Дисперсные системы. Определение. Классификация.

Суспензии и эмульсии. Устойчивость и стандартизация суспензий и эмульсий

Суспензии и эмульсии для внутреннего, наружного и парентерального введения Промышленное производство суспензий и эмульсий. Аппаратура для диспергирования в жидких средах (быстроходные мешалки, фрикционные и коллоидные мельницы. РПА, ультразвуковые генераторы).

В зависимости от путей введения, различают лекарственные формы:

пероральные — растворы, суспензии, сиропы, эмульсии, эликсиры, настои, настойки, отвары, порошки, таблетки, драже, пилюли, желе, гранулы, капсулы, микрокапсулы; инъекционные — растворы, суспензии, эмульсии, порошки и таблетки для растворения, таблетки и капсулы для имплантации;
ингаляционные — газы, пары, аэрозоли; сублингвальные — порошки, драже, таблетки, капсулы, растворы, таблетки для жевания; перкутанные — мази, растворы, кремы, пластыри, линименты, пасты, гели, аэрозоли обычные, пенные и пленкообразующие; ректальные — суппозитории, мази, капсулы, аэрозоли, пены, растворы, суспензии, эмульсии, микроклизмы; вагинальные — суппозитории, шарики, таблетки, растворы, эмульсии, суспензии; глазные — растворы, мази, пленки, гели.

Суспензия — жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или несколько измельченных порошкообразных веществ, распределенных в жидкой дисперсионной среде. Суспензии выпускаются готовыми к применению или в виде порошков и гранул, предназначенных для приготовления суспензий, к которым перед применением прибавляют воду или другую жидкость. Размер частиц дисперсной фазы в суспензиях может быть в пределах от 0,1 до 1 мкм (в тонких суспензиях) или более 1 мкм (в грубодисперсных суспензиях).

По способу применения суспензии классифицируют: для внутреннего, наружного и парентерального. Суспензии для парентерального применения вводят в организм только внутримышечно. Не допускается изготовление суспензий, содержащих сильнодействующие и ядовитые вещества, употребление которых при неточном дозировании может привести к нежелательным последствиям.

Промышленное производство суспензий и эмульсий

При приготовлении в заводских условиях суспензий и эмульсий находят применение следующие способы: смешение, размалывание в жидкой среде, раздробление с помощью ультразвука.

Выбор способа приготовления этих лекарственных форм зависит от ожидаемой степени дисперсности входящих лекарственных и вспомогательных веществ. Микрокристаллические взвеси можно получить конденсационным способом или направленной кристаллизацией при смешивании растворов в определенных температурных условиях и значениях pH и др.

Смешение фаз. Простым смешением фаз могут быть получены лишь легко образующиеся эмульсии. Они, как правило, грубо- и полидисперсны и для повышения устойчивости нуждаются в дополнительной гомогенизации. Для этих целей используют различные мешалки общего типа — якорные, планетарные, пропеллерные и другие. Кроме мешалок общего типа, в некоторых случаях применяются различные конструкции специальных мешалок, например дисковые, барабанные.

Дисковые мешалки представляют собой конструкцию из двух дисков, укрепленных на небольшом расстоянии друг от друга на вертикальном валу и вращающихся с большой скоростью в направляющих цилиндрах. Каждый из дисков снабжен отверстиями специальной формы и представляет собой сплошной плоский или сужающийся к периферии диск, диаметр которого составляет 1/0,1—0,15 от диаметра аппарата. Для того чтобы устранить вращение жидкости, на крышке сосуда, в котором ведут перемешивание, укреплены три вертикальные перегородки. При вращении дисков слои жидкости, находящиеся под нижним диском, поднимаются с большой скоростью по оси нижнего направляющего цилиндра, а слои жидкости, находящиеся выше верхнего диска, опускаются вниз по оси верхнего направляющего цилиндра. Столкновение потоков вызывает завихрения во всем объеме жидкости, что соответствует интенсивному перемешиванию. Окружная скорость очень велика — 5—35 м/сек. Эти мешалки применяются для перемешивания частиц твердых материалов с вязкими жидкостями, или жидкостей с разным удельным весом.

Барабанная мешалка представляет собой барабан типа беличьего колеса. Такие мешалки создают интенсивное перемешивание жидкостей при соблюдении следующих соотношений — диаметра барабана к диаметру сосуда от 1:4 до 1:6, диаметра барабана к высоте — 2:3. Для приготовления эмульсий и суспензий высоту заполнения сосуда принимают десятикратной диаметру барабана.

Следует подчеркнуть, что эти мешалки применяются для приготовления эмульсий и суспензий с твердыми частицами, имеющими большой удельный вес. Барабанный смеситель является аппаратом периодического действия. Он прост по устройству, но требует значительного времени для смешивания, что является его недостатком.

Вибрационные мешалки имеют вал с закрепленными на нем одним или несколькими перфорированными дисками. Диски совершают возвратно-поступательное движение, при котором достигается интенсивное перемешивание содержимого аппарата. Энергия, потребляемая мешалками этого типа, невелика, поэтому они используются для перемешивания жидких смесей и суспензий преимущественно в аппаратах, работающих под давлением. При использовании вибрационных мешалок время, необходимое для растворения, гомогенизации и диспергирования, значительно сокращается, поверхность жидкости остается спокойной, воронки не образуется. Вибрационные мешалки изготовляются диаметром до 300 мм и применяются в аппаратах емкостью не более 3 м 3 .

Тонкодисперсные эмульсии получают с помощью турбинных установок. В турбинном распылителе дисперсная фаза подается по трубе 2 снизу, а дисперсионная среда 3 сверху. При вращении турбины 1 обе фазы перемешиваются, с большой скоростью вылетают, распыляясь, через сопла 4 и образуют эмульсию.

Размалывание в жидкой среде. Для приготовления суспензий и эмульсий, содержащих твердые вещества, применяются роторно- пульсационные аппараты и коллоидные мельницы различных конструкций.
При получении дисперсных систем РПА могут быть погружены в реактор с обрабатываемой средой или вне реактора.

Гомогенизация в РПА достигается путем интенсивного механического воздействия на частицы дисперсной фазы, вызывающего турбулизацию и пульсацию смеси. Существуют усовершенствованные конструкции РПА с раздельной подачей компонентов обрабатываемой среды по специальным каналам статора, с лопастями и диспергирующими телами (шары, кольца и др.) на роторе или статоре, с роликовыми подшипниками в обоймах, с рифлеными поверхностями рабочих частей и различного рода зазорами между ними. Чем меньше зазор между вращающимися и неподвижными цилиндрами, тем выше получаемая степень дисперсности.

В РПА таких конструкций намного повышается эффективность диспергирования. С увеличением содержания твердой фазы в суспензиях повышается эффективность диспергирования в РПА, так как дополнительно имеет место интенсивное механическое трение частиц дисперсной среды друг с другом. Затем полученная концентрированная суспензия смешивается с остальной частью дисперсионной среды.

С помощью РПА можно совмещать операции диспергирования и эмульгирования, что обеспечивает получение многофазных гетерогенных систем, таких, как эмульсионно-суспензионные линименты стрептоцида, синтомицина и др. В современных коллоидных мельницах размалывание происходит в жидкой среде при помощи удара и растирания. Чаще всего в промышленности используют бильные и виброкавитационные мельницы.

Для гомогенизации эмульсий применяют также специальные аппараты-гомогенизаторы, имеющие различное устройство. Так, грубодисперсная эмульсия под высоким давлением может продавливаться через узкие каналы и щели гомогенизатора, либо под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении диска, находящегося в гомогенизаторе другого типа, проходить через его щели, распыляясь до состояния тумана.

Ультразвуковое диспергирование. При воздействии ультразвуковых волн на жидкость возникает явление кавитации, т. е. ультразвуковые волны обладают собственным давлением на жидкость, которое накладывается на постоянное гидростатическое давление. Если в жидкость распространяется звуковая волна, оказывающая давление в 1 атм, то в момент сжатия суммарное давление в жидкости будет равно 2 атм. Жидкости устойчивы против сжатия и очень чувствительны к растягивающим условиям, поэтому в момент разрежения в них образуется большое количество разрывов в местах, где их прочность ослаблена, например, у посторонних твердых частиц. Эти полости, называемые кавитационными пузырьками, сохраняются неизменными некоторое время, после чего «захлопываются». В это время развивается местное давление, достигающее сотен атмосфер и приводящее к разрушению твердых тел, находящихся вблизи пузырька. Ультразвуковая кавитация достигается с помощью механических, электромеханических и магнитострикционных излучателение .

Механические излучатели. Для получения мощного ультразвука применяют жидкостные свистки, в которых пучки ультразвука создаются колебаниями пластин, возникающими под действием струи жидкости, входящей под давлением из сопла и разбивающейся о край пластинки. Он работает в диапазоне от 400 до 30 ООО Гц и обладает полезной мощностью в несколько десятков ватт.

Электромеханические излучатели. Из электромеханических излучателей наиболее перспективны магнитострикционные излучатели. Магнитострикция — свойство некоторых материалов изменять свои размеры под действием сильного магнитного поля. Если магнитное поле непостоянно по величине и изменяется с определенной частотой, то с такой же частотой будут изменяться размеры тела, находящегося в этом поле. Изменение магнитного поля с ультразвуковой частотой (100 кГц) вызывает ультразвук.

Магнитострикционные излучатели обычно имеют вид сплошного или полого стержня с обмоткой, которую питает ток необходимой частоты. Материалами для стержня могут быть никель, нержавеющая сталь и некоторые сплавы. Мощность стержня зависит от мощности тока, проходящего по обмотке излучателя.

Устойчивость суспензий и эмульсий. Вспомогательные вещества в производстве суспензий и змульсий, их значение в обеспечении рациональной биологической доступности. Стандартизация. Сухие суспензии.

Суспензии как лекарственная форма микрогетерогенной системы, относятся к неустойчивым системам и со временем расслаиваются. Устойчивость суспензий прямо пропорциональна вязкости дисперсионной среды, обратно пропорциональна квадрату диаметра взвешенных частиц, разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды и ускорению силы тяжести. Поэтому на некоторые величины можно влиять в направлении достижения максимальной устойчивости суспензий.

Гидрофобные частицы легко слипаются, образуя агрегаты- хлопья, которые быстро оседают или всплывают, если плохо смачиваются водой, — такое явление называется флоккуляцией.

Эмульсия — однородная по внешнему виду лекарственная форма, состоящая из взаимно нерастворимых тонкодиспергирован- ных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного или парентерального применения. Эмульсии относятся к микрогетеро- генным системам, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Различают два основных типа эмульсий — дисперсии масла в воде (м/в) и воды в масле (в/м).

Проблема физической стабильности является центральной в технологии эмульсий. Различается несколько видов неустойчивости эмульсий.

Термодинамическая неустойчивость — свойственна эмульсиям как дисперсным системам со значительной поверхностью раздела фаз, обладающей избытком свободной энергии. При этом выделяются отдельные фазы эмульсии. При слиянии отдельных капель дисперсной фазы в агрегаты наблюдается флоккуляция, соединение всех укрупненных капель в одну большую является коалесценцией.

Кинетическая неустойчивость может проявляться в виде осаждения частиц дисперсной фазы (седиментация) или их всплывание (кремаж) под влиянием силы тяжести согласно закону Стокса.

Третий вид нестабильности — обращение (инверсия) фаз, т. е. изменение состояния эмульсии от м/в в в/м, или наоборот. Введение ПАВ позволяет ускорить резорбцию лекарств, они выполняют роль пластификаторов, улучшая структурно-механические свойства дисперсных систем. При выборе эмульгаторов для фармацевтических эмульсий рекомендуется учитывать механизм их стабилизации, токсичность, величину pH, химическую совместимость с лекарственными веществами.

К высокомолекулярным эмульгаторам относятся желатин, белки, поливиниловый спирт, полисахариды. На поверхности раздела фаз они образуют трехфазную сетку с определенными параметрами. Стабилизация в данном случае происходит за счет создания структурно-механического барьера в объеме дисперсионной среды.

Наибольшее значение в качестве эмульгаторов имеют низкомолекулярные ПАВ, которые по способности к ионизации в воде подразделяют на 4 класса: анионные, катионные, неионогенные и амфолитные. Из первой группы наиболее часто используют мыла и натриевые соли сульфоэфиров высших жирных кислот (натрия лаурилсульфат). Из второй группы рекомендованы соли четвертичных аммониевых и пиридиновых соединений, которые обладают еще и бактерицидным действием (бензалконий хлорид, этоний, цетилпиридиний хлорид и др.). Из третьей группы наибольшее применение нашли ПАВ, относящиеся к высшим эфирным спиртам и кислотам — это сложные эфиры гликолей и жирных кислот, спены (полиоксиэтиленглико- левые эфиры высших жирных спиртов, кислот и спенов, жиросахара, твин-80, препарат ОС-20, пентол, эмульгаторы Т-2).

Для четвертой группы ПАВ характерно содержание в молекуле нескольких полярных групп; в воде они могут ионизироваться с образованием либо длинноцепочечных анионов, либо катионов, что придает им свойства анионных или катионных ПАВ. Обычно эти ПАВ содержат одновременно аминогруппу с сульфоэфирной карбоксильной или сульфонатной группами (бетаин, лецитин).

В последние годы большое распространение получило применение неионогенных ПАВ. Они не оказывают раздражающего действия, повышают резорбцию лекарственных препаратов, устойчивы к воздействию кислот, щелочей и солей, хорошо смешиваются с органическими растворителями и совместимы с большинством лекарственных веществ.

Для повышения химической стабилизации эмульсий и суспензий их рекомендуется хранить при низких температурах, защищать от воздействия воздуха и света, вводить антиоксиданты: бутилокситолуол, бутилоксианизол, пропилгаллат и др.

Природа и полярность масляной фазы также влияют на эмульгирующую способность ПАВ и стабильность эмульсий. Так, эмульсии, содержащие длинноцепочечные алканы, более устойчивы: эмульсии с растительными маслами менее стабильны, чем с минеральными. Соотношения между маслом, водой и ПАВ влияет на тип эмульсий, реологические свойства и стабильность.

На высвобождение и биодоступность лекарственных веществ из эмульсий и суспензий влияют многие факторы, важнейшими из которых являются: тип эмульсий, свойства дисперсной среды,вид эмульгатора, дисперсность частиц. Для целенаправленного влияния на биодоступность необходимо учитывать гидрофильность и лиофильность лекарственных веществ; фазу локализации лекарственного вещества (вода, масло и др.). В зависимости от этих факторов необходимо подбирать технологические приемы приготовления эмульсий и суспензий.

Стандартизация суспензий и эмульсий

Оценка качества готовой продукции проводится путем оценки уровня требований, заложенных в НТД по содержанию действующих веществ. Регламентируется также показатель значения pH среды, степень дисперсности частиц твердой фазы в суспензиях и капель эмульсий, скорость оседания частиц дисперсной фазы суспензий. Контролируется термостабильность и морозостойкость эмульсий: при выдерживании пробы эмульсии (30,0 г) в термостате при 45 °С в течение 8 ч отделившийся масляный слой не должен превышать 25% общей высоты эмульсии. При охлаждении до 20 °С в течение 10 ч и после отстаивания при комнатной температуре не должно быть расслоения. К суспензиям для парентерального введения предъявляются дополнительные требования, указанные в статье ГФ XI «Инъекционные лекарственные формы».

Хранение. Суспензии и эмульсии хранят в стеклянных флаконах или банках темного стекла, плотно закрытых крышкой, в прохладном, защищенном от света месте, с указанием на этикетке срока действия препарата. Суспензии и эмульсии выпускаются фармацевтической промышленностью как самостоятельные лекарственные формы, а также входят в состав линиментов (жидких мазей).

Х и м и я

В предыдущем параграфе мы говорили о растворах. Здесь коротко напомним об этом понятии.

Растворами называют однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов.

Гомогенная система – это однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

Такое определение раствора не вполне корректно. Оно скорее относится к истинным растворам.

В тоже время существуют ещё коллоидные растворы, которые являются не гомогенными, а гетерогенными, т.е. состоят из разных фаз, разделённых поверхностью раздела.

Для того чтобы достичь большей чёткости в определениях используют другой термин – дисперсные системы.

Перед рассмотрением дисперсных систем немного расскажем об истории их изучения и о появления такого термина как коллоидные растворы.

История вопроса

Ещё в 1845 г. химик Франческо Сельми, исследуя свойства различных растворов, заметил, что биологические жидкости – сыворотка и плазма крови, лимфа и другие – резко отличаются по своим свойствам от обычных истинных растворов, и поэтому такие жидкости были им названы псевдорастворами.

Коллоиды и кристаллоиды

Дальнейшие исследования в этом направлении, проводившиеся с 1861 г. английским учёным Томасом Грэмом, показали, что одни вещества, быстро диффундирующие и проходящие через растительные и животные мембраны, легко кристаллизуются, другие же обладают малой способностью к диффузии, не проходят через мембраны и не кристаллизуются, а образуют аморфные осадки.

Первые Грэм назвал кристаллоидами, а вторые – коллоидами (от греческого слова kolla – клей и eidos – вид) или клееподобными веществами.

В частности, было выявлено, что вещества, способные к образованию аморфных осадков, как, например, альбумин, желатин, гуммиарабик, гидроокиси железа и алюминия и некоторые другие вещества, диффундируют в воде медленно по сравнению со скоростью диффузии таких кристаллических веществ, как поваренная соль, сернокислый магний, тростниковый сахар и др.

В таблице ниже приведены коэффициенты диффузии D для некоторых кристаллоидов и коллоидов при 18С.

Кристаллоиды

Молекулярный вес

D·10 7 см 2 /сек

Коллоиды

Молекулярный вес

D·10 7 см 2 /сек

Из таблицы видно, что между молекулярным весом и коэффициентом диффузии существует обратная зависимость.

Кромме того у кристаллоидов была обнаружена способность не только быстро диффундировать, но и диализироваться, т.е. проходить через мембранны, в противоположность коллоидам, имеющим больший размер молекул и поэтому медленно диффундирующим и не проникающим через мембраны.

В качестве мембран используют стенки бычьего пузыря, целлофан, плёнки из железисто-синеродистой меди и т.д.

На основании сделанных наблюдений Грэм установил, что все вещества могут быть подразделены на кристаллоиды и коллоиды.

Русские не согласны

Против такого строго разделения химических веществ возражал профессор Киевского университета И.Г. Борщёв (1869). Мнение Борщёва позднее было подтвеждено исследованиями другого русского учёного Веймарна, который доказал, что одно и то же вещество в зависимости от условий может проявлять свойства коллоидов или кристаллоидов.

Так, например, раствор мыла в воде обладает свойствами коллоида, а мыло, растворённое в спирте, проявляет свойства истинных растворов.

Точно также кристаллические соли, например, поваренная соль, растворённая в воде, даёт истинный раствор, а в бензоле – коллоидный раствор и т.п.

Гемоглобин же или яичный альбумин, обладающие свойствами коллоидов, могут быть получены в кристаллическом состоянии.

Д.И. Менделеев полагал, что любое вещество, в зависимости от условий и природы среды, может проявлять свойства коллоида. В настоящее время любое вещество можно получить в коллоидном состоянии.

Таким образом, нет оснований подразделять вещества на два обособленных класса – на кристаллоиды и коллоиды, а можно говорить о коллоидном и кристаллоидном состоянии вещества.

Под коллоидным состоянием вещества подразумевается определённая степень его раздробленности или дисперсности и нахождении коллоидных частиц во взвешенном состоянии в растворителе.

Наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных высокодисперсных и высокомолекулярных систем называется коллоидной химией.

Дисперсные системы

Если одно вещество, находящееся в раздробленном (диспергированном) состоянии, равномерно распределено в массе другого вещества, то такую систему называют дисперсной.

В таких системах раздробленное вещество принято называть дисперсной фазой, а среду, в которой она распределена, — дисперсионной средой.

Так, например, система, представляющая собой взмученную глину в воде, состоит из взвешенных мелких частиц глины – дисперсной фазы и воды – дисперсионной среды.

Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными.

Дисперсные системы, в отличие от гетерогенных с относительно крупными, сплошными фазами, называют микрогетерогенными, а коллоиднодисперсные системы называют ультрамикрогетерогенными.

Классификация дисперсных систем

Классификацию дисперсных систем чаще всего производят исходя из степени дисперсности или агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Классификация по степени дисперсности

Все дисперсные системы по величине частиц дисперсной фазы можно разделить на следующие группы:

Вид дисперсности

Размер частиц

Микроскопическая дисперсность (суспензии, эмульсии)

Для справки прводим единицы размеров в системе СИ: 1 м (метр) = 102 см (сантиметра) = 103 мм (миллиметра) = 106 мкм (микрометра) = 109 нм (нанометра). Иногда применяют другие единицы – мк (микрон) или ммк (миллимикрон), причём: 1 нм = 10 -9 м =10 -7 см = 1 ммк; 1 мкм = 10 -6 м = 10 -4 см = 1 мк.

Эти системы содержат в качестве дисперсной фазы наиболее крупные частицы диаметром от 0,1 мк и выше. К этим системам относятся суспензии и эмульсии.

Суспензиями называют системы, в которых твёрдое вещество находится в жидкой дисперсионной среде, например, взвесь крахмала, глины и др. в воде.

Эмульсиями называют дисперсионные системы двух несмешивающихся жидкостей, где капельки одной жидкости во взвешенном состоянии распределены в объёме другой жидкости. Например, масло, бензол, толуол в воде или капельки жира (диаметром от 0,1 до 22 мк) в молоке и др.

Они имеют размеры частиц дисперсной фазы от 0,1 мк до 1 ммк (или от 10 -5 до 10 -7 см). Такие частицы могут проходить через поры фильтровальной бумаги, но не проникают через поры животных и растительных мембран.

Коллоидные частицы при наличии у них электрического заряда и сольватно-ионных оболочек остаются во взвешенном состоянии и без изменения условий очень долго могут не выпадать в осадок.

Примерами коллоидных систем могут служить растворы альбумина, желатина, гуммиарабика, коллоидные растворы золота, серебра, сернистого мышьяка и др.

Такие системы имеют размеры частиц, не превышающие 1ммк. К молекулярно-дисперсным системам относятся истинные растворы неэлектролитов.

Это растворы различных электролитов, как, например, солей, оснований и т.д., распадающихся на соответствующие ионы, размеры которых весьма малы и выходят далеко за пределы 10 -8 см.

Уточнение по повду представления истинных растворов как дисперсных системах. Из приведённой здесь классификации видно, что любой раствор (как истинный, так и коллоидный) можно представить как дисперсную среду. Истинные и коллоидные растворы будут различаться размерами частиц дисперсных фаз. Но выше мы писали о гомогенности истинных растворов, а дисперсионные системы гетерогенны. Как разрешить это противоречие? Если говорить о структуре истинных растворов, то их гомогенность будет относительной. Структурные единицы истинных растворов (молекулы или ионы) значительно меньше частиц коллоидных растворов. Поэтому, можно сказать, что по сравнению с коллоидными растворами и взвесями, истинные растворы гомогенны. Если же говорить о свойствах истинных растворов, то их нельзя в полной мере называть дисперсными системами, поскольку обязательным существованием дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергированного вещества и дисперсионной среды. В коллоидных растворах и грубых взвесях дисперсная фаза и дисперсионная среда практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Этого совсем нельзя сказать об истинных растворах. В них при растворении вещества смешиваются и даже взаимодействуют друг с другом. По этой причине коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов.

Эмульсия

Эму́льсия(новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.

Эмульсии являются обычно грубодисперсными системами, у которых капельки дисперсной фазы имеют размеры от 1 до 50 мкм. Эмульсии состоят из несмешиваемых жидкостей, причем если одна из жидкостей является полярной (например, вода), то вторая — неполярная или малополярная (например, органическая жидкость). Например, молоко — одна из первых изученных эмульсий, в нём капельки жира распределены в водной среде. Эмульсии низкой концентрации — неструктурированные жидкости. Высококонцентрированные эмульсии — структурированные системы.

Содержание

Основные типы эмульсий

Тип и эмульсии зависит от состава и соотношения ее жидких фаз, от количества и химической природы эмульгатора, от способа эмульгирования и некоторых других факторов.

Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде»)

Для эмульсих типа м/в хорошими эмульгаторами могут служить растворимые в воде мыла (натриевые и калиевые соли жирных кислот). Молекулы этих соединений, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, не только снижают поверхностное натяжение на ней, но благодаря закономерной ориентации в поверхностном слое создают в нем пленку, обладающую механической прочностью и защищающей эмульсию от разрушения.

Обратные, или инвертные (типа «вода в масле»)

Для эмульсии типа в/м хорошими эмульгаторами могут быть нерастворимые в воде мыла (кальциевые, магниевые и алюминиевые соли жирных кислот).

Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.

Тип эмульсии	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда
Прямая	Вода	Масло
Обратная	Масло	Вода

Так же эмульсии разделяются на лиофильные и лиофобные:

Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. К ним относятся т. н. критические эмульсии, образующиеся вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз, а также некоторые смазочно-охлаждающие жидкости.
Лиофобные эмульсии возникают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании (диспергировании), а также вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах. Они термодинамически неустойчивы и длительно существуют лишь в присутствии эмульгаторов — веществ, облегчающих диспергирование и препятствующих коалесценции (слипанию). Эффективные эмульгаторы — мицеллообразующиеПАВ, растворимые высокомолекулярные вещества, некоторые высокодисперсные твёрдые тела.

Получение эмульсий

Эмульсии образуются двумя путями:

путём дробления капель.

Этот метод осуществляется путём медленного прибавления диспергируемого вещества в дисперсную систему в присутствии эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц получаемой эмульсии и её устойчивость, является скорость перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и pH среды.

путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.

Механизм образования состоит в следующем. Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло), при медленном прибавлении к дисперсионной среде образует плёнку. Эта плёнка разрывается пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые находятся на дне сосуда. Образуются мелкие единичные капли. Одновременно пузырьки воздуха энергично размешивают всю жидкость и этим самым способствуют дальнейшему эмульгированию. В настоящее время для получения концентрированной эмульсии масла с водой её подвергают действию ультразвука.

Разрушение эмульсий

Эмульсии со временем самопроизвольно разрушаются. На практике иногда возникает необходимость ускорить процесс разрушения эмульсий (в случаях когда наличие эмульсии затрудняет дальнейшую обработку или применение материала). Ускорить процесс разрушения эмульсии можно различными способами:

Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора соответствующим реагентом. Основой метода химического расщепления является нейтрализация отрицательного заряда . На этом принципе основано действие органических деэмульгаторов.
Прибавление эмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этим прочность защитной пленки (стабилизированная натриевым мылом эмульсия типа в/м — при введении солей кальция — будет находится в менее стойком состоянии);
Адсорбционное замещение эмульгатора более поверхностно-активным веществом, не обладающим способностью образовывать достаточно прочные пленки;
Термическое разрушение (Расслоение эмульсий нагреванием);
Механическое воздействие (Отделение сливок от обрата с помощью сепаратора);
Действие электрического тока или электролитов (Разрушение эмульсий, стабилизированных электрическим зарядом частиц — эмульсии типа вода/ нефть).

Применение эмульсий

Эмульсии широко используют в различных отраслях промышленности:

Пищевая промышленность (сливочное масло, маргарин);
Мыловарение;
Переработка натурального каучука;
Строительная промышленность (битумные материалы, пропиточные композиции);
Автомобильная промышленность (получение смазочно-охлаждающих жидкостей);
Сельское хозяйство (пестицидные препараты);
Медицина (производство лекарственных и косметических средств);
Живопись.

См. также

Литература

Эмульсии / Под ред. А. А. Абрамзона. — Химия, 1972. — 447 с. — 4600 экз.
Основы физической и коллоидной химии / С.А. Балезин, Б.В. Ерофеев, Н.И. Подобаев. — Просвещение, 1975. — 398 с.
Курс коллоидной химии / Воюцкий С. С.. — 2 изд.. — М., 1975. — С. 367—81.

Коллоидная химия
Жидкие системы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Эмульсия» в других словарях:

ЭМУЛЬСИЯ — (ново лат. от emulgere выдаивать). Жидкость, подобная молоку, приготовляемая посредством растирания какого либо маслянистого вещества в клейкой жидкости. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭМУЛЬСИЯ… … Словарь иностранных слов русского языка

эмульсия — и, ж. émulsion f., нем. Emulsion <лат. emulgere доить. 1. Жидкость, насыщенная нерастворимыми капельками какой л. другой жидкости. БАС 1. Жаловался < Вел. князь> головою. Давали ему докторы каку то белую эмульцию. 1765. Порошин зап. //… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, СУСПЕНЗИЯ, состоящая из двух жидкостей. Эмульсия образуется, например, при разбавлении водой акварельной краски: она не растворяется в воде, а рассеивается по всему объему в виде мельчайших частиц или капель, для осаждения которых… … Научно-технический энциклопедический словарь

Эмульсия — двухфазная дисперсионная система, в который чаще всего дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой органические жидкости, в том числе битумы, полимерные смолы. Эмульсия применяется в производстве водоэмульсионных красок. Источник:… … Строительный словарь

ЭМУЛЬСИЯ — дисперсная система, состоящая из 2 взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в др. в виде мельчайших капелек. При определении назв. сначала указывают дисперсную фазу, а затем дисперсионную среду, напр. эмульсия бензола в воде … Геологическая энциклопедия

ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, Emulsio [буквально «выдаивание» (молока), от лат. mulgere доить], название дисперсной системы, в к рой обе фазы жидки. Особо выделяются системы, в к рых внешняя (сплошная) фаза жидка, а дисперсная фаза плотна; эти системы… … Большая медицинская энциклопедия

Эмульсия — – двухфазная дисперсионная система, в который чаще всего дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой – органические жидкости, в том числе битумы, полимерные смолы. Эмульсия применяется в производстве водоимульсионных красок … Словарь строителя

эмульсия — Жидкостная система, в которой дисперсная фаза взвешенные капельки одной или нескольких жидкостей с ограниченной растворимостью в дисперсионной среде. [ГОСТ Р 51109 97] эмульсия Жидкая неоднородная система, в которой дисперсная фаза взвешенные… … Справочник технического переводчика

Эмульсия — – жидкая неоднородная система, в которой дисперсная фаза – взвешенные капельки одной или нескольких жидкостей с ограниченной растворимостью в дисперсионной среде. [ГОСТ 16887 71] Эмульсии – группа связующих и разбавителей для… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЭМУЛЬСИЯ — жидкая лекарственная форма; непрозрачная жидкость, в которой нерастворимые в воде масла и т. д. находятся в диспергированном состоянии … Большой Энциклопедический словарь

ЭМУЛЬСИЯ — ЭМУЛЬСИЯ, эмульсии, жен. (от лат. emulsus выдоенный) (хим.). 1. Мельчайшие, нерастворяющиеся капельки одной какой нибудь жидкости в смеси с другой. 2. Светочувствительный слой, применяемый в фототехнике. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков.… … Толковый словарь Ушакова

30 примеров химических суспензий

Суспензии представляют собой гетерогенные смеси, которые изучаются в химии. Гетерогенные смеси — это те, в которых вы можете различить частицы, из которых они состоят..

Они образованы одним или несколькими веществами, которые находятся в твердом состоянии и суспендированы в жидкой среде. Будучи суспензией, а не раствором, твердые частицы не могут быть растворимыми в жидкой среде..

Частицы, находящиеся в суспензии, должны быть размером более одного микрона. Некоторые решения препятствуют тому, чтобы свет проходил правильно, даже становясь непрозрачным.

Суспензии могут быть разделены на твердые и жидкие частицы путем декантации, фильтрации, центрифугирования или выпаривания..

Как только суспензия закончена, некоторые частицы могут быть добавлены к другим, поэтому, если мы хотим сохранить суспензию, поверхностно-активные вещества или диспергирующие агенты обычно добавляют в жидкую среду..

Мы должны различать суспензии, растворы и коллоиды. Растворы представляют собой гомогенные смеси, в которых твердые частицы диспергированы в жидкой среде, изменяя атомный или ионный уровень. Коллоиды представляют собой гетерогенные смеси, в которых твердые частицы имеют размер менее одного микрона..

В суспензии можно выделить четыре фазы. Первая фаза представляет собой твердую фазу или внутреннюю фазу, где твердые частицы не могут быть разделены на суспензию.

Во внешней фазе, или также известной как жидкая фаза, твердые частицы находятся в состоянии покоя в жидкой части..

В растяжимой части суспензии элементы не соединяются или не добавляются. И, наконец, мы можем использовать стабилизаторы в суспензии, чтобы увеличить ее прочность и предотвратить разрушение частиц. Этими стабилизаторами могут быть загустители, антифризы или консерванты..

Примеры суспензий

1-Фруктовый сок: это суспензии, поскольку мякоть фруктов плавает в жидкой среде. Если мы хотим получить только жидкую среду, мы должны декантировать или отфильтровать смесь.

2-мутная вода рек: в этой взвеси отложения, которые тянут реку, образуют взвесь.

3-Акварель: это суспензия, которая осаждается на бумаге, где она фильтрует воду и собирает цветной пигмент

Порошок 4-х препаратов: чтобы держать их во взвешенном состоянии и не оседать на дне, нужно их размешать.

5-Отшелушивающие кремы: там, где маленькие частицы образуют твердые зерна в креме, чтобы выполнить функцию отшелушивания.

6-Молоко: частицы животного жира находятся в растворе с водой. Поскольку они менее плотные, чем диспергатор, они имеют тенденцию оставаться на поверхности с течением времени

7-Paint: суспензия цветных пигментов в водной или масляной среде. Если это не взволновано, это может стать отделенным.

8-морская вода: В районе берега можно рассматривать взвесь с частицами песка, хотя эта взвесь имеет ограниченную продолжительность.

9-заправки для салатов: содержат растительные частицы, взвешенные в масле или уксусе, имеют вязкий диспергатор, который держит их в состоянии покоя.

10-Суспензия инъекционных лекарств: лекарства находятся в растворе в физиологическом растворе, чтобы они могли легче получить доступ к кровотоку.

Другие примеры распространенных суспензий

12-какао в молоке или воде

13-увлажняющие или кремы для лица

17-пудра для макияжа

18-пепел в извержении вулкана

Примеры фармацевтических суспензий

Фармацевтические суспензии используются, когда препарат сам по себе нерастворим, плюс он более стабилен в форме суспензии или эмульсии..

Как только лекарства необходимо контролировать, скорость высвобождения активного ингредиента можно контролировать, используя в суспензии..

И одна из главных причин использования лекарств в виде суспензии и инъекций заключается в том, что пациенты не могут переносить неприятный вкус лекарств или их таблетку.

21-антацидные суспензии (используемые в качестве лекарства от кислотности желудка) представляют собой суспензии гидроксида магния или гидроксида алюминия. Лекарства, такие как Mylanta или AciTip

22-Подвески кортикостероидных препаратов. Они могут быть примерами, такими как Diprospan, Scherin

23-глина белая суспензия (каолин) как противодиарейный метод

24-Суспензии противопаразитарных препаратов. Например, суспензии метронидазола

25-Суспензии для перорального применения, эти суспензии готовят в основном таким образом, чтобы их не нужно было вводить инъекционно, но их можно принимать перорально..

26-Otic суспензии, где суспензии подготовлены для поверхностного использования в ушах.

27-актуальные суспензии: подготовлены для использования непосредственно на коже без необходимости инъекции

28-офтальмологические суспензии: суспензия с определенным нейтральным pH для использования в глазах

29-Инъецируемые суспензии: это наиболее распространенные суспензии в области фармацевтики, где лекарственное средство находится в суспензии для внутривенного введения посредством инъекции..

30-ректальные суспензии: они подготовлены для использования в качестве ректального суппозитория, обычно через клизму.

ТЕМА ЛЕКЦИИ №9: СУСПЕНЗИИ И ЭМУЛЬСИИ.

Цель лекции: Ознакомить студентов с суспензиями и эмульсиями, их характеристикой, классификацией. Сформировать у студентов следующие профессиональные компетенции:

— когнитивный компонент (теоретические знания);

— нормативную базу (ГФ РК, положение о регламентах и др.);

Тезисы лекции:

Суспензия— жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или несколько измельченных порошкообразных веществ, распределенных в жидкой дисперсионной среде. Суспензии выпускаются готовыми к применению или в виде порошков и гранул, предназначенных для приготовления суспензий, к которым перед применением прибавляют воду или другую жидкость. Размер частиц дисперсной фазы в суспензиях может быть в пределах от 0,1 до 1 мкм (в тонких суспензиях) или более 1 мкм (в грубодисперсных суспензиях).

По способу применения суспензии классифицируют: для внутреннего, наружного и парентерального. Суспензии для парентерального применения вводят в организм только внутримышечно. Не допускается изготовление суспензий, содержащих сильнодействующие и ядовитые вещества, употребление которых при неточном дозировании может привести к нежелательным последствиям.

. Одно из наиболее важных требований, предъявляемых к суспензиям, — их агрегативная и седиментационная устойчивость, чтобы при приеме лекарственную форму можно было достаточно точно дозировать. Явления происходящие на границе раздела фаз, зависят также от величины смачиваемости гидрофильных или гидрофобных частиц, присутствующих в гетерогенной дисперсной системе.

Гидрофобные частицы легко слипаются, образуя агрегаты-хлопья, которые быстро

оседают или всплывают, если плохо смачиваются водой, — такое явление называется флоккуляцией. Суспензии гидрофильных веществ более стойки по сравнению с суспензиями гидрофобных веществ, вследствие того, что частицы гидрофильных веществ смачиваются дисперсионной средой и вокруг каждой частицы образуется жидкостная (гидратная) оболочка, не позволяющая мелким частицам сливаться в более крупные, имеющие большую скорость оседания. Гидрофобные вещества не защищены такой оболочкой и при взаимном соприкосновении происходит их слипание.

Увеличение степени дисперсности в суспензиях при механическом способе диспергирования достигается путем измельчения вещества в ступке в жидкой смачивающей среде. При таком способе измельчения наблюдается так называемый «Эффект Ребиндера». Сущность эффекта Ре-биндера состоит в том, что снижается твердость измельчаемого вещества за счет расклинивающего действия жид-костей, проникающих в микротрещины твердой фазы. При этом образуется жидкий клин, который вызывает адсорбционное понижение прочности и создает расклинивающее давление. Б.В. Дерягин установил, что максимальный эффект диспергирования в жидкой среде при измельчении твердой фазы будет наблюдаться, если 1,0 г твердого вещества измельчается в присутствии 0,4—0,6 мл жидкости.

Эмульсия— однородная по внешнему виду лекарственная форма, состоящая из взаимно нерастворимых тонкодиспергированных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного или парентерального применения. Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Различают два основных типа эмульсий — дисперсии масла в воде (м/в) и воды в масле (в/м). Для их приготовления в качестве масляной фазы используют персиковое, оливковое, подсолнечное, касторовое, вазелиновое и эфирные масла, а также рыбий жир, бальзамы и другие несмешивающиеся с водой жидкости.

Кроме того, есть и «множественные» эмульсии, в каплях дисперсной фазы которых диспергирована жидкость, являющаяся дисперсионной средой.

При разработке составов и технологии эмульсий необходимо учитывать общие свойства ингредиентов, способ получения, реологические, электрические и диэлектрические свойства, а также стабильность при хранении.

Термодинамическая неустойчивость— свойственна эмульсиям как дисперсным системам со значительной поверхностью раздела фаз, обладающей избытком свободной энергии. При этом выделяются отдельные фазы эмульсии. При слиянии отдельных капель дисперсной фазы в агрегаты наблюдается флоккуляция, соединение всех укрупненных капель в одну большую является коалесценцией.

Кинетическая неустойчивостьможет проявляться в виде осаждения частиц дисперсной фазы (седиментация) или их всплывание (кремаж) под влиянием силы тяжести .

Третий вид нестабильности — обращение (инверсия) фаз, т. е. изменение состояния эмульсии от м/в в в/м, или наоборот. В промышленном производстве в основном готовятся эмульсии, имеющие сложный состав.

С целью повышения агрегативной устойчивости в суспензии и эмульсии вводят стабилизаторы-эмульгаторы и стабилизаторы-загустители, которые понижают межфазное поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз, образуют прочные защитные оболочки на поверхности частиц, повышают вязкость дисперсионной среды.Значительная стабилизация, предотвращающая флоккуляцию, коалесценцию и кинетическую неустойчивость, может быть достигнута, если в объеме дисперсионной среды и на границе раздела фаз возникает структурно-механический барьер, характеризующийся высокими значениями структурной вязкости.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

© cyberpedia.su 2017-2020 — Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Применение суспензий и эмульсий в строительстве

Определение понятия эмульсии, ее классификация. Процесс образования эмульсий путём дробления капель, а также путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли. Понятие и особенности приготовления суспензий. Дисперсионный метод приготовления суспензий.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	15.04.2016
Размер файла	290,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Ижевский торгово-экономический техникум»

Применение суспензий и эмульсий в строительстве

студент группы ХБ-15

Преподаватель Наговицына Т.С.

Тема 1. Эмульсии

1.1 Классификация эмульсии

1.2 Типы эмульсии

1.3 Получение эмульсии

1.4 Методы разрушения эмульсии

Тема 2. Суспензии

2.1 Приготовление суспензий

2.2 Применение и свойства суспензий

2.3 Преимущества суспензий

Эмульсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Суспензия — это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обычно частицы дисперсной фазы настолько велики (более 10 мкм), что оседают под действием силы тяжести (седиментируют). Суспензии, в которых седиментация идёт очень медленно из-за малой разницы в плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды, иногда называют взвесями. В концентрированных суспензиях легко возникают дисперсные структуры. Типичные суспензии — пульпы, буровые промывочные жидкости, цементные растворы, эмалевые краски. Широко используются в производстве керамики.

Тема 1. Эмульсии

1.1 Классификация эмульсий

· Для наружного (очищающие эмульсии, косметическое молочко и др.);

· Для внутреннего (микстуры);

· Для инъекционного (эмульсии для парэнтерального питания) — промышленное производство.

Эмульсионные композиции входят в

· МЛФ (эмульсионные мази, кремы, линименты)

1.2 Типы эмульсии

ь Эмульсии первого рода (м/в) ДФ (масло) в виде капелек распределена в водной ДС. Эмульсии этого типа — более жидкие, по внешнему виду напоминают молоко. Применяются: внутрь, наружно, инъекционно.

ь Эмульсии второго рода (в/м) ДФ (вода) в виде капелек распределена в масляной ДС. Эмульсии этого типа — более вязкие, густые. По внешнему виду напоминают мягкое сливочное масло. В основном применяются наружно: мази, линименты, кремы.

ь «Множественные» эмульсии, в каплях ДФ диспергирована жидкость, являющаяся ДС, например, в/м/в или м/в/м.

1.3 Получение эмульсии

Эмульсии образуются двумя путями:

· путём дробления капель.

· путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.

1.4 Методы разрушения эмульсии

Наиболее важными из них являются следующие:

1. Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора, например, действием сильной минеральной кислоты.

2. Прибавление эмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этим прочность защитной пленки.

3. Термическое разрушение — расслоение эмульсий нагреванием. С повышением температуры уменьшается адсорбция эмульгатора, что ведет к разрушению эмульсии.

4. Механическое воздействие. К этому методу относится механическое разрушение стабилизированных пленок, например, сбивание сливок в масло. Центрифугирование также относится к механическому воздействию.

5. Действие электролитов вызывает разрушение эмульсий, стабилизированных электрическим зарядом частиц.

Тема 2. Суспензии

2.1 Приготовление суспензий

Суспензии готовят двумя способами: дисперсионным, при котором производят измельчение относительно крупных частиц нерастворимых веществ, и конденсационным. Это укрупнение исходных частиц (ионов, молекул) растворенного вещества до нерастворимых частиц.

Дисперсионный метод приготовления суспензий

— Суспензии гидрофильных ненабухающих веществ изготавливают методом суспендирования, или взмучивания. При суспендировании в ступку помещают твердое вещество, которое предварительно тщательно растирают в сухом виде, а затем с небольшим количеством смачивающей жидкости (по правилу Дерягина на 1 г вещества берут 0,4-0,6 мл дисперсионной среды). Полученную массу смывают остальным количеством жидкости во флакон для отпуска. эмульсия суспензия капля строительство

Конденсационный метод приготовления суспензий

— Этот метод нашел широкое применение в аптечной практике. С его помощью суспензии получаются в результате химического взаимодействия растворенных веществ или замены растворителя, чаще всего при добавлении к водным растворам настоек и жидких экстрактов. При приготовлении суспензий конденсационным методом используют технологические приемы, обеспечивающие получение взвешенных тонко диспергированных частиц.

2.2 Применение и свойства суспензий

Суспензии — жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или несколько измельченных порошкообразных ЛВ, распределенных в жидкой дисперсионной среде.

1. Суспензии для внутреннего применения,

2. Суспензии для наружного применения (в том числе капли глазные)

3. Суспензии для парентерального введения (внутримышечного) Суспензии выпускаются в готовом к применению виде, или в виде порошков или гранул, к которым перед применением прибавляют воду или другую жидкость.

· Размер частиц в суспензиях составляет 0,1 — 50 (иногда до100) мкм.

· Частицы различимы невооруженным глазом

· Суспензии — мутные, непрозрачные системы в проходящем и отраженном свете,

· Не устойчивы, при хранении наблюдается седиментация частиц (выделение осадка и осветление жидкости).

2.3 Преимущества суспензий

1. Высокая терапевтическая активность по сравнению с таблетками и порошками (при размере частиц ДФ менее 10 мкм);

2. Более высокая дисперсность твердых веществ, чем в таблетках и порошках;

3. Выраженное пролонгированное действие по сравнению с растворами (при наличии частиц ДФ размером 40 мкм)

4. Более удобны в применении, чем таблетки и порошки;

5. Снижение отрицательного воздействия желудочного сока на ЛВ;

6. Возможность отпуска суспензий в виде сухого полуфабриката (гранул), суспендируемого при добавлении воды непосредственно перед применением, что увеличивает срок хранения.

Суспензии должны обладать.

ь Высокой агрегативной устойчивостью (способностью противостоять укрупнению частиц, образованию агрегатов)

ь Высокой конденсационной устойчивостью (способностью противостоять оседанию частиц, сохранять равномерное распределение частиц по всему объему или массе суспензии)

ь Низкой скоростью седиментации (оседания частиц и образования осадка). Частицы должны оседать настолько медленно, чтобы суспензию можно было точно дозировать при приеме.

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34, 35, 39, 41, 42, 45/2004;
2, 3, 5, 8, 10, 16, 17/2005;
1, 2, 10, 12, 15, 23/2006;
4/2007

§ 8.4. Дисперсные (коллоидные)
состояния вещества

(продолжение)

Другой вид дисперсных систем, играющий огромную роль в природе, быту и производстве, – эмульсии. Это высокодисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии, т. е. состоят из мелких капель жидкости, распределенных в другой жидкости. Эмульсии образуются, если жидкости нерастворимы или ограниченно растворимы друг в друге. Можно получить эмульсии масла, бензина или нефти в воде, но не в спирте. Эмульсии могут образоваться при замене растворителя, например при введении в воду раствора масла в органическом веществе, растворимом в воде.

В эмульсиях из двух (и более) взаимно нерастворимых жидкостей одна из них может быть либо дисперсионной средой, либо дисперсной фазой. Например, из масла и воды могут быть получены эмульсии «масло в воде» и «вода в масле». При механическом диспергировании жидкостей могут образовываться одновременно оба вида эмульсий, но различной стойкости, и дольше сохраняется та эмульсия, капельки которой прочнее связаны со средой.

Тип эмульсии можно определить по следующим признакам:

1) эмульсии «масло в воде» легко смешиваются с водой, а «вода в масле» – с маслом;

2) эмульсии «масло в воде» окрашиваются водорастворимыми красителями, а «вода в масле» – маслорастворимыми.

Эмульсии, как и золи, разделяются на лиофильные, термодинамически устойчивые, и лиофобные, термодинамически неустойчивые, для стабилизации которых необходимы эмульгаторы.

Лиофильные эмульсии имеют размер капель не больше 10 –3 мм, лиофобные – от 10 –3 до 1 мм.

Большинство эмульсий – лиофобные системы. Они самопроизвольно не образуются, термодинамически неустойчивы, и сразу же после образования эмульсии начинается обратный процесс слияния капель при их столкновении – коалесценция. Вслед за коалесценцией в зависимости от соотношения плотностей жидкостей дисперсной и дисперсионной фаз происходит всплывание больших капель (в бутылке с молоком образуется верхний жирный слой сливок) или их осаждение – седиментация (рис. 8.41). Чем больше размер капель и различие в плотностях, тем быстрее происходит разделение фаз. Устойчивость эмульсий определяют по продолжительности их существования в столбе жидкости. Флотация позволяет выделить капли дисперсной фазы из эмульсий.

Рис. 8.41. Схема коалесценции и всплывания масла

Для сохранения эмульсии в течение некоторого интервала времени пользуются эмульгаторами, молекулы которых адсорбируются на поверхности капель и препятствуют их слиянию. Эмульсии типа «масло в воде» создаются и стабилизируются эмульгаторами с полярными молекулами (например, олеат натрия (мыло), поливиниловый спирт). В 1%-м растворе эмульгатора олеата натрия С₁₇Н₃₃СООNа может быть получена 99%-я эмульсия бензола типа «масло в воде». Эмульсии типа «вода в масле» образуются при помощи эмульгаторов с неполярными молекулами.

Наиболее эффективны в качестве эмульгаторов поверхностно-активные вещества (ПАВ), молекулы которых состоят из полярной (лиофильной) и неполярной (лиофобной) частей. В зависимости от типа эмульсии и природы эмульгатора его молекулы по-разному располагаются на поверхности капли, но всегда молекулы ПАВ располагаются так, что гидрофобная неполярная часть их находится в неполярной фазе (масле), а гидрофильная полярная часть – в полярной фазе (воде) (рис. 8.42). В результате снижается поверхностная энергия дисперсной системы.

Рис.8.42. Расположение молекул ПАВ
на поверхности капли эмульсии

Большинство эмульгаторов хорошо растворимо в воде. Жидкая фаза, которая лучше растворяет эмульгатор, становится дисперсионной средой. Замена эмульгатора может привести к обращению эмульсии.

Мыла относятся к ПАВ. Стабилизирующее действие мыла на эмульсии и золи объясняется тем, что мыло представляет собой натриевые или калиевые соли стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот: С₁₇Н₃₅СООNa, С₁₅Н₃₁СООNa и С₁₇Н₃₃СООNa, или СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООNa.

Вспомним, как получают мыло. Оно образуется в процессе омыления (взаимодействия с гидроксид-ионами раствора щелочи) жира, т.е. сложного эфира глицерина и жирной кислоты:

Образовавшаяся смесь содержит очень много воды, глицерина и избыток щелочи. Для выделения мыла в раствор добавляют поваренную соль (хлорид натрия), и в результате образуются соли кислот, например стеарат натрия C₁₇Н₃₅СООNa.

Соли натрия образуют твердые мыла, это обычное кусковое мыло. Для повышения растворимости мыла в него вводят различные добавки, например канифоль, придающую ему желтую окраску и повышающую пенообразование. Белое мыло содержит силикат натрия и смягчающие воду вещества – соду Na₂СО₃ или фосфат натрия Nа₃РО₄. Соли калия образуют жидкие мыла.

В природе не встречаются эфиры глицерина, в которых с остатком глицерина связаны три одинаковых остатка жирной кислоты. Обычно в жир входят остатки различных кислот, например олеиновой, пальмитиновой и стеариновой:

Моющее действие мыла объясняется гидролизом, например:

Грязь прикрепляется к ткани тонким слоем жира, который удаляется мылом. Моющее действие мыла включает смачивание поверхности, пептизацию загрязнения и его стабилизацию в растворе. Молекулы образовавшейся при гидролизе кислоты длинной гидрофобной частью окружают каплю или частицу жирового загрязнения или входят в нее («растворяются»), а гидрофильные группы СООН обращены в воду. Так загрязнение переходит в воду.

Волокна ткани и частицы пыли и грязи в мыльном растворе приобретают отрицательный заряд из-за адсорбции гидроксид-ионов. Это приводит к отталкиванию частиц от ткани, что также сказывается на моющем действии мыла. Пена своими пузырьками окружает частицы грязи и уносит их вместе с грязным мыльным раствором. Заметим, что пенообразование необязательно для стирки – в стиральных машинах используют составы, практически не дающие пены.

Магниевые и кальциевые мыла в воде нерастворимы, поэтому растворимое мыло бесполезно использовать в жесткой воде.

Сами мыла при растворении в воде образуют коллоидные растворы, имеющие благодаря гидролизу щелочную реакцию. Строение мицеллы эмульсии органической жидкости R в водно-мыльном растворе можно схематически представить формулой:

[R_n, mС₁₇Н₃₅COO – , (m – x)Na + ] x– • хNa + .

Разрушение эмульсий – важный природный и технологический процесс. Деэмульгирование проходит при нагревании, вымораживании, фильтровании, центрифугировании, высаливании электролитом, введении ПАВ.

Наиболее эффективно разрушаются эмульсии химическим воздействием на эмульгатор. Например, олеат натрия перестает действовать после добавления кислоты. Можно воспользоваться поверхностно-активным деэмульгатором, вытесняющим с поверхности капель эмульгатор.

Эмульсии широко применяются при производстве пластмасс, красок, мыла, косметических средств, пищевых продуктов.

Молоко – сложная эмульсия жира в воде, содержащая белки, сахар, минеральные вещества, витамины, ферменты, микроорганизмы. Жир находится в виде шариков диаметром от 0,5 до 20 мкм (около 3 млрд в 1 мл). Каждый шарик окружен оболочкой из белков (и фосфолипидов), играющих роль стабилизаторов. Капли жира поднимаются на поверхность, и образуются сливки – очень концентрированные эмульсии. После молочнокислого брожения сливки превращаются в сметану – также высококонцентрированную эмульсию.

Сливочное масло – это концентрированная эмульсия, в которой большую часть составляет эмульсия типа «масло в воде» и меньшую – «вода в масле».

Яичный желток также может быть отнесен к эмульсиям.

Мороженое – продукт из молока, сливок, масла, сахара. Это сложная дисперсная система, состоящая из мельчайших кристалликов льда, пузырьков воздуха, капелек жира. Для приготовления мороженого готовится эмульсия из смеси веществ, которую гомогенизируют с эмульгаторами (моно- и диглицеридами) и загустителями (желатином и крахмалом). Затем через эмульсию при охлаждении и непрерывном перемешивании пропускается воздух, что приводит к понижению плотности смеси почти в два раза.

Водоэмульсионные краски – это суспензии пигментов (красителей) в водных эмульсиях полимерных веществ (полиакрилаты, поливинилацетаты, сополимеры стирола с бутадиеном и т.п.), играющих роль пленкообразующих. Их содержание доходит до 55%. Водоэмульсионные краски могут наноситься на влажные поверхности и образуют матовые покрытия.

Нефть и нефтепродукты попадают в сточные воды из нефтедобывающих установок, нефтеперерабатывающих заводов и др. Они загрязняют природные воды также при промывке и авариях нефтеналивных танкеров и барж. Особенно опасен для живой природы слой нефти на поверхности воды (гибель рыбы, птиц и других животных). ПАВ способствуют образованию устойчивых эмульсий нефти и нефтепродуктов.

Нефть с водой образует эмульсию с диаметром капель 1•10 –2 – 1 мм. Чем дольше работает скважина, тем больше в нефти воды (до 50%). Разрушение эмульсии и отделение воды необходимо для переработки нефти, т.к. в воде содержатся соли, приводящие к коррозии оборудования.

Постоянные компоненты городских сточных вод – жиры пищевых отходов. Жировые и масляные эмульсии сточных вод могут быть разрушены сульфатом алюминия, который гидролизуется, изменяет среду раствора, а хлопья гидроксида алюминия окружают капли эмульсии и вместе с ними осаждаются.

Другой вид дисперсных систем – пены. В них дисперсной фазой бывает газ, чаще всего воздух, а дисперсионной средой – жидкость, чаще всего вода. Пены представляют собой пузырьки газа, разделенные пленками жидкости. Размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей миллиметра до нескольких сантиметров. По размеру пузырьков пены относятся к грубодисперсным системам. Общий объем заключенного в них газа может в сотни раз превосходить объем жидкости, находящейся в прослойках.

Устойчивые пены образуются в присутствии пенообразователей (стабилизаторов), которыми могут быть ПАВ, в том числе мыла, и некоторые полимеры, например белки. Эти вещества снижают поверхностное натяжение, облегчают вспенивание и препятствуют оттоку жидкости из пленок пузырьков. Действуют они так же, как стабилизаторы эмульсий и лиофобных коллоидных систем: создают адсорбционный и сольватный слои вокруг пузырьков. Вещества, повышающие вязкость жидкости, увеличивают устойчивость пен (чистые жидкости с низкой вязкостью не образуют пены).

Пены разрушаются при слиянии (коалесценции) пузырьков. Повышение температуры способствует разрушению пены. Устойчивость пены определяется временем уменьшения объема пены в два раза или такого же снижения высоты слоя пены. Для разрушения пен используют пеногасители – ПАВ, вытесняющие с поверхности жидкости пенообразователи.

Пены широко используются в быту и производстве. Вспенивание жидких и полужидких продуктов с последующим отверждением имеет важное значение при производстве хлеба, кондитерских изделий, кремов и т.п. Брожение теста (молочнокислое брожение) сопровождается выделением углекислого газа, который поднимает тесто, после выпекания хлеба в нем сохраняются маленькие и большие пузырьки. При приготовлении пива используют природные пенообразователи – хмель, некоторые белки, крахмал и др.

В стиральных порошках запрещено использование пенообразователей. Они создают пену в барабане стиральной машины, и она выбрасывается наружу при стирке. Но еще вреднее попадание пенообразователей в сточные и природные воды. Описаны случаи превращения рек в пенный поток. Устойчивые и обильные пены с углекислым газом используются как средство тушения пожаров.

Пены применяются при обогащении полезных ископаемых пенной флотацией. Если через смесь водного раствора ПАВ с частицами разных минералов пропускать мелкими пузырьками воздух, частицы определенных минералов избирательно смачиваются, прилипают к пузырькам и таким путем концентрируются на границе раздела «жидкость–пузырек». Пузырьки воздуха гидрофобны, и поэтому гидрофобные частицы примесей вытесняют с поверхности раздела молекулы воды, образуя новые агрегаты «частица–пузырек». Далее эти агрегаты выносятся на поверхность и механически удаляются. Модификация пенной флотации – электрофлотация, в которой пузырьки газа получают электролизом воды.

Каждый знает про пемзу – пористую легкую вулканическую горную породу (60–70% оксида кремния). Пемза образуется из жидкой лавы, насыщенной вулканическими газами, при выделении из-за понижения давления в ней пузырьков и быстром застывании пенообразной лавы. Пемза не тонет в воде, т.к. ее пористость свыше 60%, а плотность – 0,2–0,3 г/см 3 . Пемзу используют как абразивный материал и наполнитель бетонов (пемзобетон).

По аналогии с природным процессом образования пемзы получают вспениванием (растворов, жидких расплавов, суспензий и т.п.) самые различные материалы: строительные и конструкционные ячеистые материалы, пеностекло, пеношлаки, пенопласты, пористую резину и т.п. Пенокерамика (керамика с ячеистой структурой) изготавливается из пен оксидов алюминия, магния, циркония. Пеностекло получают спеканием стеклянного порошка с мелом как порообразователем. Применяется как теплоизолирующий материал. Из пеностекла с открытыми порами изготавливают фильтры.

Для получения пенометаллов (алюминий, магний и др.) в расплавленный металл добавляют гидриды титана, циркония и других элементов. Выделяющийся водород вспенивает металл. Пеноалюминий – прекрасный конструкционный материал – имеет низкую теплопроводность и низкую плотность (~0,23 г/см 3 ).

Пористую резину получают вулканизацией каучука в смеси с порообразователями. Используется как материал, уменьшающий вибрацию, для подошв обуви, сидений автомобилей.

Из вспененных при помощи порообразователей пластмасс (полиуретан, полистирол, поливинилхлорид) получают пенопласты с закрытыми порами и поропласты с сообщающимися порами. Используются для теплоизоляции холодильников, электроизоляции, изготовления плавучих средств, фильтров и т.п.

В природе дисперсные системы чаще всего не встречаются в каком-либо одном виде, а представляют собой сочетание различных дисперсных систем. К такой природной дисперсной системе относится почва – сложнейшая система из мельчайших частиц c размерами
2•10 –5 –1•10 –7 см и более крупных. Основную часть органических веществ почвы представляют углеводы, жиры и гуминовые кислоты.

Компоненты почвы обладают лиофобными и лиофильными свойствами, и мельчайшие частицы почвы с почвенной водой образуют гели, золи и эмульсии. Эти дисперсные системы поглощают из почвенных растворов ионы аммония, калия, кальция, магния, вещества вносимых удобрений и переносят их из одного слоя почвы в другой. Гели способствуют образованию структуры почв.

В состав природных коллоидов почв входят нерастворимые в воде алюмосиликатные соединения (глина) и органические соединения, гумус. Гумус – это перегной, органическая темноокрашенная часть почвы, образующаяся в результате биохимического превращения растительных и животных остатков, а также при воздействии кислорода атмосферы или грунтовых вод на органические вещества почвы. В состав гумуса входят наиболее важные для плодородия почв гуминовые кислоты – высокомолекулярные темноокрашенные органические вещества. Строение их окончательно не установлено, но известно, что они образуются при конденсации ароматических соединений типа фенола с аминокислотами и имеют кислотные группы СООН. Гуминовые кислоты могут образовывать истинные и коллоидные растворы, состоящие из мицелл с относительной массой 3700–8300.

Максимальное количество гуминовых кислот содержится в черноземе (до 10%). Эти кислоты содержатся также в торфе и каменном угле. Гуминовые кислоты считают мощным геохимическим агентом, вызывающим концентрирование, рассеяние и переотложение элементов в земной коре. Из почвы гуминовые кислоты переходят в природные воды в виде коллоидных растворов.

Разрушение почвенных дисперсных систем нежелательно, т.к. при этом снижается адсорбционная способность почвы и из нее вымываются необходимые для растений вещества (в частности, ионы кальция и магния). Это же происходит при обработке почв растворами электролитов, особенно опасны для почвы ионы натрия.

Существует еще один вид очень важных дисперсных систем, состоящих из мельчайших частиц твердого тела или жидкости, равномерно распределенных в газовой (воздушной) среде, – аэрозоли.

Типичный и постоянно нас окружающий аэрозоль – пыль, представляющая большую опасность для человека. Пыль – это твердые частицы, взвешенные в воздухе, размером от микроскопических до видимых невооруженным глазом (10 –4 –10 –1 мм). Частицы пыли могут быть электронейтральными или иметь электрический заряд (пыль «любит» осаждаться на экранах телевизоров). Концентрацию пыли (запыленность) выражают числом частиц или их общей массой в единице объема газа. Пыль неустойчива – ее частицы соединяются в броуновском движении или при оседании (седиментация). Пыль усиливает рассеяние и поглощение света атмосферой и влияет на ее тепловой режим, отдельных местностей и даже планеты.

Вы ознакомились с самыми основными понятиями химии дисперсного состояния веществ и увидели, насколько широко дисперсное состояние вещества встречается в природе, нашей повседневной жизни и в промышленных процессах. В дисперсном состоянии может находиться любое вещество. Поэтому коллоидная химия представляет собой науку, связывающую многие разделы химии, физики и других областей знания.