ]С Н N R Cl5 5
+ −

Амфотерные ПАВ
– это алкиламинокислоты RNH2COOH,
сульфобетаины и др.
В зависимости от рН они проявляют
анионо- или катионоактивные свойства.

Неионогенные ПАВ
– не диссоциируют на ионы.
Их получают взаимодействием оксида этилена со
спиртами, фенолами, жирными кислотами и
другими соединениями с полярными группами.
Общая формула неионогенных ПАВ –
R(OCH2CH2)mOH.

Причины мицеллообразования
Гидрофобные взаимодействия: углеводородная
часть дифильной молекулы выталкивается из
водной среды, чтобы избежать контакта цепи с
водой. В результате образуются мицеллы,
внутренняя часть которых состоит из жидкого
углеводорода (соединённых, плотно
упакованных углеводородных цепей), а
внешняя, обратимая к воде – из полярных групп.

Удаление из воды углеводородных цепей
разупорядочивает структуру воды, энтропия
системы увеличивается (∆S > 0), энергия Гиббса
уменшается (∆G = ∆H – T∆S < 0).
Мицеллообразование – самопроизвольный
процесс.

Критическая концентрация
мицеллообразования (ККМ)
– это концентрация ПАВ, при которой в его
растворе возникает большое количестве мицелл,
находящихся в термодинамическом равновесии с
молекулами (ионами).
При достижении ККМ изменяется ряд свойств
растворов.

Залвисимость свойств
растворов коллоидного
электролита от концентрации:
1 – молярная электрическая
проводимость;
2 – поверхностное натяжение;
3 – моющая способность;
4 – осмотическое давление.
Область
ККМ
С
в
о
й
с
т
в
о
Концентрация
1
2
1
3
4
с

Факторы, влияющие на величину ККМ
 Длина углеводородного радикала:
в гомологических рядах с повышением молекулярной массы ПАВ
ККМ уменьшается (способность к ассоциации возрастает).
 Добавление электролита:
значительно снижает ККМ ионогенных ПАВ. Ионы, заряженные
противоположно иону ПАВ, снижают заряд мицеллы, при этом
уменьшается электростатическое отталкивание и облегчается
присоединение новых молекул к мицелле.
 Повышение температуры:
усиливает тепловое движение частиц, препятствующее их
агрегации. В случае ионогенных ПАВ одновременно уменьшается
гидратация, что благоприятствует мицеллообразованию.

Солюбилизация
– процесс самопроизвольного растворения в
мицеллярных системах нерастворимых в данном
растворителе соединений.
Состоит в проникновении солюбилизата в
мицеллу КПАВ.

Механизмы солюбилизации
При прямой солюбилизации
неполярные углеводороды растворяются
в ядре мицеллы.
- поверхностно-активное вещество
- солюбилизат

Полярные органические вещества (спирты, амины)
расположены в мицелле так, чтобы их углеводородная
часть находилась всередине мицеллы, а полярная
группа была направлена к водной фазе.
– поверхностно-активное вещество
– солюбилизат

При солюбилизации в
пластинчатых мицеллах
вещество входит внутрь
мицеллы, располагается
между углеводородными
концами молекул ПАВ и
тем самым раздвигает
слои цепей молекул.
Солюбилизация бензола в
пластинчатой мицелле ПАВ:
а – мицеллярный раствор до
солюбилизации, б – мицеллярный
раствор после солюбилизации
а б
Вода
Бензол
Вода
Вода
Вода

КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Обратная солюбилизация
− это коллоидное растворение воды в
неводных растворах коллоидных ПАВ.

Применение солюбилизации в фармации
Используют для получения водорастворимых
препаратов из нерастворимых в воде веществ.
Йодофоры − это препараты йода, растворённого в
растворе КПАВ.
Введение КПАВ позволяет получать препараты
стероидов для парентерального и наружного
применения.
Витамины А и Е солюбилизируют эстерами
сахарозы.
В оксиэтилированных эстерах сорбитана
солюбилизируются барбитураты и аспирин.

Применение коллоидных ПАВ
− связано с их высокой поверхностной активностью,
способностью к смачиванию, эмульгирующим действием,
солюбилизацией, способностью к гелеобразованию.
ПАВ применяют в фармацевтическом производстве как:
стабилизаторы;
солюбилизаторы;
эмульгаторы.
Катионоактивные ПАВ используют как бактерицидные,
фунгицидные, дезинфицирующие средства.
Твины − это эмульгаторы, солюбилизаторы гормонов,
витаминов, антибиотиков.
Плюроники − солюбилизаторы витаминов, антибиотиков,
шампуней, зубных паст.

Спасибо за внимание!

Отдельные классы ДС II часть (рус)

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Отдельные классы ДС II часть (рус)

Similar to Отдельные классы ДС II часть (рус) (8)

More from kassy2003

More from kassy2003 (20)

Отдельные классы ДС II часть (рус)