CF II curs 9 2012-2013
-
Upload
maria-irimia -
Category
Documents
-
view
57 -
download
4
Transcript of CF II curs 9 2012-2013
Chimie fizică II Curs 9
Prof. dr. Silvia IMRE
1
Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu-Mureş
Facultatea de Farmacie
2
III.5.3. Proprietăţi optice ale sistemelor disperse
Difuzia luminii:
Intensitatea luminii difuzate
Efectul Faraday-Tyndall
Opalescenţa
Aplicaţii în studiul coloizilor:
Turbidimetria
Nefelometria
Unghi de difuzie,
Sursă de
lumină,
Particulă
coloidală
Radiaţie
difuzată, Idif
Radiaţie
difuzată, Idif
Difuzia (împrăştierea) luminii schimbarea direcţiei de
propagare datorată fenomenelor de reflexie, difracţie,
interferenţă produse ca urmare a interacţiunii luminii cu o
particulă coloidală (dimensiunile particulelor sunt
comparabile cu lungimea de undă a radiaţiei incidente)
Recapitulare:
• Reflexia luminii
• Interferenţa luminii
• Difracţia luminii
Interferenţa luminii (constructivă – maxime de
interferenţă, distructivă – minime de interferenţă)
Difracţia luminii – ocolirea obstacolelor
(dimensiunile obstacolului sunt comparabile cu
lungimea de undă a radiaţiei incidente)
Reflexia luminii
Con de
lumină
x
V, n1
n2
I0,
Factorii de care depinde Idif:
- Caracteristici ale radiaţiei – I0,
- Caracteristici ale soluţiei coloidale – N, V, n1, n2
- Modul de măsurare – , x
Idif
unde: I0 – intensitatea radiaţiei incidente, - lungimea
de undă a radiaţiei incidente, N – numărul de particule
coloidale, V – volumul particulelor coloidale, n1, n2 -
indicii de refracţie ai coloidului şi, respectiv, solventului, x
– distanţa până la observator, - unghiul sub care se
măsoară lumina difuzată.
Relaţia Rayleigh:
Opalescenţa – consecinţa difracţiei
luminii pe particulele coloidale, cu sau
fără schimbarea culorii coloidului.
Diferenţe fluorescenţă – opalescenţă:
Opalescenţa
• Difuzie de lumină
• Se poate observa la toate din domeniul UV-VIS
Fluorescenţa
• Emisie de lumină
• Se observă la anumite din domeniul UV-VIS
Turbidimetria şi nefelometria
• Turbidimetrie – se măsoară Itransmisă pe direcţia de propagare a radiaţiei incidente
• Nefelometria – se măsoară Idif la unghi de 90 sau 45 faţă de direcţia de propagare a radiaţiei incidente
• Aplicaţii:
– Turbidimetria – studiul sistemelor coloidale dense
– Nefelometria – sisteme coloidale diluate şi colorate (este influenţată foarte puţin de culoare)
– Analiza calitativă:
• Determinarea mărimii particulelor – comparaţie cu o soluţie coloidală etalon izodispersă căreia i se cunoaşte raza particulelor coloidale:
– Analiza cantitativă:
• Titrări turbidimetrice;
• Determinări cantitative prin metoda curbei de calibrare, folosind un standard de suspensie izodispers.
– Exemple de aplicaţii:
• Determinarea Ba2+ sau SO42- ca BaSO4, X- ca AgX etc.
• Analiza granulometrică a precipitatelor
• Controlul clarităţii apelor potabile şi industriale
• Controlul aerosolilor, emulsiilor şi suspensiilor farmaceutice
12
III.6. COLOIZI
Cuvântul “coloid” vine din grecescul kolla = clei 1861 – Thomas Graham recunoaşte prima dată starea
coloidală Sunt sisteme heterogene pentru care diametrul al
particulelor fazei dispersate 1 500 nm Importanţa crescândă în farmacie pentru sistemele
coloidale se datorează în primul rând noilor sisteme medicamentoase de tip nanoparticule şi transportor la ţintă
13
III.6.1. Clasificarea sistemelor coloidale
Mediu de dispersie
Materia dispersată Sistemul coloidal
Gaz (G) Lichid
Solid
Aerosol (L-G)
Aerosol (S-G)
Lichid (L)
Gaz
Lichid
Solid
Spumă (G-L)
Emulsie coloidală (L-L)
Sol/suspensie coloidală (S-L)
(soluţie coloidală)
Solid (S)
Gaz
Lichid
Solid
Spume solide (G-S)
Spume solide (L-S)
Sol solid (S-S)
Clasificare în funcţie de natura celor două faze
14
Clasificare în funcţie de gradul de interacţiune
între faza dispersată şi mediul de dispersie
Coloizi liofili Coloizi liofobi Coloizi de asociaţie
15
• Coloizii liofili – Faza dispersată interacţionează puternic
cu mediul de dispersie. – Formează de obicei soli, relativ uşor. De
aceea coloizii liofili se obţin simplu, prin dizolvarea materialului în solventul de utilizat.
– Datorită atracţiei puternice cu moleculele de solvent, aceşti coloizi sunt solvataţi, moleculele de solvent sunt ataşate de particulele fazei dispersate.
– Vâscozitatea sistemului creşte cu creşterea cantităţii de substanţă dispersată (solul devine gel)
– Sunt, în general, sisteme stabile în prezenţa unor concentraţii moderate de electroliţi.
– Ex. de substanţe care pot forma sisteme coloidale liofile: gelatina, acacia, insulina, albumina etc.
Coloid de gelatină
16
• Coloizii liofobi – Se caracterizează prin lipsa atracţiei
dintre faza dispersată şi mediul de dispersie.
– Metode speciale de preparare: • Metode de dispersie – reducerea
mărimii particulelor • Metode de condensare – particule
cu dimensiuni subcoloidale agregă în particule coloidale
– Sunt, în general, formaţi din particule anorganice dispersate în apă.
– Vâscozitatea sistemului nu se modifică semnificativ cu creşterea numărului de particule liofobe.
– Sunt instabili în prezenţa chiar şi a unor cantităţi mici de electroliţi (prin neutralizarea sarcinii particulelor coloidale)
– Exemple : Ag, Au, S, AgI în apă formează coloizi liofobi.
Coloid de Ag
17
• Coloizi de asociaţie – Se formează în soluţiile unor substanţe cu
molecule amfifile (conţin un fragment liofil şi unul liofob), faza dispersată găsindu-se sub forma unor micele.
– În mediu apos, fragmentele liofobe sunt îndreptate la interior şi cele liofile la exterior, rezultând micele cu caracter liofil (figura alăturată).
– Formarea micelelor de asociaţie are loc atunci când concentraţia componentului amfifil depăşeşte o anumită concentraţie, numită concentraţie micelară critică (CMC). Proprietăţile coloizilor coincid cu proprietăţile unor soluţii omogene în soluţii cu concentraţii sub CMC, iar peste această concentraţie prezintă proprietăţi caracteristice sistemelor coloidale.
– Vâscozitatea sistemului creşte cu creşterea cantităţii de substanţă dispersată.
– În soluţii apoase, electroliţii scad CMC şi destabilizează sistemul doar în concentraţii foarte mari.
– Exemple : agenţii activi de suprafaţă etc.
Micelă
18
• Sistemele coloidale = sisteme instabile termodinamic, efectul de suprafaţă fiind dominant: – Suprafaţa totală a particulelor coloidale dispersate
este mult mai mare decât suprafaţa aceiaşi cantităţi de substanţă vrac
– Particulele tind să îşi reducă suprafaţa aflată în contact cu mediul de dispersie (suprafaţă interfazică) prin asocierea în agregate sau particule coloidale mai mari
– Creşterea stabilităţii sistemelor coloidale: • Scăderea mărimii particulelor (r, r – raza particulei) • Creşterea vâscozităţii mediului de dispersie () • Scăderea diferenţei de densitate între cele două faze (1 2)
• Etc.
III.6.2. Elemente privind stabilitatea sistemelor coloidale
19
• Forţe de interacţiune între sistemele coloidale – Forţe electrostatice de repulsie – Forţe van der Waals – Forţe sterice – depind de geometria şi conformaţia
moleculelor aflate în interfaţă (zona de contact dintre cele două faze)
– Forţe de solvatare – apar datorită schimbărilor cantităţii de solvent adsorbit din imediata vecinătate a particulelor
Factori care pot afecta stabilitatea sistemelor coloidale:
Electroliţii
Temperatura
pH-ul
etc.
20
• Instabilitatea sistemelor coloidale se poate manifesta sub forma următoarelor fenomene: – Ecremare – aglomerarea
particulelor coloidale în partea superioară
– Floculare – alipirea câtorva particulelor în agregate mai mici, particulele păstrându-şi identitatea
– Coalescenţa – unirea mai multor particule coloidale cu formarea unei particule coloidale mai mari
– Sedimentare – aglomerarea particulelor individule în partea inferioară a sistemului
III.6.3. Emulsii farmaceutice coloidale
Emulsii
simple, U/A
sau A/U
Emulsii multiple, U/A/U, A/U/A
Microemulsii – ocupă o poziţie
intermediară între emulsii şi micele,
globulele fazei interne au dimensiuni
foarte mici
Notaţii:
U – „ulei” fază hidrofobă,
nemiscibilă cu apa
A – „apă” fază apoasă
• Stabilizarea emulsiilor:
– Adsorbţia surfactanţilor în interfaţa U-A:
• Scade , permiţând formarea emulsiilor
• Surfactanţii ionici cresc creşte repulsia electrostatică
• Tipuri de surfactanţi:
– Surfactanţi amfifilici – laurilsulfatul de sodiu, alcool cetilic etc., stabilizează, de regulă, emulsiile U/A.
– Surfactanţii neionici, precum derivaţii de polioxoetilenă, sunt mult folosiţi în industria farmaceutică datorită lipsei toxicităţii, stabilizând emulsia prin formarea unei sfere de hidratare în jurul particulelor hidrofobe în cazul emulsiilor U/A.
– Surfactanţi pentru stabilizarea emulsiilor A/U: surfactanţi amfifilici, lanolină etc.
Alcool cetilic
(hexadecan-1-ol)
Laurilsulfat der sodiu
(dodecilsulfat de sodiu)
-(CH2-CH2-O)n-
Polioxoetilen derivaţi
(Polietilenglicoli derivaţi)