�ݺ�ߣ

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!

�ݺ�ߣ

Отдельные классы ДС II часть (рус)

Recommended

More Related Content

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

More from kassy2003 (20)

Отдельные классы ДС II часть (рус)