1. Лектор - к. хім. н., доц.
Томаровська Тетяна Олександрівна
Національний фармацевтичний університет
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Тема лекції:
«ОКРЕМІ КЛАСИ ДИСПЕРСНИХ
СИСТЕМ» (Частина 1)
2. ПЛАН ЛЕКЦІЇ:
1. Аерозолі. Класифікація. Молекулярно-
кінетичні властивості. Оптичні та електричні
властивості . Стійкість та руйнування аерозолів.
Застосування у фармації.
2. Суспензії. Одержання, молекулярно-кінетичні
і оптичні властивості. Пасти. Застосування у
фармації.
3. Емульсії. Одержання. Класифікація. Стійкість
емульсій. Емульгатори і механізм їх дії.
Застосування у фармації.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
3. ЛІТЕРАТУРА:
1. Фізична і колоїдна хімія / В.І. Кабачний, Л.К. Осіпенко,
Л.Д. Грицан та ін. – Х. : Прапор, Видавництво УкрФА,
1999. – 368 с.
2. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач / В.І. Кабачний,
Л.К. Осіпенко, Л.Д. Грицан та ін. – Х. : Вид-во НФАУ;
Вид-во ТОВ “Золоті сторінки”, 2001. – 208 с.
3. Фізична та колоїдна хімія: Збірник завдань для
самостійної роботи: Навч. посібник для студентів заочної
(дистанційної) форми навчання фармацевтичних вузів і
факультетів III–IV рівнів акредитації / В.I. Кабачний, Л.К.
Осіпенко, Л.Д. Грицан та ін. За ред. В.I. Кабачного. – Х. :
Вид-во НФаУ, 2008. – 140 с.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
8. За ступенем дисперсності
Поділяють на:
Дим з частинками від 10–9
до 10–5
м;
Пил, розмір частинок яких більш ніж 10–5
м;
Туман, що містить краплини сферичної
форми розміром 10–7
–10–5
м.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
9. За методами одержання
Диспергаційні аерозолі одержують при
подрібненні твердих тіл або розпилюванні
рідин. Вони мають великі частинки
дисперсної фази і є полідисперсними.
Конденсаційні аерозолі більш однорідні
за розміром частинок і є високодисперсними.
Їх одержують з пересичених парів або в
результаті хімічних реакцій.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
10. Молекулярно-кінетичні властивості
аерозолів пов'язані з низькою в'язкістю
газового дисперсійного середовища.
Броунівський рух аерозольних частинок
набагато інтенсивніший, ніж частинок
ліозолів;
Велика швидкість седиментації.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
11. З кінетичними властивостями
пов'язані характерні для аерозолів
явища:
термофорезу;
фотофорезу;
термопреципітації.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
12. Термофорез
полягає в русі частинок аерозолю в напрямку
зниження температури.
Термофорез виникає внаслідок того, що на
більш нагрітий бік частинки молекули газу
налітають з більшою швидкістю, ніж на менш
нагрітий, і тому надають частинці імпульс в
напрямку зниження температури.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
13. Фотофорез – це рух аерозольних
частинок в напрямку світлового променю.
Термопреципітація – осідання частинок
аерозолю на холодних поверхнях внаслідок
термофорезу.
Прикладом термопреципітації є осідання
пилу на стінках та стелях поблизу радіаторів,
ламп та ін.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
14. Оптичні властивості
Яскраво виражена здатність до
світлорозсіювання, що пов'язана з великою
різницею показників заломлення дисперсної
фази і газового дисперсійного середовища.
Завдяки цій здатності аерозолі
застосовують для створення димових завіс.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
15. Електричні властивості
Частинки аерозолів не мають подвійних електричних
шарів.
Електричний заряд виникає:
при зіткненні частинок між собою або з любою
поверхнею;
внаслідок адсорбції йонів, що утворюються при
іонізації газів під дією космічних, ультрафіолетових та
радіоактивних випромінювань;
при диспергуванні полярних рідин.
Отже, заряд частинок аерозолю випадковий.
Експериментально встановлено, що частинки аерозолів
металів та їх оксидів заряджені негативно (Fe2
O3
, MgO,
Zn, ZnO). Частинки аерозолів неметалів та їх оксидів
(SiO2
, P2
O5
) позитивно.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
16. Стійкість аерозолів
Кінетична стійкість аерозолів
зумовлюється їх високою дисперсністю і
малою концентрацією.
Агрегативно дуже нестійкі внаслідок
відсутності електростатичного та адсорбційно-
сольватного бар'єрів.
Коагуляція є швидкою коагуляцією.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
17. Руйнування аерозолів
необхідно при боротьбі з димами, пилом, що виникають у
виробничих процесах і на будівництві та забруднюють
атмосферу.
Для руйнування аерозолів використовують:
циклони (частинки аерозолів випадають з середовища під дією
відцентрової сили);
електрофільтри (частинки заряджають; під дією електричного
поля вони рухаються до одного з електродів, де відбувається їх
осідання);
паперові, азбестові, пористі керамічні і т.д. фільтри;
ультразвук;
введення речовин, які можуть бути центрами кристалізації або
конденсації (при розпилюванні твердого СO2 або AgI
відбувається конденсація пари води, яка випадає у вигляді
дощу)..
.
.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
18. За типом застосування:
інгалятори;
аеропласти;
мазі;
піни.
За спектром дій забезпечують:
блокаду больового синдрому;
локалізацію запального процесу;
антимікробну дію;
захист ран від забруднення і т.д.
Застосування фармацевтичних аерозолів пояснюється
можливістю з одного балону обробити декілька хворих,
яким необхідна лікарська допомога.
Ученими НФаУ був розроблений ряд лікарських
аерозолів – цимезоль, гіпозоль, промізоль, діоксиколь
та ін.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
19. Застосування аерозолів у промисловості
фарбування поверхонь;
металізація поверхонь;
розпилення палива перед горінням.
У сільському господарстві:
розпилення добрив;
розпилення отрутохімікатів.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
21. Суспензії – мікрогетерогенні системи з
рідким дисперсійним середовищем і твердою
дисперсною фазою.
Розмір частинок суспензій складає 10–6
–10–4
м
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
22. Одержання суспензій
метод диспергування;
метод конденсації.
Майже завжди суспензії отримують
диспергуванням нерозчинних твердих
речовин у рідкому середовищі або
скаламученням у цьому середовищі
попередньо одержаного порошку.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
24. Оптичні властивості
Світло, проходячи крізь суспензії, не
розсіюється, а відбивається, тому вони
каламутні, на відміну від ліофобних золів, для
яких характерний ефект Тіндаля.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
25. Пасти – висококонцентровані суспензії, які
утворюються при підвищенні концентрації
дисперсної фази агрегативно стійкої суспензії до
гранично можливої величини.
Майже все дисперсійне середовище у пастах
зв'язане у сольватні плівки, які розділяють частинки.
У зв'язку з відсутністю вільної рідини пасти
мають велику в'язкість, деяку міцність; крім
цього, в них можуть утворюватися просторові
структури, здатні до синерезису і тіксотропії.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
26. Застосування суспензій у фармації
У випадку, коли тверда лікарська речовина не
розчиняється у воді.
У суспензіях лікарська речовина має більш високу
ступінь дисперсності, ніж у порошку, і у зв'язку з цим
швидше і повніше виявляє свою лікарську дію.
Суспензія повинна бути досить стійкою. Частинки
повинні осідати настільки повільно, щоб при прийомі
мікстуру можна було досить точно продозувати
(стабілізують желатозою, метилцелюлозою,
камедями та ін.).
Пасти широко використовуються для лікування
кожних захворювань, у стоматології та косметології
(граміцидинова паста, іхтіол, паста Теймурова).
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
27. Застосування суспензій у промисловості
До суспензій належать:
вологий ґрунт;
глиняне тісто (застосовується у
керамічному виробництві);
цементні та вапняні розчини;
олійні фарби;
кольорові лаки.
Суспензії, завдяки своїм адсорбційним
властивостям, широко використовують як
каталізатори у гетерогенному каталізі.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
29. Емульсії – вільнодисперсні системи, в яких
дисперсійне середовище та дисперсна фаза є
рідкими. Розмір частинок дисперсної фази від
10–7
м до таких, що можна побачити
неозброєним оком.
Умовою утворення емульсії є взаємна
нерозчинність рідин (рідини повинні сильно
відрізнятися за своєю полярністю).
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
30. Найбільше значення мають емульсії:
одна з фаз – вода;
друга фаза – неполярна чи
малополярна рідина, яку, незалежно від
природи, називають маслом.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
33. Класифікація за полярністю фаз
прямі (емульсії першого роду) – полярне
дисперсійне середовище (вода) і неполярна
дисперсна фаза (масло); позначають м/в (а);
зворотні (емульсії другого роду) – дисперсійне
середовище неполярне (масло), а дисперсна фаза
полярна (вода); позначають в/м (б).
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
а б
34. Класифікація за концентрацією дисперсної
фази
розбавлені – концентрація дисперсної фази
не більше 0,1% від об'єму емульсії;
концентровані – концентрація від 0,1 до
74% від об'єму;
висококонцентровані – з вмістом
дисперсної фази більше, ніж 74% від об'єму.
74% – це максимальна концентрація, коли в
емульсії існують недеформовані сферичні
краплини.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
35. Частинки дисперсної фази у
висококонцентрованій емульсії мають вигляд
деформованих поліедрів.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
36. Стійкість емульсій
Емульсії агрегативно нестійкі внаслідок великого
надлишку поверхневої енергії на міжфазній поверхні.
Коалесценція – самодовільне злиття крапель в емульсії
(призводить до її повного розшарування).
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Схема коалесценції
коалесценція розшарування
Зближення крапель
Злиття крапель
Руйнування плівки
Формування краплі
37. Флокуляція – процес
зворотної коагуляції,
коли утворюються
агрегати краплин, які не
злипаються, а зберігають
свою індивідуальність і
при певних умовах знову
розходяться.
а – дестабілізовані
колоїди;
б – утворення
місточкового зв’язку;
в – утворення пластівців.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Схема флокуляції
а
б
в
38. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Седиментація емульсій – спливання або осідання
краплин дисперсної фази; залежить від їх
дисперсності, різниці в густині фаз, в'язкості
середовища.
Вода Частинка
Вода
Осад
39. Розбавлені емульсії, зазвичай, утворюються
без введення в систему емульгаторів.
Для утворення концентрованої емульсії в
систему необхідно вводити емульгатор.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Емульгатори – речовини,
які забезпечують створення
емульсій з компонентів, які
не змішуються між собою.
40. Емульгатори та механізм їх дії
Емульгатор знижує поверхневий натяг на
межі розділу фаз, отже емульгатор –
поверхнево-активна речовина, але його дія
не вичерпується зменшенням поверхневої
енергії.
Найбільшу емульгуючу здатність мають
ПАР з nc
від 10 до 18.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
41. КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
Молекули
емульгатора
Емульсія
типу м/в
Емульсія
типу в/м
42. Гідрофільно-ліпофільний баланс (ГЛБ)
– співвідношення гідрофільних та
ліпофільних властивостей молекул ПАР.
ГЛБ кількісно оцінюють числами, які
зростають з підвищенням гідрофільності.
Числа ГЛБ ПАР змінюються від 1 до 40.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
43. Існує оптимальне співвідношення гідрофільних і ліпофільних
властивостей дифільних молекул ПАР, необхідне для
емульгування.
Якщо переважає гідрофільність, то молекули ПАР
втягуються у воду (рис. а), довголанцюгові ПАР з
переважаючими ліпофільними властивостями втягуються у
масло (рис. в), при певному балансі властивостей молекули
розташовуються на поверхні поділу фаз (рис. б).
Отже, для вираженої емульгуючої дії необхідна відносна
врівноваженість з деяким дебалансом в бік полярності або
неполярності.
Схема гідрофільно-липофільного балансу (ГЛБ)
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
а
б в
44. Правило Банкрофта
емульгатори, які краще розчиняються у
воді, ніж у маслі, стабілізують прямі
емульсії типу м/в;
якщо розчинність емульгатора у маслі
більша, ніж у воді, він стабілізує зворотну
емульсію типу в/м.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
45. Емульсії типу м/в стабілізують емульгатори
з числом ГЛБ 8–18, ці емульгатори
називаються гідрофільними.
Емульсії типу в/м стабілізують емульгатори
з числом ГЛБ 3–6. Ці емульгатори –
гідрофобні.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
46. На практиці важливо знати, який тип емульсії
буде утворюватись при сумісному диспергуванні
масла і води.
Якщо об'єми фаз приблизно однакові, то спочатку
утворюються і крапельки масла, і крапельки води.
Менш стійкі краплі коалесціюють, утворюючи
дисперсійне середовище, а більш стійкі виживають і
стають дисперсною фазою.
Тип емульсії залежить від ГЛБ емульгатора.
Гідрофільний емульгатор дає пряму емульсію;
Гідрофобний – зворотну емульсію.
Вплив ГЛБ на тип емульсії особливо чітко
виявляється у явищі обернення фаз емульсії.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
47. Оберненням фаз називається перехід
емульсії прямого типу в емульсію зворотного
типу, і навпаки.
Наприклад: якщо до емульсії, стабілізованої
стеаратом натрію, додати розчин СаCl2 і сильно
струснути, то утворюється зворотна емульсія.
Причиною обернення є зміна природи
емульгатора: типовий емульгатор для прямих
емульсій (стеарат натрію) перетворюється у
емульгатор для емульсій зворотного типу
(стеарат кальцію).
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
48. Руйнування емульсій нерідко необхідне на
практиці.
До руйнування призводить:
розмішування;
збовтування;
додавання деемульгаторів ПАР.
Розбавлені емульсії можна деемульгувати
додаванням електроліту.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
49. Значення емульсій
Засвоєння жирів у організмі йде через
емульгування під впливом жовчі.
Молоко, яєчний білок, вершки, сметана,
що перебувають у емульгованому стані,
добре засвоюються організмом.
Емульсії відносять до рідких лікарських
форм, що прописують як для зовнішнього,
так і для внутрішнього застосування.
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
