Какими свойствами обладают коллоидные растворы
Технологическая карта занятия
Лекция №
Тема: Коллоидные растворы. Характеристика. Свойства. Приготовление.
Тип: Урок сообщения и усвоения новых знаний
Цель:Ознакомить студентов с особенностями, свойствами, номенклатурой коллоидных растворов. Научить готовить коллоидные растворы протаргола, колларгола, ихтиола.
Наглядные пособия:штангласы с колларголом, протарголом, ихтиолом, йодом, перманганатом калия,выпарительная чашка, оформленная к отпуску лекарственная форма
Литература:Погорелов В.И. «Фармацевтическая технология» стр. 195-201
Синёв Д.Н. Марченко Л.Г. Справочное пособие по аптечной технологии лекарств» 2001 30-56
Кондратьева Т.С. «Технология лекарственных форм» стр157-192
Муравьев И.А. «Технология лекарственных форм» стр105- 132
Межпредметные связи:Фармацевтическая химия, ОЭФ, латинский язык, фармакология,
Структура, содержание, режим занятия:
Организационный момент 2 минуты
2. Сообщение цели, темы, мотивация занятия 3 минуты
3. Сообщение нового материала. 72 минут
4. Контроль усвоения материала 5 минут
5. Домашнее задание 3 минуты
Итого: 90 минут
Вопросы для проверки усвоения материала:
· Каков размер частиц в коллоидных растворах
· Как называется коллоидная частица
· Примеры веществ, образующие коллоидные растворы
· Где готовят растворы протаргола
· Какие факторы могут вызывать коагуляцию коллоидных растворов
· Как называется процесс растворения коллоидного вещества
Коллоидные растворы. Свойства. Приготовление
Коллоидные растворы – это растворы с величиной частиц дисперсной фазы от 1-100 нм
Свойства коллоидных растворов
1.Частицы коллоидных растворов это мицеллы, когда в истинных и высокомолекулярных растворах это молекулы и оины.
2. Коллоидные растворы необратимы. Т.е. если коллоидные растворы выпарить и снова добавить воду коллоидного раствора не получится
3. Коллоидные растворы агрегативно неустойчивы. Они устойчивы при наличии третьего компонента – стабилизатора, который адсорбируясь на поверхности коллоидной частицы, отделяя их друг от друга, предотвращает слипание частиц.( коагуляцию)
4. Коллоидные частицы видны в ультрамикроскоп. В отличие от истинных и высокомолекулярных растворов, где молекулы не видны.
5. Коллоидные растворы мутные в отраженном и прозрачны в проходящем свете, т.к. коллоидные частицы способны рассеивать свет, при этом наблюдается явление опалесценции.
6. Процесс диффузии в коллоидных растворах идет медленно, из-за большого размера частиц.
7. В коллоидных растворах наблюдается явление коагуляции
8. Растворение коллоидных веществ идет через стадию набухания, процесс
растворения коллодных веществ называется пептизацией. Это свойство присуще и растворам ВМС.
9. В данных растворах можно отделить дисперсную фазу от дисперсионной среды с помощью ультрафильтров. Через обычные фильтры и вату растворы можно фильтровать.
10. В отличие от истинных растворов, коллоидные растворы не имеют ПР
11. Данные растворы обладают очень низким осмотическим давлением ( в единице объема коллоидного раствора в десятки и сотни раз меньше число молекул, чем в единице объема истинного раствора), т.к. мицеллы намного больше молекул
12. Коллоидные растворы не проходят через полупроницаемую мембрану, т.е. не диализируют, т.к. мицеллы имеют большой размер
Физико-химия дисперсных систем. Коллоидные растворы.
Дисперсные системы
«Жизнь – это особая коллоидная система, это особое царство природных вод» (В.И. Вернадский). Дисперсные системы, в частности коллоидные растворы, широко распространены в природе. Почва, глина, воздух, облака, дым, многие минералы – все это коллоидные системы. Дисперсными являются все живые системы. Биологические жидкости, кровь, лимфа, спинномозговая жидкость представляют собой коллоидные системы, в которых белки, холестерин, гликоген, фосфаты, липиды и другие вещества находятся в коллоидном состоянии. В настоящее время особый интерес представляет разработка моделей клеток, живых мембран, нервных волокон, действующих по законам коллоидной химии.
Важнейшие пищевые продукты – хлеб, молоко, масло – коллоидные системы. От величины капелек жира может зависеть скорость их всасывания через стенки пищеварительных органов. Тонко раздробленный жир в молоке и сливочном масле усваивается организмом лучше, чем жир в сплошной массе, например, сало.
С коллоидными системами человек имел дело с незапамятных времен. Изучение этих систем началось в 19 веке. Итальянский ученый Франческо Сельми в 40 гг 19 века обратил внимание на аномальные свойства некоторых растворов, которые по современным представлениям являются типичными коллоидными системами. Эти растворы сильно рассеивают свет; растворенные в них вещества выпадают в осадок от прибавления к ним даже весьма небольших количеств солей, не взаимодействующих с растворенным веществом. Переход вещества в такой раствор и осаждение из него не сопровождается изменением температуры и объема системы, что обычно имеет место при растворении кристаллов. Сельми назвал эти растворы «псевдорастворами». Позднее их стали называть золями.
Англ. уч. Томас Грэм назвал эти системы «коллоидами» (колла по греч. – клей), т.к. думал, что клей является типичным их представителем.
Коллоидные системы – это гетерогенные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм. Дисперсионная среда – это растворитель, в котором распределено вещество. Дисперсная фаза – частицы растворенного вещества.
Коллоидные системы с жидкой дисперсной средой называются золями, в случае водной среды – гидрозолями.
Коллоидные системы получают двумя способами:
1. дисперсионным – основан на измельчении макроскопических частиц до наноразмеров (1-100 нм).
2. конденсационным – это укрепление мелких частиц раствора.
Дисперсионный метод основан на измельчении макроскопических частиц до наноразмеров (1-100 нм).
Механическое измельчение не получило широкого распространения из-за большой энергоемкости. В лабораторной практике используется ультразвуковое измельчение. При измельчении конкурируют два процесса: диспергирование и агрегирование возникающих частиц. Соотношение скоростей этих процессов зависит от длительности помола, температуры, природы жидкой фазы, присутствия стабилизаторов (чаще всего ПАВ). Подбирая оптимальные условия, можно получить частицы требуемого размера, однако распределение частиц по размерам бывает достаточно широким.
Наиболее интересно самопроизвольное диспергирование твердых тел в жидкой фазе. Подобный процесс может наблюдаться для веществ, имеющих слоистую структуру. В таких структурах имеет место сильное взаимодействие между атомами внутри слоя и слабое Ван-де-Ваальсово взаимодействие между слоями. Например, сульфиды молибдена и вольфрама, имеющие слоистую структуру, самопроизвольно диспергируются в ацетонитриле с образованием бислойных частиц нанометрового размера. При этом жидкая фаза проникает между слоями, увеличивает межслойное расстояние, взаимодействие между слоями ослабевает. Под действием тепловых колебаний происходит отрыв наночастиц с поверхности тв фазы.
Конденсационные методы подразделяются на физические и химические. Формирование наночастиц осущствляется через ряд переходных состояний при образовании промежуточных ансамблей, приводящих к возникновению зародыша новой фазы, спонтанному его росту и появлению физической поверхности раздела фаз. Важно обеспечить высокую скорость образования зародыша и малую скорость его роста.
Физические методы широко используются для получения металлических ульрадисперсных частиц. Эти методы по сути являются дисперсионно-конденсационными. На первой стадии металл диспергируют до атомов при испарении. Затем за счет пересыщения паров происходит конденсация.
Метод молекулярных пучков применяют для получения покрытий толщиной около 10 нм. Исходный материал в камере с диафрагмой нагревают до высоких температур в вакууме. Испарившиеся частицы, проходя через диафрагму, образуют молекулярный пучок. Интенсивность пучка и скорость конденсации частиц на подложке можно менять, варьируя температуру и давление пара над исходным материалом.
Аэрозольный метод заключается в испарении металла в разреженной атмосфере инертного газа при пониженной температуре с последующей конденсацией паров. Этим методом были получены наночастицы Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al; их оксидов, нитридов, сульфидов.
Криохимический синтез основан на конденсации атомов металла (или соединений металла) при низкой температуре в инертной матрице.
Химическая конденсация. Коллоидный раствор золота (красного) с размером частиц был получен в 1857 г Фарадеем. Этот золь демонстрируют в Британском музее. Устойчивость его объясняется образованием ДЭС на поверхности раздела твердая фаза-раствор и возникновением электростатической составляющей расклинивающего давления.
Часто синтез наночастиц проводят в растворе при протекании химических реакций. Для получения металлических частиц применяют реакции восстановления. В качестве восстановителя используют алюмо- и борогидриды, гипофосфиты и др. Например, золь золота с размером частиц 7 нм получают восстановлением хлорида золота боргидридом натрия.
Наночастицы солей или оксидов металлов получают в реакциях обмена или гидролиза.
В качестве стабилизаторов используют природные и синтетические ПАВ.
Основной недостаток всех методов – это широкое распределение наночастиц по размерам. Один из методов регулирования размеров наночастиц связан с получением наночастиц в обратных микроэмульсиях. В обратных микроэмульсиях дисперсная фаза – вода, дисперсионная среда – масло. Размер капель воды (или другой полярной жидкости) может меняться в широких пределах в зависимости от условий получения и природы стабилизатора. Капля воды играет роль реактора, в котором образуется новая фаза. Размер образующейся частицы ограничен размерами капли, форма этой частицы повторяет форму капли.
Золь-гелевый метод содержит следующие стадии: 1. приготовление исходного раствора, обычно содержащего алкоксиды металлов М(ОR)n, где М-это кремний, титан, цинк, алюминий, олово, церий и др., R- алкал или арил; 2. образование геля за счет реакций полимеризации; 3. сушка; 4. термообработка. В органических растворителях проводят гидролиз
М(ОR)4+4H2O®M(OH)4+4ROH.
Затем происходит полимеризация и образование геля
mM(OH)n®(MO)2 +2mH2O.
Метод пептизации. Пептизацией называют процесс перехода свежеполученного при коагуляции осадка в золь под действием веществ, называемых пептизаторами. Пептизацию можно вызвать отмыванием коагулята водой от электролита, вызвавшего коагуляцию золя. Пептизация поверхностно-активными веществами связана с тем, что дифильные молекулы ПАВ адсорбируются на частицах осадка, повышая сродство дисперсной фазы к дисперсионной среде. Чаще всего пептизацию вызывают добавлением веществ, которые способны восстановить утраченный заряд коллоидных частиц.
Различают адсорбционную (при промывании осадка, пептизацию осадка электролитом; пептизацию поверхностно-активными веществами) и химическую (диссолюционную) пептизацию. Примером адсорбционной пептизации может служить переход в золь свежеполученного и промытого водой осадка гидроксида железа (III) при добавлении к нему небольших количеств раствора хлорида железа (III), которые сообщают частицам положительный заряд:
{m[Fe(OH)3]nFe3+3(n-x)Cl-}3x+3xCl-
Механизм химической пептизации состоит в том, что при добавлении электролита происходит его взаимодействие с частицами осадка, в результате которого образуется пептизатор. Его ионы адсорбируются на частицах осадка, сообщая им заряд. Примером является переход в золь осадка Fe(OН)3 при добавлении небольших объемов HCl, который сам не является стабилизатором, но химически взаимодействует с поверхностью осадка с образованием собственно пептизатора FeOCl
Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O
FeOCl→ FeO+ + Cl-
Строение мицеллы образующегося золя может быть представлено следующим образом:
{m[Fe(OH)3]nFeО+(n-x)Cl-}x+xCl-
Пептизация при промывании осадка сводится к удалению из осадка электролита, вызвавщего коагуляцию. При этом толщина ДЭС увеличивается, силы ионно-электростатического отталкивания преобладают над силами межмолекулярного притяжения.
Пептизация осадка электролитом связана со способностью одного из ионов электролита адсорбироваться на частицах, что способствует формированию ДЭС на частицах.
Пептизация поверхностно-активными веществами. Макромолекулы ПАВ адсорбируясь на частицах или придают им заряд (ионогенные ПАВ) или формируют адсорбционно-сольватный барьер, препятствующий слипанию частиц в осадке.
Химическая пептизация происходит, когда добавляемое в систему вещество взаимодействует с веществом осадка. При этом образуется электролит, формирующий ДЭС на поверхности частиц.
Длительное хранение уменьшает способность осадка к пептизации вследствие рекристаллизации (срастания частиц осадка). Происходит старение осадка.
Свойства коллоидных растворов
1. Все коллоидные растворы способны рассеивать свет, т.е. опалесцировать. Опалесценция становится особенно заметна, если через коллоидный раствор пропускать пучок сходящихся лучей, поставив между источником света и кюветой с коллоидным раствором линзу. Тогда при наблюдении сбоку виден ярко светящийся конус (конус Тиндаля), что указывает на неоднородность коллоидных растворов.
2. Диффузия частиц в коллоидных растворах протекает весьма медленно.
3. Коллоидные растворы имеют весьма низкое осмотическое давление.
Два последних свойства указывают на относительно крупные по сравнению с молекулами или ионами размеры коллоидных частиц.
4. Коллоидные растворы способны к диализу. Т.е. с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны) могут быть отделены от растворенных в них низкомолекулярных веществ, которые проходят через поры мембраны в отличие от крупных коллоидных частиц.
5. В отличие от истинных растворов коллоидные растворы неустойчивы. Коллоидно растворенное вещество способно выделяться (коагулировать) из раствора под влиянием незначительных внешних воздействий, образуя коагулят. Коагулят представляет собой агрегаты из слипшихся первичных частиц. Коагуляцию может вызвать нагревание, вымораживание, интенсивное перемешивание, введение в коллоидные растворы небольших количеств индифферентного электролита, ультразвуковые воздействия. Т.о. коагуляция – это физический, а не химический процесс.
6. Коллоидные растворы обнаруживают явление электрофореза, т.е. перенос коллоидных частиц в электрическом поле к тому или иному электроду, что свидетельствует о наличии заряда у коллоидных частиц.
Коллоидные системы могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
Одно и то же вещество в зависимости от условий может образовывать и истинный, и коллоидный раствор. Например, канифоль в спирте образует истинный, а в воде коллоидный раствор. Хлорид натрия в воде образует истинный, а в бензоле – коллоидный раствор.
Коллоидные cистемы можно рассматривать как микрогетерогенные системы с предельной дисперсностью и огромной поверхностью раздела между дисперсной фазой (растворенное вещество) и дисперсионной средой (растворитель).
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
КАТЕГОРИИ:
Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)
Растворы защищенных коллоидов.
Растворы твинов.
Растворы спенов.
Спены – производные шестиатомного спирта сорбита и высших жирных кислот. Если радикалом является остаток стеариновой кислоты получается спен-80 (сорбитанмоностеарат), при этерерификации олеиновой кислотой – спен-60 (сорбитанмоноолеат). Спены – липофильные соединения хорошо растворимы в спирте, маслах не растворимы в холодной и горячей воде. Образует эмульсию типа в/м.
Твины – полиоксильные производные спенов. Твин-60 – полиоксиэтиленсорбитанмоностеарат, твин-80 – полиоксиэтиленсорбитанмоноолеат. Твины хорошо растворяются в воде и применяются для стабилизации эмульсий типа м/в.
Коллоидные растворы (золи) – ультрамикрогетерогенные системы, в которых дисперсная фаза нерастворима в дисперсионной среде.
В коллоидных растворах каждая частица является не просто дисперстной частицей в виде полимолекулярного агрегата коллоидных размеров с определенными физическими свойствами (кинетической подвижностью –электрическим зарядом и т.д.), а представляет собой весьма сложное образование. Такое образование получило название-мицелла (размер от 10-7 до 10-9 м). В состав мицеллы входят: ядро кристаллической структуры или аморфного строения, двойной электрический слой из гидратированных ионов, диффузная часть двойного слоя, состоящего из противоионов. На поверхности ядра прочно адсорбированы ионы, которые определяют характер заряда частицы (потенциалопределяющие ионы). За слоем потенциалопределяющих адсорбированных ионов следует слой противоионов, который составляет адсорбционную оболочку (среду) мицеллы. Ядро вместе с адсорбционной оболочкой называют коллоидной частицей (или гранулой), потому что она имеет конкретную физическую поверхность и обеспечивает гетерогенность коллиодных растворов. Остальное количество противоионов располагается во внешней части мицеллы. Эти противоионы способны к проникновению диффузии в дисперсионную среду, образуя диффузионную оболочку-сферу. В целом, мицелла электронейтральна, хотя гранула всегда имеет заряд.
В отличие от истинных растворов, золи это – двухфазные система с мицелярной степенью дисперсности, частицы дисперсной фазы не видимы в обыкновенном и даже иммерсионном микроскопе (разрешающая способность 2 нм) и обнаруживаются только в ультрамикроскопе. Кроме этого коллоидные растворы обладают очень низким осмотическим давлением (в единице объёма коллоидного раствора в десятки и сотни раз меньшее число молекул, чем в единице объёма истинного раствора), а так же возможностью механического отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды при помощи ультрафильтров. Через обычные фильтры (размеры пор 4-120мкм) коллоидные частицы могут проходить, поэтому золи можно фильтровать, если отсутствует опасность адсорбции частиц фильтрующими перегородками. Фильтровальная бумага при смачивании приобретает отрицательный заряд и при фильтровании коллоидов с положительным зарядом на поверхности они адсорбируются, что ведёт к потере дисперсной фазы.
Строение мицеллы:
Достаточно большой размер поперечника коллоидных частиц объясняет то, что они рассеивают свет, благодаря чему в отражённом свете коллоидные растворы опалесцируют или даже мутнеют (эффект Тиндаля). В проходящем свете золи прозрачны. Благодаря большим размерам частиц диффузионные процессы в коллоидных растворах выражены слабо, растворы не проходят через полупроницаемую мембрану (не диализируют).
С технологической точки зрения наиболее важным свойством коллоидных растворов является их высокая степень лабильности. Под влиянием различных факторов, например, добавление незначительного количества электролита, механической обработки, действие света, а иногда самопроизвольно без каких-либо видимых причин коллоидные растворы подвергаются разрушению. Коллоидные растворы термодинамически не устойчивые системы. В них сильно развита межфазная поверхность (она достигает максимальной величины), поэтому наблюдается максимальный запас свободной поверхностной энергии (вследствие второго закона термодинамики).
Различают три вида устойчивости гетерогенных систем:
– седиментационную — способность частиц дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии т. е. не оседать под действием силы тяжести;
– агрегативную — способность частиц дисперсной фазы не изменять свои размеры во времени, т. е. противостоять слипанию (агрегации);
– конденсационную — способность частиц дисперсной фазы сохранять свою индивидуальность в образовавшемся агрегате (т. е. противостоять конденсации).
Относительная устойчивость коллоидных растворов обусловлена наличием двойного электрического слоя на поверхности частиц дисперсной фазы, гидратацией противоионов, а так же наличием высокомолекулярного вещества — стабилизатора. Потеря агрегативной устойчивости коллоидных растворов называется коагуляцией. В результате происходит укрупнение частиц, затем изменение степени дисперсности (потеря конденсационной устойчивости), и образование хлопьев, выпадающих в осадок или всплывающих (потеря седиментационной устойчивости). Исходя из этого, коагуляцию классифицируют на скрытую и явную. Скрытая коагуляция заключается в потере агрегативной устойчивости и слипании частиц, идёт без видимых проявлений. Явная коагуляция происходит, когда агрегаты частиц выпадают в осадок или всплывают. Скрытая коагуляция не всегда переходит в явную, этот процесс может продолжаться длительное время. В начальной стадии процесс коагуляции может быть обратимым.
Коагуляции способствуют:
– добавление веществ, вызывающих дегидратацию или понижающих диссоциацию молекул (электролитов, этанола, глицерина, сиропов);
– действие физических факторов (нагревание, охлаждение, свет, время хранения).
В фармацевтической практике используют главным образом две группы коллоидных веществ — защищённые коллоиды и коллоидные электролиты (полуколлоиды).
Защищённые коллоиды — комбинированные вещества, состоящие из высокодисперсного (собственно коллоидного) компонента и высокомолекулярного вещества, обладающего гидрофильными свойствами и играющего роль стабилизатора. Сущность этого явления, называемого коллоидной защитой, заключается в адсорбции высокомолекулярного вещества частицами гидрофобного. В результате этого образуется адсорбционный слой, повышающий устойчивость коллоидной системы и гидрофобные коллоидные частицы приобретают гидрофильные свойства, способны легко растворяться в воде. Благодаря защите коллоидов макромолекулами высокомолекулярных веществ, они приобретают агрегативную устойчивость, спонтанность растворения и обратимость. В фармацевтической практике нашли применение три коллоидных препарата: колларгол, протаргол (искусственно созданные защищённые коллоиды) и ихтиол (природный защищённый коллоид).
Коллоидные электролиты (полуколлоиды) — комплексы ассоциированных молекул с небольшим количеством (1-2) ионогенных групп. Полуколлоидные растворы — это системы, в которых вещество находится одновременно как в истинно растворённом, так и в коллоидном состоянии, т. е. состоит из молекул, ионов, мицелл различной дисперсности. Мицеллы образуются в результате ассоциации молекул растворённого вещества, причём повышение его концентрации способствует увеличению коллоидной фракции. Большинство полуколлоидов — электролиты, способные при распаде давать простые и ассоциированные ионы. Благодаря резко выраженной поверхностной активности полуколлоиды легко адсорбируются на многих неполярных поверхностях и гидрофилизируют их. К числу полуколлоидов, применяемых в фармацевтической практике относятся мыла, синтетические детергенты, препараты дубильных веществ и др. Некоторые органические основания (этакридина лактат) в водных растворах ведут себя как полуколлоиды.
При оформлении к отпуску коллоидных растворов и растворов полуколлоидов необходимы предупредительные надписи «Перед употреблением взбалтывать», «Хранить в прохладном, защищённом от света месте».
Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 2468; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Рекомендуемые страницы:
Читайте также: