Колоїдні ПАР застосовують у хлібопекарській, макаронній та кондитерській промисловості. Це дозволяє покращити якість продуктів, збільшити термін зберігання за рахунок утримання вологи, скоротити витрати сировини. Завдяки застосуванню колоїдних ПАР зберігається форма макаронних виробів при варінні.
У м'ясопереробній промисловості ПАР колоїдні ПАР застосовують для покращення смаку продуктів, підвищення стійкості до впливу несприятливих факторів при зберіганні, як біологічно інертних покриттів на м'ясопродукти.
У харчоконцентратній промисловості колоїдні ПАР застосовують для поліпшення структури продукту, виключення комкування та злипання.
Колоїдні ПАР застосовують також при виробництві морозива, за рахунок чого сповільнюється процес танення, покращується смак та консистенція продукту.
Складання нафти розчинами ПАР. ПАР збирають плівки ПАР в одну краплю, яку легко видалити з поверхні.
Завдяки солюбілізуючій дії ПАР їх застосовують у медицині, фармації для переведення в розчинний стан нерозчинних у воді ліків.
ПАР застосовують як інгібітори корозії, так як вони здатні утворювати на поверхні практично мономолекулярну плівку, що захищає метал від впливів зовнішнього середовища.
7.3. Емульсії
Емульсії – дисперсні системи, в яких дисперсійна фаза та дисперсійне середовище є взаємно нерозчинними або погано розчинними рідинами (молоко, вершкове масло, майонез).
Частинки дисперсної фази емульсії мають сферичну форму, так як сферичні частинки в порівнянні з частинками іншої форми мають мінімальну поверхню, а, отже, мінімальну поверхневу енергію (G пов = σ·S).
Дисперсійне середовище емульсій може бути як полярним, так і неполярним. Будь-яку полярну рідину прийнято позначати буквою "В" (вода), а неполярну - "М" (масло).
Отримання, стійкість та руйнування емульсій визначається особливостями кордону рідина-рідина.
7.3.1. Класифікація емульсій
По концентрації дисперсної фази (З дф) розрізняють:
розведені (З дф 0,1% об.);
концентровані (0,1 С дф< 74% об.);
висококонцентровані (З дф >74% об.).
За полярністю дисперсної фази та дисперсійного середовища розрізняють:
емульсії Iроду (прямі) - М/В (молоко);
емульсії IIроду (зворотні) - В/М (вершкове масло).
У прямій емульсії крапельки неполярної рідини (олії) розподілені у полярному середовищі (воді); у зворотній емульсії – навпаки.
7.3.2. Методи одержання емульсій
Емульсії, як і будь-які інші дисперсні системи, можна отримати двома групами методів:
Конденсаційні методи. Наприклад, конденсація пари. Пара однієї рідини (дисперсна фаза) інжектується під поверхню іншої (дисперсійне середовище). У таких умовах пара стає пересиченою і конденсується у вигляді крапель розміром 1 мкм. Через війну утворюється емульсія.
Диспергаційні методи, що ґрунтуються на дробленні дисперсної фази. Розрізняють:
механічне диспергування (струшування, змішання, гомогенізація). Промисловість випускає змішувачі різноманітних конструкцій з мішалками пропелерного та турбінного типів, колоїдні млини та гомогенізатори. У гомогенізаторах дисперсну фазу пропускають через малі отвори під високим тиском. Ці пристрої широко застосовуються для гомогенізації молока, у результаті середній діаметр крапель жиру в молоці зменшується до 0,2 мкм. Таке молоко не обстоюється.
емульгування ультразвуком. У цьому застосовується ультразвук великої потужності. Найбільш ефективна область частот від 20 до 50 кГц.
емульгування електричними методами Перевага – висока монодисперсність одержуваних емульсій.
Зрозуміти що являє собою колоїдний захист і яке відношення вона має до простої людини досить не просто. Всесвітня мережа переповнена різноманітними науковими статтями у галузі хімії та анатомії. Однак розібратися в цьому непростому питанні було б корисно кожному з нас, адже ми щодня стикаємось із цим явищем.
Колоїдний захист - це властивість запобігання колоїдним системам від коагуляції. Для того, щоб зрозуміти дане визначеннянеобхідно розібратися у всіх термінах по порядку.
Колоїдні системи та що це таке
По-перше, необхідно зрозуміти, що є колоїдною системою. Це освіта чи речовина, що має у складі кілька компонентів. Частинки компонентів прибувають у різних фазах чи станах. У природі існує три основні стани: твердий, рідкий, газоподібний.
Існує кілька типів колоїдних систем:
- рідкі аерозолі (наприклад, туман);
- тверді аерозолі (перисті хмари);
- піна (мильна піна);
- тверда піна (пінопласт);
- емульсія (молоко);
- тверда паста (перли);
- золі чи розчини (зубна паста);
- тверда суспензія (пластмаса).
Найчастіше у природі колоїдні системи представлені як рідкі розчини, у яких є тверді частинки.
Розчином є однорідна суміш, що складається з кількох компонентів. Всі вони прибувають в одній фазі чи агрегатному стані. Для розчину властиво рідкий агрегатний стан. Колоїдним розчином називають речовини, які мають у своєму складі тверді частинки. Їх розмір настільки малий, що вбирається у 0,1 мікрона. Хоча за бажанням, частки може побачити навіть проста людина. Необхідно лише піднести розчин у прозорій посудині під прямі сонячні промені. Саме вони допоможуть побачити неоднорідність структури. Підсумовуючи, можемо сказати, що колоїдний розчин - це рідина, яка складається з декількох компонентів, одним з яких є тверді частинки.
Загадкова коагуляція
Наступний незрозумілий термін у визначенні – коагуляція. Переклад цього слова з латини означає ні що інше, як згущення або згортання. Якщо максимально спростити наукове значення, то коагуляцією є процес об'єднання чи злипання твердих частинок під час зіткнення. Поштовхом для початку подібної реакції може бути природне зіткнення в момент броунівського руху частинок, вплив електричного поля, або механічна дія (наприклад, вібрація або активне перемішування).
Більшість з нас навіть не замислюється, як часто стикається з процесом коагуляції в повсякденному житті. Бачачи прокисле молоко, хорошій господині і на думку не спаде, що вона спостерігає процес коагуляції. Основними ознаками коагуляції є:
- поява осаду;
- збільшення каламутності рідини;
- пластівцеві освіти.
Коагуляція широко застосовується у медицині. Наприклад, це чудовий спосіб боротьби з судинними зірочками на обличчі та тілі. Сучасні косметологи впливають на посудину лазером, що спричиняє його злипання. Згодом він зовсім розсмоктується.
Слід зазначити, що коагуляція є природним явищем, а чи не винаходом людства. Сучасні вчені лише застосували це диво.
Широко використовується дана методика у промисловості. Наприклад, ви ніколи не замислювалися над тим, як працюють наші фільтри для очищення води? Фільтр складається з речовини, здатної приєднувати до молекул небажані частинки забруднень, при цьому, не вступаючи в реакцію з молекулами води.
На даному етапі цілком можна підвести межу, що колоїдна захист це властивість кількох компонентів розчину, у тому числі і твердих частинок, не склеюватися і поєднуються між собою, а залишатися незалежними.
Необхідно зауважити, що є одна умова, за якої колоїдний захист зберігає свої властивості – наявність невеликої кількості високомолекулярних речовин. Це означає, що для того, щоб частинки не об'єднувалися між собою, необхідно наявність захисних речовин, тобто тих, які будуть перешкоджати злипанню, у складі розчину. Наприклад, такими є білки, крохмаль, агар-агар та інші.
Колоїдний захист в організмі людини
По суті людина повністю складається з колоїдних систем, які існують лише за умови наявності колоїдного захисту. Прекрасними прикладами цих систем є кров і проста маленька клітина.
Кожна клітина нашого організму складається з ядра, лізосоми, рибосоми, комплексу Гольджі, гіалоплазми та мембрани. Захисною речовиною, яка запобігає склеюванню компонентів клітини між собою, є білок, за синтез якого відповідає ядро. Гіалоплазма це основа колоїдної системи, просто кажучи рідину. Решта компонентів можна умовно назвати твердими частинками. Вони ефективно виконують свої функції лише за умови незалежності одна від одної.
Другим яскравим прикладомКолоїдна система є кров. В даному випадку рідким середовищем виступає плазма, яка складається з води, білка, амінокислот, полі- та моносахаридів, а також багато іншого. Частинки, які повинні злипнутися – це еритроцити, тромбоцити, лейкоцити.
Також білок, який міститься в плазмі, запобігає об'єднанню крапель жирів холестерину. Якщо колоїдна захист кровоносної системи ослабне, холестерин буде накопичуватися, об'єднуються і відкладається на стінках судин і внутрішніх органів.
Звичайно, з точки зору вчених, цей опис є досить умовним і сумнівним. Однак воно допоможе розібратися звичайній людині в основних принципах дії колоїдного захисту.
Колоїдний захист у фармацевтиці. Колоїдне срібло
Як уже було сказано раніше, вченими широко використовується явище колоїдного захисту у промисловості, медицині, косметології, харчовій галузі, а також фармацевтиці. Найбільш популярною розробкою останньої є колоїдне срібло.
З давніх-давен лікарям і хімікам відомо про антибактеріальну властивість срібла. Скориставшись явищем колоїдного захисту, вчені розробили харчові розчини із додаванням іонів срібла, об'єднанню яким перешкоджають захисні речовини. Таким чином, з'явилася можливість застосовувати перорально срібло. Колоїдне срібло використовується як природний антибіотик. Існують експерименти застосування срібла у боротьбі з раком, СНІДом, туберкульозом, при захворюваннях сечостатевої системи.
Не варто забувати, що срібло – це важкий метал, тому воно досить повільно виводиться з організму людини, а також має накопичувальний ефект. Іони срібла легко всмоктуються в кровоносну систему, потрапляючи в шлунково-кишковий тракт. Печінка, шкірні покриви, слизові, нирки, селезінка, кістковий мозок, стінки капілярів, ендокринні залози, кришталик та рогівка ока мають властивість накопичувати та відкладати іони срібла. Згодом надмірне скупчення срібла в організмі людини може викликати «аргіоз». Дане захворювання проявляється у зміні кольору очей, шкіри та слизових.
На даний момент у більшості країн заборонено пероральне та внутрішньовенне вживання срібла колоїдного. Незважаючи на лікувальні властивості, Якими наділила срібло природа, воно є небезпечним для людського організму. Оскільки колоїдне срібло цілком доступне на фармацевтичному ринку, тільки вам вирішувати використовувати його або утриматися.
Колоїдна хіміявивчає фізико-хімічні властивості дисперсних систем - систем, одна з фаз яких представляє сукупність дуже дрібних частинок. Такі системи широко поширені в природі, у побуті, в техніці, будівництві та інших сферах діяльності, а також, що важливо, і у фармації. Закономірності колоїдної хімії лежать в основі процесів приготування лікарських форм, їх зберігання та старіння. Тому знання основ колоїдної хімії необхідне провізорам широкого профілю, а також технологам хімічного та фармацевтичного виробництва, виробництва засобів, що використовуються у парфумерії, косметиці та у побуті.
У цьому “Курсі” використана та сама модульна система викладу, що й у томі, присвяченому фізичної хімії. Те саме стосується оформлення тексту і пошукового апарату. У зв'язку з тим, що матеріал, що входить у кожен розділ, є єдиним цілим, у книзі відсутня поділ на лекції.
Автор висловлює глибоку подяку всім співробітникам П'ятигорської державної фармацевтичної академії та особливо співробітникам кафедри фізичної та колоїдної хімії ПДФА, чиї поради, критичні зауваження та допомога були використані при підготовці курсу лекцій та написанні справжнього видання, щиру вдячність – рецензентам. зауваження перед підготовкою до друку.
ПРИЙНЯТІ ПОЗНАЧЕННЯ
A – величина адсорбції
а - 1) лінійні розміри частинок
2) термодинамічна активність
C - 1) молярна концентрація
2) об'ємна концентрація
D - 1) ступінь дисперсності
d – діаметр
2) енергія
F - сила
GS - вільна поверхнева енергія
g - Прискорення сили тяжіння
2) ентальпія
I - Інтенсивність світла
j диф - потік дифузії
K - 1) константа адсорбційного
рівноваги
2) константа обміну
3) константа швидкості коагуляції
K ’ - Молярний коефіцієнт каламутності
k - 1) константа Больцмана
l - Довжина
M - молярна маса
m - маса
NA - число Авогадро
n – 1) кількість речовини (моль)
2) коефіцієнт заломлення
3) кількість частинок
P – коагулююча здатність
p - Тиск
Q - Об'ємна швидкість течії
R - універсальна газова постійна
r - радіус
S - 1) площа
2) ентропія
S сед - константа седиментації
S уд - Питома поверхня
Т - температура
t - час
V - обсяг
v – швидкість
w – робота
z – заряд іона
a - Ступінь набухання
b - кратність піни
Г – поверхневий надлишок
g - поріг коагуляції
D х – середній зсув частинок при
броунівському русі
d - товщина подвійного електричного
e - діелектрична проникність
e 0 – електрична постійна
z - електрокінетичний потенціал
j - 1) об'ємна концентрація
2) електротермодинамічний
потенціал
h - в'язкість
q - 1) крайовий кут змочування
2) межа плинності
l - 1) гідрофільно-ліпофільний
2) довжина хвилі
n - Часткова концентрація
p - 1) геометрична константа
2) осмотичний тиск
r - щільність
S - сума
s - 1) поверхневий натяг
2) щільність заряду
w - Кутова швидкість обертання
ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ КОНСТАНТИ
Число Авогадро NA 6,02252´1023 моль-1
Число Фарадея F 96487 Кл/моль-екв
Константа Больцмана k 1,3804´10-23 Дж/К
Універсальна газова постійна R 8,314 Дж/моль К =
1,98725 кал/моль К =
0,082057 л·атм/моль·К
Електрична постійна e 0 8,´1012 Ф/м
ВСТУП
1. Предмет колоїдної хімії, її місце серед природничих
дисциплін та значення для фармації, медицини та біології
Колоїдна хімія- наука, що вивчає дисперсні системи та поверхневі явища. До дисперсних систем багато в чому близькі за властивостями розчини високомолекулярних речовин, тому вони теж розглядаються в курсі колоїдної хімії.
У 1861 р. англійський хімік Т. Грем, продовжуючи роботи Ф. Сельмі (1845), запропонував поділити все хімічні речовинина два класи за їх здатністю утворювати розчини з властивостями, що різко відрізняються. Розчини речовин одного класу – «кристалоїдів» за термінологією Грема – стабільні, проходять без змін через рослинні та тваринні мембрани, при випаровуванні дають, як правило, кристалічні опади, дифузія в них протікає порівняно швидко, в більшості випадків вони прозорі (це так звані справжні розчини). Розчини речовин іншого класу найчастіше нестабільні (лабільні), при проходженні крізь мембрани часто поділяються або змінюють свої властивості, при їх випаровуванні утворюються аморфні опади, які часто не піддаються повторному розчиненню, дифузія в таких розчинах протікає дуже повільно, і в більшості випадків вони мають каламутність. . Цей клас речовин за грецькою назвою їх типових представників – рослинних камедей та тварин клеїв Т. Грем назвав колоїдами (від грец. kolla – клей), а розчини, що ними утворюються – колоїдними розчинами. І хоча згодом з'ясувалося, що розподіл речовин на кристалоїди і колоїди неправомірно, так як одні і ті ж речовини різних умовахутворювати як справжні, і колоїдні розчини, термін «колоїдні розчини», і навіть похідне від нього назва науки «колоїдна хімія» збереглися. Однак зараз у ці поняття вкладається інший зміст, про який буде сказано нижче.
Більшість реальних тіл, що оточують нас, складається з дрібних частинок. дисперсій, занурених у якесь середовище (рідке, тверде або газоподібне). До дисперсій відносяться частинки найрізноманітнішої форми – крупинки, грудочки, плівки, нитки, бульбашки повітря, краплі рідини, капіляри тощо. Сукупність таких дисперсій разом із середовищем, у якому вони розподілені, утворює дисперсну систему. Таким чином, дисперсні системи складаються з безперервної дисперсійного середовищаі дисперсної фази- Сукупності всіх дисперсій.
Прикладами природних дисперсних систем можуть бути гірські породи, ґрунти, пісок, пил, дим, хмари та туман; рослинні та тваринні тканини, клітини та внутрішньоклітинні утворення рослин, тварин, мікроорганізмів, а також і самі мікроорганізми – бактерії та віруси. Дисперсними системами є і багато продуктів виробництва, наприклад, будівельні матеріали, металеві сплави, папір, тканини, харчові продукти та багато лікарських форм (порошки, емульсії, суспензії, аерозолі
і т. д.). Звідси випливає, що процесами технології ліків не можна кваліфіковано керувати без знання основних властивостей дисперсних систем.
Незважаючи на малі розміри дисперсій, сумарна площа поверхні, що відокремлює їх від дисперсійного середовища, дуже велика. З цієї причини в дисперсних системах особливо помітно виявляються поверхневі явища, що значною мірою визначають їх властивості. До поверхневих явищ відносяться процеси, що протікають на кордоні, що розділяє сполучені (сполучені) фази. Так, біохімічні процеси в живих організмах відбуваються на різноманітних поверхнях розділу, таких як мембрани, що утворюють оболонки клітин, ядер, мітохондрій та ін. теорії поверхневих явищ
У колоїдної хімії є ще один об'єкт дослідження – високомолекулярні речовини (ВМВ) та їх розчини. Справа в тому, що макромолекули ВМВ мають розміри, які можна порівняти з розмірами багатьох малих дисперсій. Тому їх розчини мають багато загальних властивостейіз дисперсними системами. Необхідність вивчення ВМВ обумовлена ще й тим, що до складу тканин і клітин організму, цитоплазми, крові тощо входять природні високомолекулярні речовини - білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти. Розчини різних ВМВ застосовуються як ліки, тому і фармаколог, і провізор повинні знати властивості та особливості будови таких систем та володіти методами їх дослідження.
Маючи як об'єктів дослідження переважно реальні об'єкти у всьому різноманітті їх властивостей, колоїдна хімія завершує загальнохімічне освіту. При цьому є всі підстави називати науку про дисперсні системи та поверхневі явища фізикохімією реальних тіл.
2. Ознаки об'єктів колоїдної хімії
Для об'єктів колоїдної хімії характерні дві загальні ознаки - гетерогенність та дисперсність. Усі особливі властивості, властиві їм, є наслідками чи функціями гетерогенності та дисперсності.
Гетерогенність(Багатофазність) - ознака, що вказує на наявність міжфазної поверхні розділу. На відміну від інших гетерогенних систем дисперсні системи мають високий рівень роздробленості і велику кількість частинок дисперсної фази.
Дисперсність(Роздробленість) визначається розмірами частинок дисперсної фази. Чим менші лінійні розміри частинок фази, тим більша її дисперсність. Кількісно дисперсність може бути виражена такими характеристиками:
1) лінійні розміричастинок а . Розмірність а у системі СІ - м. У разі ізометричної форми частинок - кубічної або сферичної, під лінійними розмірами мається на увазі діаметр або ребро куба, а у разі ниток, капілярів, плівок та інших неізометричних частинок - це довжина найменшої осі частки.
2) ступінь дисперсності D часто називається просто дисперсністю. D - це величина, обернена до лінійних розмірів частинок D = 1/a . Розмірність D у системі СІ – м-1. D можна уявити як число частинок, укладаються на одиниці довжини, т. е. на 1 м.
3) питома поверхня Суд , що визначається ставленням міжфазної поверхні до об'єму або маси частинок дисперсної фази. Розрізняють два види питомої поверхні:
- Питома поверхня за обсягом:
,
де n - Число частинок, S - Площа поверхні однієї частинки, V - Об'єм однієї частинки. Розмірність S уд V м2/м3 (або менш правильно м-1).
У багатьох випадках дисперсії мимоволі приймають форму, близьку до сферичної або кубічної. Це пов'язано з тим, що з усіх геометричних тіл сфера та куб мають найменшу площуповерхні при тому ж обсязі. Тому існують прості формулидля розрахунку S уд V :
-
де r - радіус частки, d - Її діаметр;
- для систем із кубічними частинками
,
де а -довжина ребра куба.
- Питома поверхня по масі:
,
де m - Маса однієї частинки. Бо m = r V , де r - щільність речовини частинок, можна записати: . Значить,
- для систем зі сферичними частинками
;
- для систем із кубічними частинками:
Усі три характеристики дисперсності пов'язані між собою: із зменшенням а збільшуються дисперсність D та питома поверхня Суд .
При зменшенні кількісної характеристики - розміру частинок - з досягненням певного ступеня дисперсності настає якісна зміна властивостей гетерогенної системи, а саме: з багатьох фізичних і хімічних властивостейпровідної ролі набувають поверхневі явища. Починає виявлятися ця якісна своєрідність при зменшенні розмірів частинок дисперсної фази до 10-4 10-6 м, а особливо яскраво виражається в системах з частками розміром 10-7 10-9 м. Саме такі системи власне і є об'єктами вивчення колоїдної хімії ( колоїдними системами). Тому прийнято говорити про частинки колоїдних розміріві про особливе колоїдному станіречовини, підкреслюючи цим своєрідність систем із надзвичайно дрібними частинками.
3. Короткий історичний нарис
Основоположником колоїдної хімії прийнято вважати Т. Грема, який виконав у 60-х р. р. ХІХ ст. перші систематичні дослідження колоїдних розчинів Згодом колоїдна хімія увібрала в себе результати, отримані в інших галузях фізики та хімії та наприкінці XIX – на початку XX ст. в. сформувалася у самостійний розділ хімії.
На основі механічної теорії капілярності, розробленої на початку ХІХ ст.
Т. Юнгом та П. Лапласом, та термодинаміки поверхневих явищ, створеної
Дж. У. Гіббсом у 1870-х р. р., були сформульовані основні напрямки досліджень колоїдної хімії: вивчення процесів утворення нової фази в гомогенних системах, термодинамічної стійкості колоїдних систем, кількісний опис адсорбції на поверхні розділу фаз. Розвинені у 1853 р. Г. Гельмгольцем уявлення про будову подвійного електричного шару дозволили дати пояснення електрокінетичним та капілярним явищам. Створення Дж. Релеєм теорії розсіювання світла сприяло кількісному вивченню оптичних властивостей колоїдних систем. Дослідження
Ж. Перреном, Т. Сведбергом та Р. Зігмонді броунівського руху на основі теорії, створеної в 1905 р. А. Ейнштейном та М. Смолуховським, дозволило довести реальність існування молекул і правильність молекулярно-кінетичних уявлень. У 1903 р. відкрив явище хроматографії та розробив хроматографічний метод поділу та аналізу сумішей речовин. На основі запропонованої в 1917 р. І. Ленгмюр кінетичної теорії адсорбції були розроблені методи дослідження стану молекул поверхнево-активних речовин у мономолекулярних адсорбційних шарах. У 1928 р. відкрив адсорбційне зниження міцності («ефект Ребіндера») і в 1940 - 50-х р. р. на основі розвитку цього напряму та досліджень структуроутворення в дисперсних системах створив фізико-хімічну механіку. Фізична теорія стійкості колоїдних систем була розроблена в 1937 р. спільно з і незалежно від них Е. Фервеєм та Я. Овербеком («теорія ДЛФО»).
Основні напрями досліджень сучасної колоїдної хімії – термодинаміка поверхневих явищ, вивчення адсорбції речовин, властивостей дисперсних систем, будова подвійного електричного шару, створення та вдосконалення колоїдно-хімічних методів аналізу та дослідження та ін.
I. П О В Е Р Х Н О С Т Н Я В Л Є Н І Я
РОЗДІЛ 1
ОСОБЛИВОСТІ БУДУВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ. ПОВЕРХНЕВЕ НАТЯЖЕННЯ
1.1. Поверхнева енергія Гіббса. Поверхневий натяг
Міжфазна поверхня може існувати лише за наявності в системі рідкої або твердої фази. Саме вони визначають форму та будову поверхневого шару - перехідної області від однієї фази до іншої.
Будь-яка тверда або рідка речовина у найпростішому випадку складається з молекул одного виду. Однак стан тих молекул, які знаходяться на поверхні, відрізняється від стану молекул, що знаходяться в об'ємі твердої або рідкої фази, оскільки вони не з усіх боків оточені іншими подібними молекулами. Поверхневі молекули втягуються всередину рідини або твердого тіла, тому що зазнають більшого тяжіння з боку молекул, що знаходяться в об'ємі конденсованої фази, ніж з боку молекул газу з іншого боку поверхні. Це тяжіння змушує поверхню скорочуватися, наскільки це можливо, і призводить до виникнення деякої сили в поверхні поверхні, званої силою поверхневого натягу.
Тому рідкі і тверді тіла мимоволі набувають мінімального можливого обсягу і практично не піддаються стиску, а їх розтягування і розрив вимагають значних витрат енергії.
Ця енергія, що надається поверхневому шару і визначає його стійкість, є, згідно з Дж. У. Гіббс, так звану вільну поверхневу енергію GS , пропорційну площі поверхні розділу фаз:
GS = s S , (1.1)
де s - Коефіцієнт пропорційності, званий коефіцієнтом поверхневого натягу. Фізичний зміст s - вільна поверхнева енергія, що припадає на одиницю площі поверхні поділу фаз або, інакше, робота оборотного ізотермічного утворення одиниці площі поверхні поділу фаз. Розмірність СІ s - Дж/м2.
Поверхневий натяг можна також розглядати як силу, що діє на одиницю довжини контуру поверхні, що прагне скоротити поверхню до мінімуму при цьому співвідношенні обсягів фаз. У цьому випадку розмірність s зручніше виражати Н/м.
Існуванням поверхневого натягу пояснюються такі добре відомі факти: краплі води не проникають крізь дрібні отвори та проміжки між нитками парасолькових або наметових тканин; водяні павуки та комахи можуть бігати по поверхні води, що підтримуються невидимою поверхневою плівкою, краплі дощу або туману набувають кулястої форми тощо.
При дробленні твердого або рідкого тіла зростає сумарна міжфазна поверхня, завдяки чому вся більша частина його молекул виявляється на поверхні, а частка молекул, що знаходяться в обсязі, зменшується. Тому чим менше частинки, тим більша частка термодинамічних функцій, у тому числі й енергії Гіббса частки, належить поверхневим молекулам.
1.2. Шляхи зменшення вільної поверхневої енергії
Будь-які системи, у тому числі дисперсні, прагнуть рівноваги. З курсу фізичної хімії відомо, що при цьому завжди є тенденція до мимовільного зменшення енергії Гіббса G . Це стосується і вільної поверхневої енергії дисперсних систем. GS .
При цьому відповідно до рівняння (1.1) зменшення G S може досягатися такими шляхами:
а) При незмінній величині поверхневого натягурахунок зменшення міжфазної поверхні раздела:
D G S = s D S .
Зменшення площі поверхні розділу може, своєю чергою, здійснюватися теж двома способами:
Мимовільне прийняття частинками такої геометричної форми, що відповідає мінімуму вільної поверхневої енергії. Так, за відсутності зовнішніх силових впливів крапля рідини набуває форми кулі.
Об'єднання (агрегація) дрібних частинок у більші (агрегати). У цьому випадку досягається набагато більший енергетичний виграш, тому що при об'єднанні поверхня розділу фаз зменшується дуже значно.
Звідси випливає, що, маючи великий запас поверхневої енергії, дисперсні системи принципово агрегативно нестійкіі прагнуть до мимовільного зменшення ступеня дисперсності шляхом поєднання частинок дисперсної фази.
б) При незмінній площі поверхні поділу фазрахунок зменшення поверхневого натягу:
D G S = S D s .
У багатьох випадках, у тому числі і при виготовленні лікарських форм, коли потрібна підтримка незмінних розмірів частинок дисперсної фази в системі, зменшення міжфазного поверхневого натягу є найважливішим, а часто єдиним способом збереження дисперсності.
Зменшення поверхневого натягу досягається введенням у дисперсну систему поверхнево-активних речовин (ПАР), які мають здатність концентруватися (адсорбуватися) на поверхні розділу фаз і своєю присутністю зменшувати поверхневий натяг.
1.3. Поверхнево-активні речовини
Здібністю знижувати поверхневий натяг мають органічні речовиниз несиметричними, дифільнимимолекулами, у яких є як полярні (гідрофільні), так і неполярні (ліпофільні) групи. Гідрофільні групи (-ОН, -СООН, - SO3H, - NH2 тощо) забезпечують спорідненість ПАР у воді, гідрофобні (зазвичай вуглеводневі радикали, як аліфатичні, так і ароматичні) - спорідненість ПАР до неполярних середовищ. Власний поверхневий натяг ПАР має бути меншим, ніж у даного твердого тіла або рідини. В адсорбційному шарі на межі фаз дифільні молекули орієнтуються енергетично найбільш вигідним чином: гідрофільні групи – у бік полярної фази, гідрофобні – у бік неполярної.
Графічно молекула ПАР зображується символом , у якому гурток позначає гідрофільну групу, а риса - гідрофобну.
1.4. Класифікація поверхнево-активних речовин
- За розмірами молекул ПАР поділяють на високомолекулярні (наприклад, білки) і низькомолекулярні (переважна більшість ПАР, зазначених в інших типах класифікації).
- За типом гідрофільних груп розрізняють неіонні (неіоногенні) та іонні (іоногенні) ПАР.
Неіоногенні існують у розчині у вигляді недисоційованих молекул (наприклад, твини або сорбіталі, спирти).
Іоногенні дисоціюють у розчині на іони, одні з яких власне і мають поверхневу активність, а інші - ні. Залежно від знака заряду поверхнево-активного іона ПАР поділяють на катіон-активні, аніон-активніі амфотерні.
На практиці найчастіше використовуються аніонактивні ПАР: карбонові кислотита їх солі (мила), алкілсульфати, алкілсульфонати, алкіларилсульфонати, феноли, таніди та ін.
Друге місце за значенням займають неіонні ПАР - аліфатичні спирти, їх поліоксіетиленові ефіри різної природи, ліпіди.
Значно менша, але постійно зростаюча частка у виробництві ПАР посідає катіонактивні (переважно похідні алкіламінів, первинних, вторинних і третинних) і амфотерні ПАР (наприклад, амінокислоти, білки). До катіонактивних ПАР відносяться і багато алкалоїдів
- За поведінкою у розчині всі ПАР ділять на істинно-розчинніта колоїдні (або міцелоутворюючі, МПАВ). До першої групи належить велика кількістьдобре розчинних у воді дифільних органічних сполук з невеликими вуглеводневими радикалами (спирти, феноли, нижчі карбонові кислоти та їх солі, аміни). Речовини цього існують у розчині як окремих молекул чи іонів до концентрацій, відповідних їх розчинності.
Особливий інтерес становлять колоїдні поверхнево-активні речовини. Саме вони найбільше широко використовуються на практиці, у тому числі для стабілізації дисперсних систем і в першу чергу маються на увазі під терміном ПАР. Їх головною відмінністю є здатність утворювати термодинамічно стійкі ( ліофільні) гетерогенні дисперсні системи - міцелярні розчини ПАР. Мінімальна кількість атомів З молекулах МПАВ – 8 – 12, т. е. ці сполуки мають досить великий вуглеводневий радикал.
1.5. Застосування поверхнево-активних речовин
ПАР використовуються як флотореагенти, диспергатори, емульгатори, миючі засоби, компоненти пожежогасних складів, косметичних засобів та ін. ПАР відіграють важливу роль у біологічних процесах.
У фармації ПАР використовують головним чином як медичних мил і стабілізаторів таких лікарських форм, як емульсії, суспензії, колоїдні розчини, солюбілізовані системи.
Медичні мила застосовуються як миючі, дезінфікуючі та дерматологічні засоби. Вони є сумішами звичайного натрієвого та калієвого мила з барвниками, ароматичками та тими чи іншими дезінфікуючими або лікарськими засобами (наприклад, зелене мило, дьогтьове, іхтіолове, карболове, сірчане, хлорфенолове, сульсенове мило).
Як стабілізатори лікарських форм у фармації використовуються такі високомолекулярні природні ПАР, як білки (в т. ч. желатин), камеді, низькомолекулярні природні речовини - сапоніни, пальмітат, лаурат натрію або калію, а також синтетичні ПАР - твини (сорбіталі) та ін.
Миючі засоби, що широко застосовуються в побуті (власне мила, шампуні, засоби для миття посуду, пральні порошки тощо) виготовляються на основі таких ПАР, як стеарат, олеат і пальмітат натрію (або калію), а також похідні сульфанолу ( пара-додецилбензолсульфонату натрію)
Твін-80 Сульфанол
1.6. Ізотерма поверхневого натягу. Рівняння
Шишковського
Залежність поверхневого натягу розчинів ПАР від їхньої концентрації виражається при кожній даній постійній температурі ізотермами. Загальний вигляд такої ізотерми показано на рис. 1.1. Ізотерма поверхневого натягу виходить із крапки s 0 на осі ординат, що відповідає поверхневому натягу чистого розчинника. З підвищенням концентрації ПАР поверхневий натяг плавно знижується, прагнучи деякого мінімального постійного значення, характерного для кожного даного ПАР.
 |
Мал. 1.1. Загальний вигляд ізотерми поверхневого натягу
Ізотерми поверхневого натягу можуть бути описані за допомогою рівняння Б. Шишковського (1908):
https://pandia.ru/text/78/117/images/image012_28.gif" width="204" height="29 src=">,
де s - Поверхневий натяг розчину ПАР; D s - Зниження поверхневого натягу розчину ПАР з концентрацією З в порівнянні з s 0 - поверхневим натягом розчинника (наприклад, води) при цій температурі; а і b - Константи. Константа а характерна кожному за гомологічного ряду; коефіцієнт b індивідуальний для кожного окремого ПАР.
1.7. Властивості ПАР: поверхнева активність, гідрофільно-
ліпофільний баланс
Здатність поверхнево-активних речовин знижувати поверхневий натяг може бути охарактеризована поверхневою активністю, Що залежить, головним чином, від довжини вуглеводневого радикалу в молекулі ПАР. Поверхнева активність є похідною поверхневого натягу розчину ПАР за його концентрацією
Знак «мінус» показує, що зі збільшенням концентрації ПАР поверхневий натяг його розчину зменшується.
Для істинно-розчинних ПАР поверхнева активність визначається початковою ділянкою ізотерми поверхневого натягу (рис. 1.2) при концентрації, що прагне нуля.
 |
Мал. 1.2. Визначення поверхневої активності ПАР по ізотермі
поверхневого натягу
Для її знаходження проводиться дотична до ізотерми поверхневого натягу в точці, що відповідає s 0 . Дотична продовжується до перетину з віссю концентрацій. Поверхнева активність обчислюється як тангенс кута нахилу дотичної до осі абсцис:
.
Для міцелоутворювальних ПАР поверхнева активність може бути розрахована за формулою
https://pandia.ru/text/78/117/images/image017_20.gif" width="108" height="49 src="> ,
де ( b + Y n ) – спорідненість (енергія Гіббса взаємодії) неполярної частини молекули ПАР до вуглеводневої рідини ( b - Коефіцієнт, що залежить від природи ПАР, Y - спорідненість у розрахунку одну групу - СН2-, n - число груп - СН2 - у вуглеводневому радикалі); а - Спорідненість полярної групи до води.
Що гідрофільність ПАР, то більше вписувалося його ГЛБ. Існує шкала чисел ГЛБ (Д. Девіс, 1960-і рр.; Гриффін) у межах від 1 до 40. Число ГЛБ за цією шкалою може бути обчислено за сумою групових чисел, що приписуються кожній групі атомів, що входить у молекулу ПАР:
ГЛБ = гідрофільних групових чисел +
+ å гідрофобних групових чисел + 7
Наведемо деякі групові числа за Гріффіном:
гідрофільні групи |
||||
гідрофобні групи |
||||
При практичному визначенні ГЛХ використовують звані реперні точки, якими є числа ГЛБ деяких ПАР: олеїнова кислота - 1, триетаноламін - 12, олеат натрію - 18.
Хоча поняття ГЛБ і є досить формальним, воно дозволяє орієнтовно визначати сфери застосування ПАР. Наприклад:
(спеціальність "Фармація")
Цілі вивчення дисципліни «Фізична та колоїдна хімія»
Фундаментальна дисципліна «Фізична та колоїдна хімія» є базисною для освоєння студентами аналітичної, органічної, фармацевтичної хімії, токсикологічної хімії, технології лікарських форм, що входять до навчальний планпідготовки студентів за спеціальністю 040500 "Фармація".
ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Предмет, завдання та методи фізичної хімії
Основні етапи розвитку фізичної хімії. Роль вітчизняних та зарубіжних учених у розвитку фізичної хімії. Місце фізичної хімії серед інших наук та її значення у розвитку фармації. М. Ст Ломоносов, Д. І. Менделєєв, Н. С. Курнаков, Г. І. Гесс, В. Ф. Алексєєв, Н. Н. Бекетов - російські вчені, основоположники фізичної хімії.
Основні поняття та закони хімічної термодинаміки. Термохімія
Предмет та методи термодинаміки. Основні поняття та визначення .
Системи: ізольовані, закриті та відкриті. Стан системи. Функція стану. Процеси: ізобарні, ізотермічні, ізохорні та адіабатичні. Внутрішня енергія системи. Робота. Теплота.
Перший початок термодинаміки.
Математичний вираз 1-го початку. Ентальпія. Ізохорна та ізобарна теплоти процесу та співвідношення між ними. Закон Гесса. Термохімічні рівняння. Стандартні теплоти утворення та згоряння речовин. Розрахунок стандартної теплоти хімічних реакційза стандартними теплотами утворення та згоряння речовин. Теплоти нейтралізації, розчинення, гідратації. Ентальпійні діаграми. Залежність теплоти процесу від температури, рівняння Кірхгофа.
Другий початок термодинаміки.
Зворотні та незворотні в термодинамічному сенсі процеси. Максимальна робота процесу. Корисна робота. Ентропійне формулювання другого початку термодинаміки. Ентропія – функція стану системи. Зміна ентропії у ізольованих системах. Зміна ентропії при ізотермічних процесах та зміні температури. Статистичний характер другого початку термодинаміки. Ентропія та її зв'язок із термодинамічною ймовірністю стану системи. Формула Больцмана.
Третій початок термодинаміки.Абсолютна ентропія. Стандартна ентропія.
Термодинамічні потенціали.
Енергія Гельмгольця. Енергія Гіббса; зв'язок між ними. Зміна енергії Гельмгольця та енергії Гіббса у мимовільних процесах. Хімічний потенціал
Термодинаміка хімічної рівноваги
Рівняння ізотерми хімічної реакції.Термодинамічний обґрунтування закону діючих мас для гомогенного та гетерогенного хімічного рівноваги. Константа хімічної рівноваги та способи її вираження.
Рівняння ізобари та ізохори хімічної реакції.Наслідки, які з цих рівнянь. Константа хімічної рівноваги та принцип Ле-Шательє-Брауна. Розрахунок константи хімічної рівноваги з допомогою таблиць термодинамічних величин.
Термодинаміка фазових рівноваг
Основні поняття.Гомогенна та гетерогенна системи. Фаза. Складові речовини. компоненти. Фазові перетворення та рівноваги: випаровування, сублімація, плавлення, зміна алотропної модифікації. Число компонентів та число ступенів свободи. Правило фаз Гіббса. Прогнозування фазових переходів за зміни умов.
Однокомпонентні системи.
Діаграми стану однокомпонентних систем (вода, вуглекислий газ, сірка).Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Зв'язок із принципом Ле-Шательє-Брауна.
Двокомпонентні (бінарні) системи.
Діаграми плавності бінарних систем. Термічний аналіз Поняття про фізико-хімічний аналіз (Н. С. Курнаков), застосування для вивчення лікарських форм. Закон Рауля – обґрунтування методом хімічних потенціалів на основі загального закону розподілу речовини між двома фазами. Ідеальні та реальні розчини. Типи діаграм «склад – тиск пари», «склад – температура кипіння». Азеотропи. Перший і другий закони Коновалова-Гіббса. Дробна та безперервна перегонка (ректифікація). Розчинність рідин у рідинах. Верхня та нижня критичні температури розчинення (В. Ф. Алексєєв). Взаємонерозчинні рідини. Теоретичні засадиперегонки з водяною парою .
Трикомпонентні системи.
Закон Нернста розподілу речовин між двома рідинами, що не змішуються. Коефіцієнт розподілу. Принципи одержання настоянок, відварів. Екстракція.
Термодинаміка розведених розчинів
Взаємозв'язок між колігативними властивостями:відносним зниженням тиску пари, зниженням температури замерзання розчинника, підвищенням температури кипіння розчинника та осмотичним тиском розведених розчинів нелетких неелектролітів. Кріоскопічна та ебуліоскопічна константи та їх зв'язок із теплотою кипіння та плавлення розчинника.
Осмотичні властивості розчинів електролітів Ізотонічний коефіцієнт.
Кріометричний, ебуліометричний та осмометричний методи визначення молярних мас, ізотонічного коефіцієнта .
Термодинаміка розчинів електролітів
Теорія розчинів сильних електролітів Дебая та Хюккеля.Поняття про іонну атмосферу. Активність іонів та її зв'язок із концентрацією. Коефіцієнт активності та залежність його величини від загальної концентрації електролітів у розчині. Іонна сила розчину. Правило іонної сили. Залежність коефіцієнта активності від іонної сили розчину.
Буферні системи та розчини:кислотно-основні, концентраційні, окисно-відновні. Механізм їхньої дії. Ацетатний, фосфатний, аміачний, карбонатний, гемоглобіновий буфери. Буферна ємність та фактори, що впливають на неї. Значення буферних систем для хімії та біології.
Електрохімія
Провідники другого роду.Питома, еквівалентна та молярна електропровідність; їх зміна з розведенням розчину. Молярна електропровідність при нескінченному розведенні. Закон Кольрауша. Електропровідність неводних розчинів. Швидкість руху та рухливість іонів. Рухливість та гідратація (сольватація) іонів.
Електродні потенціали.
Механізм виникнення. Рівняння Нернста. Електрохімічний потенціал Стандартні електродні потенціали. Класифікація електродів. Стандартний водневий електрод. Вимірювання електродних потенціалів. Концентраційні гальванічні елементи. Хімічні джерела струму
Окисно-відновні потенціали.Механізм виникнення. Окисно-відновлювальні електроди. Реальний стандартний окисно-відновний потенціал .
Іоноселективні електроди.
Скляний електрод. Інші види іоноселективних електродів. Застосування у біології, медицині, фармації. Потенціометричний метод виміру рН. Потенціометричне титрування. Значення цих методів у фармацевтичній практиці. Потенціометричне визначення стандартної енергії Гіббса реакції та константи хімічної рівноваги.
Кінетика хімічних реакцій та каталіз
Предмет та методи хімічної кінетики. Основні поняття.
Реакції прості (одностадійні) та складні (багатостадійні), гомогенні та гетерогенні. Швидкість гомогенних хімічних реакцій та методи її виміру. Залежність швидкості реакції різних факторів. Закон мас для швидкості реакції. Молекулярність та порядок реакції.
Рівняння кінетикинезворотних реакцій нульового, першого, другого порядку. Період напівперетворення. Методи визначення порядку реакції. Залежність швидкості реакції від температури. Температурний коефіцієнт швидкості реакції. Теорія активних бінарних зіткнень. Енергія активації. Зв'язок між швидкістю реакції та енергією активації. Визначення енергії активації. Прискорені методивизначення термінів придатності лікарських препаратів. Елементи теорії перехідного стану (активованого комплексу).
Складні реакції:оборотні (двосторонні), конкуруючі (паралельні), послідовні, пов'язані (Н. А. Шилов). перетворення лікарської речовини в організмі як сукупність послідовних процесів; константа всмоктування та константа елімінації. Ланцюгові реакції (М. Боденштейн, Н. Н. Семенов). Окремі стадії ланцюгової реакції. Нерозгалужені та розгалужені ланцюгові реакції. Фотохімічні реакції. Закон фотохімічної еквівалентності Ейнштейна. Квантовий вихід реакції.
Каталітичні процеси.Позитивний та негативний каталіз. Розвиток вчення про каталіз (А. А. Баландін, Н. І. Кобозєв). Гомогенний каталіз. Механізм дії каталізатора. Енергія активації каталітичних реакцій. Кислотно-основний каталіз. Металокомплексний каталіз. Ферментативний каталіз. Гальмування хімічних реакцій. Механізм дії інгібіторів.
Термодинамічний аналіз адсорбції.
Надмірна адсорбція Гіббса. Рівняння ізотерми адсорбції Гіббса. Вимірювання адсорбції на межах розділу тверде тіло - газ та тверде тіло - рідина. Чинники, що впливають на адсорбцію газів та розчинених речовин. Мономолекулярна адсорбція, рівняння ізотерми адсорбції Ленгмюра, Фрейндліха. Полімолекулярна адсорбція. Капілярна конденсація, абсорбція, хемосорбція.
Адсорбція електролітів.Неспецифічна (еквівалентна) адсорбція іонів. Виборча адсорбція іонів. Правило Панета-Фаянс. Іонообмінна адсорбція. Іоніти та їх класифікація. Обмінна ємність. Застосування іонітів у фармації.
Хроматографія(М. С. Колір). Класифікація хроматографічних методів з техніки виконання та механізму процесу. Застосування хроматографії для отримання та аналізу лікарських речовин. Гель-фільтрація.
КОЛОЇДНА ХІМІЯ
Предмет, завдання та методи колоїдної хімії
Основні етапи розвитку колоїдної хімії. Т. Грем та І. Г. Борщов – засновники колоїдної хімії. Роль вітчизняних та зарубіжних вчених у розвитку колоїдної хімії (А. В. Думанський, В. Оствальд, П. А. Ребіндер). Значення колоїдної хімії у розвитку фармації.
Дисперсні системи
Структура дисперсних систем.Дисперсна фаза, дисперсійне середовище. Кількісні характеристики дисперсності.
Класифікація дисперсних систем:за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища, за концентрацією, за характером взаємодії дисперсної фази з дисперсійним середовищем. Поняття про ліофільні та ліофобні дисперсні системи. Особливості колоїдного стану (наностану) речовини. Універсальність дисперсного стану речовини. Визначальна роль поверхневих явищ у колоїдній хімії.
Методи одержання та очищення колоїдних розчинів.Діаліз, електродіаліз, ультрафільтрація.
Молекулярно-кінетичні та оптичні властивості колоїдних систем
Броунівський рух (рівняння Ейнштейна), дифузія (рівняння Фіка), осмотичний тиск. Їхній взаємозв'язок.
Седиментація.Седиментаційна стійкість та седиментаційна рівновага. Центрифуга та її застосування для дослідження колоїдних систем.
Розсіювання та поглинання світла.Рівняння Релея. Ультрамікроскопія та електронна мікроскопія колоїдних систем. Визначення форми, розмірів та маси колоїдних частинок.
Термодинаміка поверхневих явищ
Термодинаміка поверхневого шару.Поверхнева енергія Гіббса та поверхневий натяг. Методи визначення поверхневого натягу. Залежність поверхневого натягу від температури. Зв'язок поверхневої енергії Гіббса та поверхневої ентальпії. Крайовий кут змочування. Термодинамічні умови змочування та розтікання. Гідрофільність та гідрофобність поверхні твердих тіл.
Адсорбція поверхнево-активних речовин (ПАР)
Термодинаміка адсорбції. Висновок рівняння Гіббса. Поверхнево-активні та поверхнево-інактивні речовини. Ізотерма поверхневого натягу. Рівняння Шишковського. Поверхнева активність. Правило Дюкло-Трауб. Рівняння Ленгмюр для мономолекулярної адсорбції.
Орієнтація молекул ПАР у поверхневому шарі. Визначення площі, яку займає молекула ПАР у насиченому адсорбційному шарі, та максимальна довжина молекули ПАР.
Адсорбція ПАР на поверхні рідин, що не змішуються. Адсорбція ПАР із розчинів на поверхні твердих тіл.
Електроповерхневі явища у дисперсних системах.
Електрокінетичні явища
Природа електричних явищ у дисперсних системах. Механізм виникнення електричного заряду межі розділу двох фаз. Будова подвійного електричного шару. Міцелла, будова міцели гідрофобного золю. Заряд та електрокінетичний потенціал колоїдної частинки.
Вплив електролітів на електрокінетичний потенціал Явище перезаряджання колоїдних частинок.
Електрокінетичні явища.Електрофорез. Зв'язок електрофоретичної швидкості колоїдних частинок зі своїми електрокінетичним потенціалом (рівняння Гельмгольца-Смолуховського). Електрофоретична рухливість. Електрофоретичні методи дослідження у фармації.
Електроосмос .
Електроосмотичний метод виміру електрокінетичного потенціалу. Практичне застосуванняелектроосмосу у фармації.
Стійкість та коагуляція колоїдних систем
Седиментаційна та агрегативна стійкість колоїдних систем.
Агрегація та седиментація частинок дисперсної фази. Чинники стійкості. Коагуляція та фактори, що її викликають. Повільна та швидка коагуляція. Поріг коагуляції, визначення. Правило Шульце Гарді. Чергування зон коагуляції. Коагуляція золів сумішами електролітів. Правило адитивності, антагонізм та синергізм іонів. Колоїдний захист. Гетерокоагуляція. Пептизація.
Теорії коагуляції.. Теорія Дерягіна-Ландау-Фервея-Овербека. Використання ПАР для керування властивостями дисперсних систем.
Гелеутворення (желатинування).Реологія структурованих дисперсних систем.
Різні класи колоїдних систем
Аерозолі та їх властивості.
Одержання, молекулярно-кінетичні властивості. Електричні характеристики. Агрегативна стійкість та фактори, що її визначають. Руйнування аерозолів. Застосування аерозолів у фармації.
Порошки та їх властивості.Злежність, гранулювання та розпорошення порошків. Застосування у фармації.
Суспензії та їх властивості.
Отримання. Агрегативна стійкість та визначальні її фактори. Флокуляція. Седиментаційний аналіз суспензій. Піни. Пасти.
Емульсії, піни та їх властивості.Отримання. Типи емульсії. Емульгатори, диспергатори та механізм їх дії. Звернення фаз емульсій. Стійкість емульсій та пін та її порушення. Фактори стійкості емульсій та пін. Коалесценція. Властивості концентрованих та висококонцентрованих емульсій. Застосування пін та емульсій у фармації.
Колоїдні системи, утворені поверхнево-активними речовинами:розчини мил, детергентів, танідів, барвників. Міцелярні колоїдні системи. Міцелоутворення в розчинах ПАР. Критична концентрація міцелоутворення, методи її визначення. Ліпосоми та везикули. Солюбілізація та мікроемульсії; їх використання у фармації. Міцелярні та ліпосомальні колоїдні системи у фармації.
Високомолекулярні сполуки (ВМС) та їх розчини.
Молекулярні колоїдні системи. Методи одержання ВМС. Класифікація ВМС, гнучкість ланцюга полімерів. Внутрішнє обертання ланок у макромолекулах ВМС. Кристалічний та аморфний стан ВМС.
Набухання та розчинення ВМС.Механізм набухання. Термодинаміка набухання та розчинення ВМС. Вплив різних чинників на рівень набухання. Ліотропні ряди іонів.
В'язкість розчинів ВМС.Відхилення властивостей розчинів ВМС від законів Ньютона та Пуазейля. Рівняння бінгама. Причини аномальної в'язкості полімерних розчинів.
Методи виміру в'язкості розчинів ВМС. Питома, наведена та характеристична в'язкості. Рівняння Штаудінгера та його модифікація. Визначення молярної масиполімеру віскозиметричним методом
Полімерні неелектроліти та поліелектроліти.Поліамфоліти. Ізоелектрична точка поліамфолітів та методи її визначення.
Осмотичні властивості розчинів ВМС.Осмотичний тиск розчинів полімерних неелектролітів. Відхилення від закону Вант-Гофф. Рівняння Галера. Визначення молярної маси полімерних неелектролітів. Поліелектроліти. Осмотичний тиск розчинів поліелектролітів. Мембранна рівновага Доннана.
Чинники стійкості розчинів ВМС.Висолення, пороги висолення. Ліотропні ряди іонів. Залежність порогів висолення поліамфолітів від рН середовища. Коацервація - проста та комплексна. Мікрокоацервація. Біологічне значення. Мікрокапсулювання. Застуднівання. Вплив різних факторів на швидкість застуднення. Тиксотропія колодязів і гелів. Синьорезис.
Основна
- Горшков В.І., Кузнєцов І. А. Основи фізичної хімії. - М., Біном. Лабораторія знань, 2006.
- Єрьомін В.В., Каргов С.І., Успенська І.А., Кузьменко Н.Є., Лунін В.В. Основи фізичної хімії.Теорія та завдання.М.,Іспит, 2005.
- Єршов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Загальна хімія. Біофізична хімія. М., Вища школа, 2000.
- Фрідріхсберг Д.А. Курс колоїдної хімії. - Л., 1995.
- Євстратова К.І., Купіна Н.А., Малахова Є.Є. Фізична та колоїдна хімія. – М., Вища школа, 1990.
- Практикум з фізичної та колоїдної хімії (Бугреєва Є. В. та ін.). – М., Вища школа, 1990.
Додаткова
- Щукін Є. Д., Перцов А. В, Амеліна Є. А. Колоїдна хімія. - М. 2007.
- Фролов Ю. Г. Курс колоїдної хімії. Поверхневі явища та дисперсні системи. - М., Хімія, 2004
- Зімон Д. А., Лещенко Н. Ф. Колоїдна хімія. - М. 1999.
- Практикум і задачник з колоїдної хімії під ред. Назарова В. В., Гродського А. С. - М. 2007.
- Шур А. М. Високомолекулярні речовини. – М., 1981.
- Захарченко В. Н. Збірник завдань та вправ з фізичної та колоїдної хімії. – М., 1978.
- Захарченко В. Н. Колоїдна хімія. - М., 1989.
- Микільський Би. П. (ред.) Фізична хімія. - Л., 1987.
- Соловйов Ю. І. Нариси з історії фізичної хімії. - М., 1984.
Програму складено
доц. Карговим С.І.
доц. Іванової Н.І.
