N.N. Mushkambarov

FYZIKÁLNÍ A KOLOIDNÍ CHEMIE

UČEBNICE PRO VYSOKÉ ŠKOLY

Třetí vydání, opravené a rozšířené

LÉKAŘSKÁ INFORMAČNÍ AGENTURA MOSKVA - 2008

UDC 544 (075,8) LBC 24,5ya73

Recenzenti:

Dr. Chem. vědy, profesor Moskevské státní univerzity

Aslanov L.A.

doktor biol. věd, profesor MMA pojmenovaný po. JIM. Sechenov

Kaletina N.I.

Pro vědeckého redaktora:

Prof. kavárna obecné, fyzické a koloidní chemie KSMU

Timerbaev V. N.

Mushkambarov N. N.

M89 Fyzikální a koloidní chemie: Učebnice pro lékařské univerzity(s úkoly). – 3. vyd., doplněno. - M .: Medical Information Agency LLC, 2008. - ... str.: nemocný.

ISBN 5-9231-0149-1

Učebnice odpovídá programu fyzikální a koloidní chemie pro studenty farmaceutických fakult a ústavů.

Zahrnuje 7 oddílů: 1. "Chemická termodynamika", 2. "Fázové rovnováhy a roztoky", 3. "Roztoky elektrolytů a elektrochemie", 4. "Chemická kinetika", 5. "Povrchové jevy", 6. "Disperzní systémy" , 7. "Lyofilní disperzní systémy".

Materiál je prezentován na vysoké teoretické úrovni a zároveň podáno jasným, stručným jazykem. Na konci každé kapitoly je její souhrn. A po každé sekci je uvedena řada úkolů. různé míry potíže s detailními řešeními.

Učebnice je určena studentům nejen farmaceutických, ale i dalších příbuzných oborů.

UDC 544 (075,8)

© N. N. Mushkambarov, 2008

© Registration.LLC "Zdravotnická informační agentura". 2008

Věnováno učitelům fyzikální a koloidní chemie

Alexandra Dmitrievna Michajlova a Larisa Evgenievna Priezzheva

s hlubokou vděčností za jejich obětavé a nezaujaté

podpora v pro mě velmi těžké chvíli,

– což mimochodem stálo za prací na této knize.

ÚVODNÍ SLOVO

Tato učebnice byla napsána v souladu s "Programem fyzikální a koloidní chemie pro studenty farmaceutických ústavů a ​​Farmaceutické fakulty lékařských fakult."

Netřeba dodávat, že existuje poměrně dost učebnic a učební pomůcky v této disciplíně. Nicméně zkušenosti z praktické výuky fyzikální a koloidní chemie na MMA jim. JIM. Sechenov ukázal, že studenti mají vážné potíže s naučnou literaturou. Proto jsem vytvořil svou verzi navrhovaného kurzu. Zda se ukázalo, co je požadováno, musí posoudit studenti a učitelé.

První vydání učebnice vyšlo v září 2001. Kniha bohužel díky uspěchanosti a nedůslednosti jednání účastníků projektu obsahovala mnoho typografických chyb a redakčních úprav zkreslujících text. Po 2 měsících proto vyšlo druhé, opravené, vydání - ovšem v mnohem menším nákladu.

V tomto (třetím) vydání jsou oproti předchozímu tři podstatné rozdíly.

a) Za prvé, dvojité dělení pevné teoretický materiál - nejen pro kapitoly, ale i pro přednášky: ten byl užitečný pouze pro přednášející. (Zejména tedy shrnutí předchozí materiál se nyní neuvádí na začátku další přednášky, ale na konci kapitoly.)

b) Za druhé, po každé části je čtenáři nabídnuta řada úkolů. Výchozí podmínky úkolů byly vybrány z různých zdrojů Ph.D. biol. vědy V.N. Tveritinov. Zde byly tyto podmínky podstatně přepracovány a navíc byla vypracována podrobná řešení všech problémů.

c) Za třetí, do textu učebnice byl zaveden podrobný nadpis. Spíše byl vrácen, protože byl k dispozici ještě před prvním vydáním, ale byl odstraněn v rámci přípravy na něj.

Celý text byl navíc pečlivě přepracován a na mnoha místech byly podle mého názoru provedeny potřebné opravy.

Kniha byla napsána v letech 1996-1997. Od té doby se dlouhodobě pohybuji v oboru úplně jiné vědy. A jsem rád, že zájem o tuto učebnici trvá dodnes.

N. N. Mushkambarov, srpen 2008

ÚVOD

V kurz fyzikální a koloidní chemie zahrnuje následujících 7 oddílů.

1. Chemická termodynamika- nauka o energii různé procesy

A podmínky jejich samovolného proudění.

2. Fázové rovnováhy a neelektrolytové roztoky– informace o vzoru

vlastnosti fázových přechodů a koligativní vlastnosti roztoků neelektrolytů. Jsou to jevy jako změny bodů tuhnutí a varu, osmóza atp.

3. Roztoky elektrolytů a elektrochemie- o schopnosti roztoků elektrolytů vést proud, což je spojeno s velmi důležitými elektrochemickými jevy - elektroforéza, elektrolýza, generování EMF v galvanických článcích atd.

4. Chemická kinetika- nauka o rychlosti chemických procesů.

5. Povrchové jevy- o jevech probíhajících na fázovém rozhraní (ale nepředstavujících fázové přechody): adsorpce, adheze, smáčení, šíření a některé další jevy.

6. Disperzní systémy- o dvoufázových soustavách, z nichž jedna fáze je rozložena v druhé ve formě t. zv. rozptýlené částice. K takovým systémům patří mnoho nám známých objektů.

7. Lyofilní disperzní systémy- takové systémy jsou uvažovány tam, kde částice mají vysokou afinitu k životní prostředí. Zejména to zahrnuje roztoky sloučenin s vysokou molekulovou hmotností (HMC) ve vhodných rozpouštědlech.

V některých učebnicích fyzikální chemie je vyložena i nauka o stavbě hmoty. V tomto kurzu žádná taková sekce není, protože struktura atomů a molekul je nyní přiřazena jiným chemickým disciplínám (obecná a anorganická chemie, stejně jako organická chemie).

Výše uvedený seznam oddílů naznačuje, že fyzikální koloidní chemie kombinuje funkce metodologické a konkrétní vědy. Jak metodologická věda ona formuluje principy a metody kvantitativního popisu chemické systémy a procesy. Tato funkce je vykonávána dvěma klíčovými sekcemi: 1. Chemická termodynamika a 4. Chemická kinetika.

Energie a rychlost jsou skutečně hlavní charakteristiky jakéhokoli chemického (včetně biochemického) procesu.

Ale jako konkrétní věda fyzikální koloidní chemie uvažuje o určitých předmětech a jevech, které jsou pro chemii a fyziku hraniční. Většinou,

Tento fyzikální vlastnosti chemických předmětů: 2. Fázové přechody; 3. Elektrochemické jevy; 5. Povrchové jevy; 6. Četné fyzikální vlastnosti disperzní systémy a 7. fyzikální vlastnosti Námořní síly a jejich řešení.

V souladu se dvěma funkcemi fyzikální a koloidní chemie lze tedy její úseky rozdělit do dvou skupin.

Existuje ale další rozdělení - fyzické (první čtyři oddíly) a

koloidní (poslední tři oddíly) chemie.

Období koloidní chemie obvykle se používá ve spojení s disperzními systémy (protože nabité částice dispergované fáze se nazývají koloidní částice). Povrchové jevy se vyskytují na jakémkoli rozhraní, ale v případě disperzních systémů je rozhraní obzvláště velké, a proto jsou povrchové jevy nejvýraznější. Proto se nauka o těchto jevech (stejně jako nauka o roztokech IUD) označuje jako koloidní chemie.

Takové rozdělení je však spíše podmíněné, stejně jako posloupnost, ve které budeme výše uvedená témata studovat, je značně kontroverzní. Možná by bylo logičtější studovat kinetiku bezprostředně po termodynamice a povrchové jevy po části o fázových rovnováhách. Ale v každé sekvenci jsou plusy a mínusy, existuje konvenčnost. Výše uvedená sekvence se historicky vyvíjela a je v programu pevně daná.

CHEMIKÁLIE

TERMODYNAMIKA

Chemická termodynamika zvažuje energetické aspekty různých procesů a určuje podmínky pro jejich samovolný vznik. V

její základ - tři, a spolu s nulou - čtyři principy termodynamiky. Jsou-li procesy chemické, pak i pro ně platí naznačené principy termodynamiky. Ve srovnání s čistě fyzikálními procesy je však potřeba řada specifických výrazů - například pro výpočet energie reakce, její závislosti na teplotě atd. Jak obecné termodynamické zákony, tak jejich konkrétní aplikace na chemické objekty jsou zájmu. Proto se tato část kurzu nazývá chemická termodynamika.

Kapitola 1. ZÁKLADNÍ POJMY A PRVNÍ VZNIK TERMODYNAMIKY

1.1. Termodynamické systémy, stavy a charakteristiky

1. V termodynamice je předmětem úvahy vždy Systém .

Termodynamický systém - jakýkoli předmět přírody, sestávající z

dostatečně velký počet částic (alespoň 10 10 -10 13 ) a oddělené skutečnou nebo imaginární hranicí od okolí.

2. Existují 3 typy termodynamických systémů (tabulka 1.1):

a) Izolované systémy – nemohou si s okolím vyměňovat energii ani hmotu. Příklady: izolovaný termostat, vesmír jako celek.

							Tabulka 1.1
Izolovaný				ZAVŘENO			OTEVŘENO

b) Uzavřené systémy – mohou si s okolím vyměňovat energii, nikoliv však hmotu. Příkladem uzavřeného systému je sbírka molekul rozpuštěné látky. Vnějším prostředím je zde vše ostatní, počínaje rozpouštědlem (pokud se neúčastní reakce). Proto se v chemické termodynamice nejčastěji uvažuje o uzavřených systémech.

c) Otevřené systémy jsou systémy, které si mohou vyměňovat energii i hmotu s okolím. Zde nejdůležitějším příkladem jsou živé předměty.

3. Ať vezmeme jakýkoli systém, může být v různých stavech. A k popisu konkrétního stavu použijte termodynamické charakteristiky(ai).

Tyto vlastnosti lze klasifikovat dvěma způsoby. a) Nejprve se dělí na extenzivní a intenzivní.

I. Rozsáhlé parametry závisí na množství látky a sčítají se

Příklady jsou objem (V), hmotnost (t), množství hmoty (n), energie (E), vztahující se k celému systému nebo k jeho jednotlivým částem.

II. Intenzivní charakteristiky nezávisí na množství látky a vyrovnají se, když systémy nebo části systému přijdou do kontaktu. Patří sem parametry jako teplota (T), tlak (P), hustota (ρ), koncentrace (c).

b) Další dělení je následující.

I. Některé charakteristiky lze považovat za hlavní, které určují stav hmoty. Se nazývají stavové parametry. Obvykle se jako takové berou následující charakteristiky - T, P a n, tj. teplota, tlak a množství látky.

II. Zbývající charakteristiky závisí na těchto třech parametrech, a tedy celkově na stavu systému. Proto se jim říká státní funkce. Takže pro ideální plyn je energie určena pouze teplotou a množstvím látky a objemem - všemi třemi stavovými parametry:

	– nRT,		V = –––– .

První výraz je známý z fyziky a druhý je Claiperon-Mendělejevova rovnice (PV = nRT).

Vztah mezi parametry a stavovými funkcemi je znázorněn na Obr. 1.1.

a) Hodnota žádné z nich nezávisí na způsobu, jakým systém daného stavu dosáhne, ale závisí pouze na tomto stavu samotném.

b) Pro některé podmínky se používají zvláštní termíny. Látky (systémy) jsou tedy často považovány za pod standardní podmínky:

resp. standardní stav látky je 1 mol čisté

látky při standardní teplotě a tlaku v nejstabilnějším stavu agregace.

Jak je vidět, k podmínkám (1.3, a-c) je zde přidána podmínka nejstabilnějšího stavu agregace. Pro jednu látku je to plynné skupenství, pro jinou - kapalné, pro třetí - pevné v nejběžnější alotropní modifikaci.

c) Standardní i mnohé další stavy jsou rovnovážné. V

V rovnovážném stavu se stavové parametry s časem samovolně nemění a v systému nedochází k tokům hmoty a energie.

d) Konečně dalším důležitým zvláštním případem států je

stacionární stavy. Zde jsou stavové parametry také konstantní, ale v systému dochází k tokům energie a (nebo) hmoty.

e) Všechny ostatní stavy soustavy jsou ve své podstatě přechodné – buď do rovnovážného nebo do stacionárního stavu.

1.2. Termodynamické procesy

1. a) Jakákoli změna parametrů stavu (tj. přechod systému z jednoho stavu do druhého) je termodynamický proces.

b) Proces je veden nějakým vnějším vlivem

vyvedení systému z rovnováhy (tj. jeho převedení do nerovnovážného stavu).

c) V důsledku samovolného procesu systém

- nebo se vrátí do předchozího stavu rovnováhy,

- nebo jde do nějaký jiný rovnovážný stav

- nebo dosáhne ustáleného stavu.

2. Zde si dejte pozor na dvě věci.

a) Za prvé, systém může mít několik rovnovážných stavů, jak je znázorněno na Obr. 1.2.

b) Za druhé, pokud systém dosáhne stacionárního stavu, pak se proces nezastaví, ale jednoduše se stane stacionárním (to je stav, při kterém jsou udržovány konstantní hodnoty stavových parametrů).

Tato situace může nastat v uzavřených i otevřených systémech. Například, zdravý muž je ve stacionárním stavu: všechny jeho parametry zůstávají na konstantní úrovni. Ale neustále v něm probíhají procesy výměny hmoty a energie s prostředím a mnoho z nich

procesy jsou stacionární.

3. Kdy má soustava tendenci k rovnovážnému stavu a kdy ke stacionárnímu?

V případě otevřeného systému lze poukázat na dvě typické situace.

a) Nechť na hranicích systému jsou konstantní a shodné hodnoty intenzivního parametru (například koncentrace látky).

Pak i samotná koncentrace v systému (zpočátku jiná) tíhne ke stejné hodnotě, která je rovnovážná (obr. 1.3, a), tzn. po jeho dosažení se proces zastaví.

					C2< C1
				C1 > Cx > C2

b) A nyní nechť jsou hodnoty intenzivního parametru (koncentrace) konstantní, ale odlišné na hranicích otevřeného systému. Poté se v důsledku přechodného procesu v systému ustaví určitá střední koncentrace c x, která se pak bude udržovat díky stacionární proces- příliv hmoty jednou hranicí a stejný odtok druhou hranicí (obr. 1.3, b).

Je tedy dosaženo ustáleného stavu.

4. Reverzibilní a nevratné procesy. Zásadní význam pro termodynamiku má rozdělení všech procesů na vratné a nevratné. Toto dělení zohledňuje, jak se systém pohybuje z počátečního stavu do konečného.

a) Reverzibilní procesy - takové, při kterých sebemenší opačný účinek změní směr na opačný.

To znamená, že všechny mezistavy systému a prostředí v takovém procesu jsou v rovnováze. Proto se často reverzibilní procesy také nazývají rovnovážné.

b) A termodynamicky nevratné procesy jsou ty, které nelze zvrátit, aniž by zanechaly nějaké změny v systému samotném nebo v prostředí.

Z této definice vyplývá: po termodynamicky nevratném procesu lze systém za určitých podmínek vrátit do původního stavu

(tj. implementovat chemická reverzibilita).

To však vyžaduje provést určité změny v systému nebo prostředí - například zvýšit koncentraci reakčních produktů nebo dodat dodatečné teplo.

Termodynamická ireverzibilita a chemická nevratnost jsou tedy různé pojmy.

Všimněte si, že téměř každý skutečný proces je do určité míry termodynamicky nevratný. Ale myšlenka dokonale reverzibilního procesu je velmi užitečná.

1.3. Příklad: izotermická změna objemu plynu

Ukázka různých způsobů, kterými může systém přejít z jednoho stavu do druhého - izotermická expanze plynu- znázorněno na Obr. 1.4.

1. V extrémní verzi nevratného procesu, vnější tlak okamžitě

snížena na úroveň R 2 .

expanduje do objemu

V2 = V1 P1 / P2 ,

tvorba

vnější tlak P2:

P1-dP

V1 + dV

·····arr.

reverzibilní možnost

expanze, snižuje se vnější tlak

velmi pomalu - takže nejprve plyn

působí proti tlaku P 1 -

dP, pak - proti P 1 - 2dP, ... a pouze v

konec - proti P 2.

Očividně,

více plynu než v předchozím případě. Vypočítejme konkrétní hodnotu této práce:

3. Nyní předpokládejme, že plyn po té či oné své expanzi znovu expanduje

izotermicky stlačenýna předchozí svazek v1.

a) V reverzibilní verzi bude nutné na systému provést přesně stejnou práci, jakou systém provedl při expanzi. Nedojde k žádným změnám v systému ani prostředí.

Toolkit

Téma: Studium koloidních roztoků.

Disciplína : Chemie

Studna : 2

Semestr : 3

Sestaven : Polivanova T.V., učitelka chemie, první kvalifikační kategorie

Moskva

2015

Obsah:

Motivace tématu ………………… …..strana 4

Záměry a cíle..………………………. .p. 4

Informační blok …………………... strana 5

Řídicí jednotka ………….p. 18

1. Motivační téma

Koloidní systémy jsou v přírodě široce rozšířeny. Bílkoviny, krev, lymfa, sacharidy, pektiny jsou v koloidním stavu. Mnoho průmyslových odvětví (potravinářský, textilní, gumárenský, kožedělný, nátěrový a lakýrnický průmysl, keramický průmysl, technologie umělých vláken, plasty, maziva) je spojeno s koloidními systémy. Výroba stavební materiál(cement, beton, roztoky pojiv) vychází ze znalosti vlastností koloidů. Uhelný, rašelinový, těžební a ropný průmysl se zabývá rozptýlenými materiály (prach, suspenze, pěny). Koloidní chemie má zvláštní význam v procesech zpracování minerálů, drcení, flotace a mokré úpravy rud. Foto a kinematografické procesy jsou také spojeny s použitím koloidně disperzních systémů.

Předměty koloidní chemie zahrnují celou řadu forem flóry a fauny, zejména typickými koloidními formacemi jsou svalovina a nervové buňky, buněčné membrány, vlákna, geny, viry, protoplazma, krev. Proto koloidní vědec I. I. Žukov prohlásil, že „člověk je v podstatě chodící koloid“. Ve světle toho si nelze bez znalosti koloidní chemie představit technologii léčiv (masti, emulze, suspenze, aerosoly, prášky), účinek různých léčiv na organismus.

2. Cíle a cíle.

Cílová: osvojení systematických znalostí o koloidně disperzních systémech v závislosti na znacích klasifikace, o metodách získávání, čištění a stability disperzních systémů a schopnost aplikovat tyto znalosti na konkrétní systémy nacházející se v biologických objektech.

úkoly:

vzdělávací:

seznámit studenty s pojmem disperzní soustavy, koloidní roztoky.

seznámit studenty s metodami získávání koloidních roztoků.

vysvětlit studentům způsoby čištění koloidních roztoků, strukturu micel.

seznámit studenty s vlastnostmi koloidních roztoků.

rozvíjející se:

pokračovat a rozšiřovat kognitivní činnost žáků a také jejich představy o metodách získávání koloidních roztoků.

pokračovat v rozvoji a rozšiřování znalostí studentů o dialýze, elektrodialýze, ultrafiltraci, složkách koloidních částic a jejich praktickém významu v každodenním životě.

péče:

nadále pěstovat pozornost, postřeh, estetické cítění, dovednosti v práci s technikou.

Informační blok.

Disperzní systémy – heterogenní systémy, ve kterých je jedna látka (dispergovaná fáze) rovnoměrně distribuována v jiné (disperzní médium). Vlastnosti hmoty ve fragmentovaných (rozptýlené ) skupenství se výrazně liší od vlastností stejné látky, která je ve formě pevného tělesa nebo určitého objemu kapaliny.

Existuje několik různých klasifikací dispergovaných částic: podle velikosti částic, podle skupenství disperzní fáze a disperzní prostředí, podle povahy interakce částic dispergované fáze s molekulami disperzního prostředí, termodynamickou a kinetickou stabilitou.

V závislosti na velikosti částic dispergované fáze a se rozlišují následující disperzní systémy

Disperzní systémy

Velikost částic

název

a ≤ 10 -9 m

Skutečná řešení

a = 10 -9 –10 -7 m

koloidní systémy

a ≥ 10 -7 –10 -5 m

Hrubé systémy

Klasifikace disperzních systémů podle stavu agregace dispergované fáze a disperzního média je uvedena v tabulce

Klasifikace disperzních systémů

rozptýlené

fáze

Disperzní médium

Plyn

Kapalina

Pevný

Plyn

Nevytvořeno

Pěna

tvrdá pěna

Kapalina

Aerosol

Emulze

tuhá emulze

Pevný

Aerosol, prášek

Pozastavení a sol

pevný sol

Koloidní stav je charakteristický pro mnoho látek, pokud jejich částice mají velikost 10ˉ 7 do 10 5 Jejich celkový povrch je obrovský a má povrchovou energii, díky které může adsorbovat částice z roztoku. Vzniklá koloidní částice se nazývámicely . Má složitou strukturu a skládá se z jádra, adsorbovaných iontů a protiiontů.

Pokud rozpouštědlo interaguje s jádrem částice, paklyofilní koloidy, pokud neinteraguje, paklyofobní koloidy.

Historický odkaz

Obvykle se má za to, že zakladatelem koloidní chemie je anglický vědec Thomas Graham (1805-1869), který zavedl základní koloidně-chemické pojmy v 50.-60. letech minulého století. Neměli bychom však zapomínat, že měl předchůdce a především Jacoba Berzelia, italského chemika Francesca Selmiho. Ve 30. letechXIXstoletí popsal Berzelius řadu sraženin, které při praní procházejí filtrem (kyselina křemičitá a vanadová, chlorid stříbrný, pruská modř aj.). Berzelius tyto precipitáty procházející filtrem nazval „roztoky“, ale zároveň upozornil na jejich blízkou příbuznost s emulzemi a suspenzemi, s jejichž vlastnostmi byl dobře obeznámen. Francesco Selmi v 50. letechXIXstoletí pokračoval v práci tímto směrem a hledal fyzikálně-chemické rozdíly mezi systémy tvořenými sedimenty procházejícími filtrem (nazval je „pseudo-roztoky“) a obyčejnými skutečnými roztoky.

Anglický vědec Michael Faraday (*) v roce 1857 syntetizoval koloidní roztoky zlata - suspenzeAuve vodě s velikostí částic od 1 do 10 nm. a vyvinuli metody pro jejich stabilizaci.

Tyto "pseudoroztoky" rozptylují světlo, látky v nich rozpuštěné se vysrážejí při přidání malého množství solí, přechod látky v roztok a srážení z něj nejsou doprovázeny změnou teploty a objemu soustavy, která se obvykle pozoruje při rozpuštění krystalických látek.

Thomas Graham rozvinul tyto myšlenky o rozdílu mezi „pseudo-řešeními“ a skutečnými řešeními a představil koncept „koloidu“. Graham objevil, že látky schopné tvořit želatinové amorfní sraženiny, jako je hydroxid hlinitý, albumin, želatina, difundují ve vodě pomalu ve srovnání s krystalickými látkami (NaClsacharóza). Krystalické látky přitom v roztoku snadno procházejí pergamenovými skořápkami („dialyzují“), zatímco želatinové látky těmito skořápkami neprocházejí. Graham, který považoval lepidlo za typického zástupce želatinových nedifuzních a nedialyzujících látek, jim dal běžné jméno"koloidní", tzn. jako lepidlo (z řeckého slova colla - lepidlo). Krystalické látky a látky, které jsou dobré pro difuzi a dialýzu, nazval „krystaloidy“.

Micela a její struktura

Koloidní částice je jádro ze špatně rozpustné látky koloidní disperze, na jejímž povrchu jsou adsorbovány elektrolytické ionty roztoku. Ionty elektrolytu zajišťují stabilitu solu, proto se tento elektrolyt nazývá iontový stabilizátor. To znamená, že koloidní částice je komplex skládající se z jádra spolu s adsorpční vrstvou protiiontů. Agregát částice nebo jádra je látka krystalické struktury, sestávající ze stovek nebo tisíců atomů, iontů nebo molekul, obklopených ionty. Jádro spolu s adsorbovanými ionty se nazývá granule. Granule tedy mají určitý náboj. Kolem něj se shromažďují opačně nabité ionty, což mu dává celkovou elektrickou neutralitu. Celý systém sestávající z granule a okolních iontů se nazývá micela a je elektricky neutrální. Kapalná fáze obklopující micelu se nazývá intermicelární tekutina. To lze znázornit jako následující krátký diagram:

granule, tzn. koloidní částice = jádro + adsorpční vrstva + protiiontová vrstva + difuzní vrstva

micely = granule + protiionty

sol = micely + intermicelární kapalina.

Uvažujme jako příklad sol As 2 S 3 (Obrázek 7). K získání tohoto solu musí být kyselina arsenová zpracována sirovodíkem. Průběžnou reakci lze zapsat takto:

2H 3 AsO 3 + 3H 2 S= Tak jako 2 S 3 + 6H 2 O

Přebytek H 2 S v tomto systému hraje roli iontového stabilizátoru. H 2 S částečně disociuje na ionty:

H 2 S↔HS - + H +

Z těchto HS iontů - ionty jsou adsorbovány na povrchu jádra micely As 2 S 3 , takže v tomto systému:

[Tak jako 2 S 3 ] n - jednotka

[Tak jako 2 S 3 ] n , m HS - - jádro

([Tak jako 2 S 3 ] n , m HS - ,(m-x)H + } - X - granule

([Tak jako 2 S 3 ] n , m HS - ,(m-x)H + } - XH + - micely

Jádra micel mají krystalickou strukturu. Procesem vzniku koloidních částic se podrobně zabýval V.A. Kargin a Z.Ya. Berestneva v roce 1953 s pomocí elektronový mikroskop a vytvořili nová teorie. Podle této teorie probíhá mechanismus vzniku koloidní částice ve dvou fázích: nejprve se vytvoří kulovité částice, které jsou v amorfním stavu, a poté se uvnitř amorfních částic objeví malé krystaly. Vzhledem k výskytu krystalických struktur uvnitř amorfních částic vzniká napětí a podle minimální vnitřní energie systému v závislosti na podmínkách (∆Н<0, ∆S<0), |∆Н| >|Т∆S|, ∆G<0) происходит самопроизвольный процесс распада на множество мелких кристаллических частиц и эти кристаллы становятся центром мицеллы. Скорость кристаллизации для различных золей различна.

Metody získávání koloidních roztoků

Koloidní roztoky lze získat:

1. Disperzní metody založené na drcení nebo dispergování velkých částic látky na koloidní velikosti. Disperze může být provedena mechanickým broušením, elektrickým stříkáním a tak dále.

Mezi rozptýlené metody patří– proces tvorby solů z gelů nebo sypkých sedimentů působením peptizátorů (ve většině případů elektrolytů) adsorbovaných na povrchu koloidních jader a usnadňujících jejich interakci s disperzním prostředím.

2. kondenzační metody , založené na agregaci molekul nebo iontů větších částic. Agregace částic může být prováděna různými způsoby.

Při kondenzační metodě se růst částic zastaví dlouho před vytvořením termodynamicky stabilního rozhraní. Koloidní systémy tedy bez ohledu na způsob přípravy jsoutermodynamicky nestabilní . Postupem času v důsledku snahy o termodynamicky příznivější stav zanikají koloidní systémy vlivem koagulace – procesu zvětšování částic.

Fyzikálně chemická kondenzace se týká metody nahrazování rozpouštědla, která se scvrkává na skutečnost, že látka, ze které se má sol získat, se rozpustí ve vhodném rozpouštědle v přítomnosti stabilizátoru (nebo bez něj) a poté se roztok promíchá. s přebytkem jiné kapaliny, ve které je látka nerozpustná. V důsledku toho se vytvoří sol. Takto se získávají soly síry, kalafuna. Kvůli čemuž v tomto případě dochází k saturaci.

Chemický způsob kondenzace je založen na reakcích vedoucích ke vzniku pevného produktu.

a) Reakce zotavení.

Například získávání solů zlata a stříbra interakcí solí těchto kovů s redukčními činidly:

2KAuO2 + 3HCHO + K2CO3 → 2Au + 3HCOOK + KHCO3 + H2O.

(·nAuO2–·(n–x)К+)x–·xК+ – zlatá sol micela.

b) Oxidační reakce.

Například získání solu síry:

2H2S + 02 -> 2S + 2H20.

Micelová struktura výsledného solu může být reprezentována následujícím vzorcem:

{ · nS5O62–· 2(n–x)H+)· 2xH+.

c) Výměnné reakce. Například získání solu síranu barnatého.

Při použití výměnných reakcí závisí složení micel na pořadí, v jakém se roztoky činidel nalévají!

d) Hydrolytické reakce.

Například červenohnědý sol hydroxidu železitého se získá přidáním malého množství chloridu železitého do vroucí vody: FeCl3 + H2O → Fe(OH)3 + 3HCl.

Strukturu micel sol Fe(OH)3, v závislosti na tom, který iont je stabilizátorem, lze vyjádřit pomocí vzorců:

{ · nFeO+· (n–x)Cl–)x+· xCl–

nebo { · nFe3+· 3(n–x)Cl–)3x+· 3xCl–

nebo { · nH+· (n–x)Cl–)x+· xCl–.

Příkladem výroby koloidních systémů krystalizací je krystalizace z přesyceného roztoku sacharózy při výrobě cukru. Proces desublimace probíhá při tvorbě mraků, kdy za přechlazených podmínek vznikají z vodní páry okamžitě krystaly, nikoli vodní kapky.

Vlastnosti koloidních systémů:

rozptyl světla (opalescence) (označuje heterogenitu, vícefázový charakter systému).

Opalescence se stane zvláště patrnou, pokud, jako to udělal Tyndall ( prochází svazek sbíhajících se paprsků koloidním roztokem, přičemž se mezi zdroj světla a kyvetu s roztokem umístí čočka. V tomto případě roztoky, které jsou transparentní v procházejícím světle, vykazují všechny vlastnosti zakalených médií při bočním osvětlení. V koloidní kapalině pozorované ze strany vzniká jasný svítící kužel (Tyndallův kužel).

pomalá difúze

nízký osmotický tlak

koloidní roztoky jsou schopné dialýzy, tzn. lze oddělit od nečistot pomocí membrány

schopné koagulace (destrukce) systému při: přidávání nečistot, změně T, míchání atd.

někdy je detekován fenomén elektroforézy, tzn. částice v systému mohou mít náboj.

Stabilita koloidních roztoků

Existuje kinetická a agregátní stabilita koloidních systémů.Kinetická stabilita spojené se schopností částic dispergované fáze spontánně se tepelně pohybovat v roztoku, což je známé jako Brownův pohyb. Takový chaotický pohyb částic brání jejich spojení. Obvykle jsou koloidní roztoky kineticky stabilní a k jejich destrukci dochází až po narušení agregátní stability roztoku.

Agregátní stabilita vzhledem k tomu, že adsorpce iontů (molekul) z okolí probíhá na povrchu koloidních částic.

Látka, která se adsorbuje na jádrech částic a zvyšuje stabilitu koloidních roztoků, se nazývá stabilizátor. S iontovým stabilizátorem se kolem jader micel objevují dvojité elektrické vrstvy, což ztěžuje jejich spojení. V případě molekulárního stabilizátoru vznikají na adsorbovaných molekulách vlivem mezimolekulárních sil interakce z molekul disperzního prostředí solvátové slupky (vrstvy), které zabraňují asociaci částic.

Destrukce koloidních roztoků

Proces zvětšování koloidních částic, vedoucí ke snížení stupně disperze dispergované látky, je tzv.koagulace . Koagulace neboli slepování částic vede k usazování (sedimentaci) velkých agregátů ve formě sedimentu.

Pokles stability koloidních systémů je způsoben vnášením elektrolytů, které mění strukturu difúzní vrstvy iontů. Navíc pouze ty ionty (koagulátory), které nesou náboj podle stejnojmenného zákona s nábojem protiiontu koloidní částice, mají koagulační účinek v elektrolytu. Koagulační účinek koagulačního iontu je tím větší, čím větší je jeho náboj.

Koagulace - spontánní proces vznikající z touhy systému přejít do stavu s nižší povrchovou energií a nižší hodnotou izobarického potenciálu. Proces sedimentace koagulované látky probíhá také spontánně. Koagulace může být z různých důvodů nejúčinnějším působením elektrolytů. Minimální koncentrace elektrolytu v roztoku, která způsobuje koagulaci, se nazývá koagulační práh. Koagulace také nastává, když jsou vytěsněny dva soly s různými známkami náboje částic. Tento jev se nazývá vzájemná koagulace.

Způsob čištění koloidních roztoků

dialýzou

Když se získají koloidní systémy, kromě dispergované fáze jsou v jejich složení ve velkém množství přítomny kyseliny, zásady a soli. Aby byla zajištěna stabilita koloidního roztoku, musí být v roztoku přítomno určité množství elektrolytu, ale přebytek elektrolytu musí být odstraněn. Odstranění přebytečného množství elektrolytu z koloidního roztoku se nazývá odstranění elektrolytu z koloidního roztoku. Při čištění koloidních roztoků se používají metody dialýzy, ultrafiltrace a elektrodialýzy.

Charakteristickým rysem dialýzy je, že koloidní roztok a v něm přítomné elektrolyty jsou odděleny od čistého rozpouštědla (vody) pomocí semipermeabilní membrány (obr. 4). Molekuly a ionty schopné projít takovou membránou přejdou do roztoku, dokud se neustaví rovnováha mezi koncentracemi molekul a iontů na obou stranách membrány. Periodickou výměnou rozpouštědla je možné do určité míry vyčistit sol od nečistot. Pro dialýzu se obvykle používají kolodiové filmy, dále přepážky z acetátu celulózy, celofánu a dalších materiálů. Spolu s tím se používají také přírodní fólie, například stěny močového měchýře.

Koloidní roztok (A) se nalije do nádoby pokryté membránou (B), poté se ponoří do nádoby naplněné čistou vodou (C). Voda ve vnější nádobě se periodicky mění, tzn. je použit průtokový dialyzátor s plynulou výměnou vody. Stěny močového měchýře nebo jiných membrán mají velmi malé otvory (jejich průměr je 20-30 mikronů). Těmito otvory mohou procházet molekuly nebo ionty, ale ne koloidní částice. Elektrolyty obsažené v popelu difundují do vody a jsou vymyty z koloidního roztoku přes membránu. Výměnou vody lze do určité míry čistit koloidní roztok.

metoda elektrodialýzy

Při elektrodialýze se dialýza urychluje působením elektrického proudu. Mezi dvěma membránami M 1 jim 2 umístí se koloidní roztok, který je nutné očistit od elektrolytů (obr. 5). V bočních částech nádoby, ve které průběžně prochází čistá voda (rozpouštědlo), jsou umístěny elektrody. Při průchodu elektrického proudu jsou kladně nabité ionty směrovány na katodu a záporně nabité na anodu. Elektrolytické ionty, které prošly membránou, se shromažďují v části nádoby, kde jsou instalovány elektrody. Vyčištěný sol zůstává ve střední části nádoby mezi dvěma membránami. Tato metoda se používá hlavně při čištění organických koloidů. V průmyslu se široce používá k získání čisté želatiny, lepidla.

ultrafiltrační metoda

Koloidní roztoky lze čistit filtrací přes semipermeabilní membrány. Ultrafiltr se skládá z Buchnerovy nálevky (1), membrány (2), Bünsenovy baňky (3) a čerpadla (4) (obr. 6). Pro urychlení se ultrafiltrace provádí pod tlakem. Pomocí určité membrány je možné odfiltrovat koloidní roztok z elektrolytu i soly od sebe navzájem. K tomu musí být průměry otvoru membrány větší než částice jednoho solu a menší než částice jiného solu.

Použití v lékařství

V lékařství se všude používají koloidní roztoky. Zde je několik příkladů jejich použití. což jsou malé kovové částice rozptýlené ve vodě, používané při léčbě popálenin, a duodenum, k mytí nosní sliznice, aby se zabránilo šíření virových infekcí.

Farmaceutický průmysl nabízí širokou škálu koloidních roztoků pro různé účely. Mezi nimi jsou univerzální prostředky, které lze použít jako hojení ran na popáleniny, hemoroidy; protizánětlivé - s výtokem z nosu, tonzilitidou, sinusitidou; analgetika - k úlevě od bolesti zubů a nejen. Patří mezi ně koloidní roztok "Millennium". Gel obsahuje aloe, pšeničný protein, ženšen, vitamín E a další užitečné přísady. Mnoho lokálních léčiv jsou ve skutečnosti koloidní roztoky. Pro klouby se například používá "Artro Complex", který obsahuje tak užitečnou složku, jako je žraločí chrupavka.

Aplikace v každodenním životě a průmyslu

Koloidní roztoky tvoří základ detergentů a čistících povrchově aktivních látek. Kontaminanty pronikají do micel a tím jsou odstraněny z povrchu.

Dalším důležitým aspektem použití micelotvorných povrchově aktivních látek je výroba polymerů, zejména latexů, polyvinylalkoholu a lepidel rostlinného původu. Na bázi emulze se získávají různé plasty, náhražky kůže. K čištění se používají i povrchově aktivní látky a pitnou vodou.

Předností kosmetiky na bázi koloidních roztoků je pronikání účinných látek přes lidskou pokožku a strukturu vlasů. Takové produkty se účinně používají proti stárnutí. Mezi ně patří zejména gel Millenium Neo. Koloidní roztok pomáhá složkám v něm obsaženým dostat se do hlubokých vrstev pokožky a obcházet epidermis.

Literatura:

Pustovalová L.M., Nikanorová I.E. Obecná chemie. - Rostov n/D: Phoenix, 2006. - 478 s.

Stromberg A.G., Semchenko D.P. Fyzikální chemie. - M.: Vyšší škola, 2003. - 527 s.

Evstratova K.I., Kupina N.A., Malakhova E.E. Fyzikální a koloidní chemie. - M.: Vyšší škola, 1990. - 487 s.

Boldyrev A.I. Demonstrační pokusy z fyzikální a koloidní chemie. - M.: Vyšší škola, 1976. - 256 s.

Ovládací blok

Test na téma: "Rozptýlené systémy"

1.

Zvažte obrázek znázorňující rozptýlený systém. Vyjmenujte jeho hlavní součásti:

1

2

2.

Biologický gel je:

chrupavka

vzduch

mraky

říční voda

3 .

Dispergované systémy rozdělte do samostatných skupin v závislosti na stavu agregace dispergované fáze a disperzního média: tělesné tekutiny, písečné bouře, vzduch, plyn spojený s kapičkami oleje, krém, pěny, barevná skla, textilie, šumivé nápoje, lékařské a kosmetické výrobky , sycená čokoláda, mléko, cihly a keramika, zemní plyn, mokrá půda, kameny, malty, pasty, smog, prášky, olej, polétavý prach, gely, výpary, slitiny, mlha, soly.

Středeční fáze

G - plynná látka;A - kapalná látka;T - pevný

4.

Podobnost suspenzí a emulzí je, že:

jsou to heterogenní systémy

částice jsou viditelné pouhým okem

snadno spadnou

všechny odpovědi jsou správné

5.

Emulze je:

mléko

pěna

želé

mlha

6.

Mezi hrubé systémy patří:

řešení

sol

suspenze

gel

7.

Dispergovaná fáze keramických výrobků je:

1) pevné

2) plyn

3) kapalina

4) závisí na typu keramického výrobku

8.

emulze zahrnují:

1) krém

2) říční bahno

3) barevné sklo

4) textilie

9.

Disperzní fáze perlivých nápojů:

1) dusík

2) voda

3) oxid uhličitý

4) kyslík

10.

Upřesněte obrázek znázorňující Tyndallův efekt v koloidních a pravých roztocích:

11.

Aerosol je:

1) prášek

2) oblak prachu

3) lak na vlasy

4) všechny odpovědi jsou správné

12.

Chromatografie je:

metoda separace heterogenních směsí

typ rozptýleného systému

disperzní médium

způsob oddělování homogenních směsí

13.

Emulze je systém tvořený:

1) pevná látka a plyn

2) dvě různé kapaliny

3) kapalina a plyn

4) kapalné a pevné

14.

Vytvořte shodu mezi příklady disperzních systémů a jejich názvem:

DISPERZIVNÍ SYSTÉM

PŘÍKLAD

1) pozastavení

A) mléko

2) emulze

B) vaječný bílek

3) koloidní roztok

B) suspenze bahna

4) řešení

D) cukerný roztok

STANDARDY ODPOVĚDÍ

Koloidní chemie studuje fyzikálně-chemické vlastnosti disperzních systémů – systémů, jejichž jednou z fází je soubor velmi malých částic. Takové systémy jsou rozšířeny v přírodě, v každodenním životě, v technologii, stavebnictví a dalších oblastech činnosti a také, což je důležité, ve farmacii. Zákony koloidní chemie jsou základem procesů přípravy lékových forem, jejich skladování a stárnutí. Znalost základů koloidní chemie je proto nezbytná pro všeobecné lékárníky, ale i pro technologa chemické a farmaceutické výroby, výroby produktů používaných v parfumerii, kosmetice i v běžném životě.

Tento "kurz" používá stejný modulární systém prezentace jako ve svazku o fyzikální chemii. Totéž platí pro design textu a pro vyhledávač. Vzhledem k tomu, že materiál obsažený v každé sekci tvoří jeden celek, není v knize žádné dělení na přednášky.

Autor vyjadřuje hlubokou vděčnost všem pracovníkům Pjatigorské státní farmaceutické akademie a zejména pracovníkům katedry fyzikální a koloidní chemie PGFA, jejichž rady, kritika a pomoc byly využity při přípravě kurzu přednášek a psaní této publikace upřímně děkuji recenzentům za pečlivou analýzu rukopisu a za konstruktivní poznámky před tiskem.

PŘIJATÉ OZNAČENÍ

A – adsorpční hodnotu

A - 1) lineární rozměry částic

2) termodynamická aktivita

C – 1) molární koncentrace

2) objemová koncentrace

D – 1) stupeň rozptylu

d – průměr

2) energie

F - platnost

GS - volné povrchové energie

G - gravitační zrychlení

2) entalpie

já - intenzita světla

j diff - difúzní tok

K - 1) adsorpční konstanta

rovnováha

2) výměnná konstanta

3) konstanta rychlosti koagulace

K ’ – koeficient molárního zákalu

k - 1) Boltzmannova konstanta

l - délka

M - molární hmotnost

m - hmotnost

NA - Avogadroovo číslo

n – 1) množství látky (mol)

2) index lomu

3) počet částic

P - koagulační schopnost

p - tlak

Q – objemový průtok

R - univerzální plynová konstanta

r - poloměr

S - 1) oblast

2) entropie

S sed - sedimentační konstanta

S sp - specifický povrch

T - teplota

t - čas

PROTI - hlasitost

proti – Rychlost

w - Práce

z – iontový náboj

A - stupeň otoku

b - poměr pěny

G - povrchový přebytek

g - koagulační práh

D X – průměrný smyk částic při

Brownův pohyb

d je tloušťka dvojitého elektrického

E - dielektrická konstanta

E 0 - elektrická konstanta

z - elektrokinetický potenciál

j - 1) objemová koncentrace

2) elektrotermodynamické

potenciál

h - viskozita

q - 1) kontaktní úhel smáčení

2) mez kluzu

l - 1) hydrofilně-lipofilní

2) vlnová délka

n - částečné soustředění

p - 1) geometrická konstanta

2) osmotický tlak

r - hustota

S - součet

s - 1) povrchové napětí

2) hustota náboje

w - úhlová rychlost otáčení

ZÁKLADNÍ FYZIKÁLNÍ KONSTANTY

Avogadroovo číslo NA 6,02252'1023 mol-1

Faradayovo číslo F 96487 C/mol-ekv

Boltzmannova konstanta k 1,3804´10-23 J/K

Univerzální plynová konstanta R 8,314 J/mol K=

1,98725 cal/mol K =

0,082057 l atm/mol K

Elektrická konstanta E 0 8,´1012 f/m

ÚVOD

1. Předmět koloidní chemie, její místo v přírodních vědách

oborů a význam pro farmacii, lékařství a biologii

koloidní chemie- věda, která studuje disperzní systémy a povrchové jevy. Roztoky makromolekulárních látek jsou v mnoha ohledech svými vlastnostmi podobné disperzním systémům, proto se o nich uvažuje i v rámci koloidní chemie.

V roce 1861 anglický chemik T. Graham, navazující na práci F. Selmiho (1845), navrhl rozdělit všechny chemikálie do dvou tříd podle jejich schopnosti tvořit roztoky s výrazně odlišnými vlastnostmi. Roztoky látek jedné třídy - v Grahamově terminologii "krystaloidy" - jsou stabilní, procházejí v nezměněné podobě rostlinnými a živočišnými membránami, při odpařování dávají většinou krystalické sraženiny, difúze v nich probíhá poměrně rychle, ve většině případů jsou průhledné (tyto jsou tzv. pravdivá řešení). Roztoky látek jiné třídy jsou nejčastěji nestabilní (labilní), při průchodu membránami se často oddělují nebo mění své vlastnosti, při odpařování se tvoří amorfní sraženiny, často nepřístupné opětovnému rozpuštění, difúze v takových roztocích je velmi pomalé a ve většině případů mají zákal . Tuto třídu látek, podle řeckého názvu jejich typických zástupců – rostlinných gum a živočišných klihů, T. Graham nazval koloidy (z řeckého kolla – lepidlo), a roztoky jimi tvořené – koloidní roztoky. A i když se později ukázalo, že dělení látek na krystaloidy a koloidy je nezákonné, protože tytéž látky mohou za různých podmínek tvořit pravé i koloidní roztoky, termín „koloidní roztoky“, stejně jako název vědy „koloidní chemie“ z toho odvozené » se zachovaly. Nyní jsou však tyto koncepty vybaveny jiným obsahem, který bude popsán níže.

Většina skutečných těl kolem nás se skládá z malých částic - odchylky ponořené do jakéhokoli média (kapalného, ​​pevného nebo plynného). Disperze zahrnují částice nejrůznějších forem - zrna, hrudky, filmy, vlákna, vzduchové bubliny, kapky kapaliny, kapiláry atd. Souhrn takových disperzí spolu s prostředím, ve kterém jsou distribuovány, tvoří disperzní systém. Disperzní systémy se tedy skládají ze spojitých disperzní médium A dispergovaná fáze- sada všech variací.

Příklady přirozených disperzních systémů jsou skály, půdy, písek, prach, kouř, mraky a mlha; rostlinné a živočišné tkáně, buňky a intracelulární útvary rostlin, živočichů, mikroorganismů, ale i samotných mikroorganismů – bakterií a virů. Mnoho produktů výroby jsou také disperzní systémy, například stavební materiály, slitiny kovů, papír, tkaniny, potravinářské produkty a mnoho lékových forem (prášky, emulze, suspenze, aerosoly).
atd.). Z toho vyplývá, že procesy technologie léčiv nelze odborně řídit bez znalosti základních vlastností disperzních systémů.

Navzdory malé velikosti disperzí je celkový povrch, který je odděluje od disperzního média, velmi velký. Z tohoto důvodu je v rozptýlených systémech povrchové jevy, které do značné míry určují jejich vlastnosti. Povrchové jevy zahrnují procesy probíhající na hranici oddělující souvislé (konjugované) fáze. Biochemické procesy v živých organismech tedy probíhají na různých rozhraních, jako jsou membrány, které tvoří membrány buněk, jader, mitochondrií atd. Pro podrobné zvážení těchto procesů za normálních a patologických stavů, stejně jako procesů zahrnujících léčivé látky, je je nutné znát teorii povrchových jevů.

Koloidní chemie má další předmět studia – makromolekulární látky (HMW) a jejich roztoky. Jde o to, že HMW makromolekuly mají velikosti úměrné velikosti mnoha malých disperzí. Proto mají jejich roztoky mnoho společných vlastností s disperzními systémy. Potřeba studia HMW je dána i tím, že složení tkání a buněk těla, cytoplazmy, krve atd. zahrnuje přírodní vysokomolekulární látky – bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny. Jako léčiva se používají roztoky různých HMS, proto farmakolog i lékárník musí znát vlastnosti a strukturní rysy takových systémů a znát metody jejich studia.

Koloidní chemie, která má jako předměty studia převážně skutečné předměty v celé rozmanitosti jejich vlastností, doplňuje všeobecné chemické vzdělání. Zároveň existují všechny důvody nazývat vědu o rozptýlených systémech a povrchových jevech fyzikální chemií skutečných těles.

2. Znaky předmětů koloidní chemie

Předměty koloidní chemie se vyznačují dvěma společnými rysy – heterogenitou a disperzitou. Všechny speciální vlastnosti, které jsou jim vlastní, jsou důsledky nebo funkce heterogenity a disperze.

Heterogenita(polyfáze) - znak indikující přítomnost rozhraní rozhraní. Na rozdíl od jiných heterogenních systémů dispergované systémy mají vysoký stupeň fragmentace a velký počet částic dispergované fáze.

disperze(fragmentace) je určena velikostí částic dispergované fáze. Čím menší jsou lineární rozměry částic fáze, tím větší je její disperze. Kvantitativní rozptyl lze vyjádřit následujícími charakteristikami:

1) lineární rozměryčástice A . Dimenze A v soustavě SI - m. V případě izometrického tvaru částic - krychlový nebo kulový se lineárními rozměry rozumí průměr nebo hrana krychle a v případě vláken, kapilár, filmů a jiných neizometrických částic tento je délka nejmenší osy částice.

2) stupeň disperze D , často označovaný jednoduše jako disperze. D je převrácená hodnota lineárních rozměrů částic D = 1/A . Dimenze D v soustavě SI - m-1. D lze chápat jako počet částic, které se vejdou na jednotku délky, tj. na 1 m.

3) specifický povrch Sud , určený poměrem mezifázového povrchu k objemu nebo k hmotnosti částic dispergované fáze. Existují dva typy specifického povrchu:

- Specifický povrch podle objemu:

,

Kde n - počet částic, S je povrch jedné částice, PROTI je objem jedné částice. Dimenze S oud PROTI m2/m3 (nebo méně správně m-1).

V mnoha případech disperze spontánně nabývají tvaru blízkého kulovému nebo krychlovému tvaru. Je to dáno tím, že ze všech geometrických těles mají koule a krychle nejmenší povrch pro stejný objem. Proto existují jednoduché vzorce pro výpočet S oud PROTI :

-

Kde r - poloměr částic, d - jeho průměr;

- pro systémy s kubickými částicemi

,

Kde A - délka hrany krychle.

- Specifický povrch podle hmotnosti:

,

Kde m je hmotnost jedné částice. Protože m = r PROTI , Kde r je hustota hmoty částic, pak můžeme napsat: . Prostředek,

- pro systémy se sférickými částicemi

;

- pro systémy s kubickými částicemi:

Všechny tři charakteristiky rozptylu jsou propojeny: s poklesem A rozptyl se zvyšuje D a specifický povrch Sud .

S poklesem kvantitativní charakteristiky - velikosti částic - s dosažením určitého stupně disperze dochází ke kvalitativní změně vlastností heterogenního systému, a to: z nejrůznějších fyzikálních a chemických vlastností získávají vedoucí roli povrchové jevy. . Tato kvalitativní zvláštnost se začíná projevovat, když velikost částic dispergované fáze klesá na 10-4 ¸ 10-6 m, a je zvláště výrazná u systémů s částicemi o velikosti 10-7 ¸ 10-9 m. systémy, které jsou ve skutečnosti předmětem studia koloidní chemie ( koloidní systémy). Proto je zvykem mluvit o částicích koloidní velikosti a o speciálních koloidní stav látek, čímž je zdůrazněna jedinečnost systémů s extrémně malými částicemi.

3. Stručný historický nástin

Za zakladatele koloidní chemie je považován T. Graham, který vystupoval v 60. letech XIX. první systematické studie koloidních roztoků. Následně koloidní chemie absorbovala výsledky získané v jiných oblastech fyziky a chemie a koncem 19. - začátkem 20. století. PROTI. se zformoval do samostatného oboru chemie.

Na základě mechanické teorie vzlínavosti, vyvinuté na počátku 19. století.
T. Jung a P. Laplace, a termodynamika povrchových jevů, vytvořili
J. W. Gibbs v 70. letech 19. století formuloval hlavní oblasti výzkumu koloidní chemie: studium procesů vzniku nové fáze v homogenních systémech, termodynamickou stabilitu koloidních systémů a kvantitativní popis adsorpce na rozhraní mezi fázemi. Koncepce struktury elektrické dvojvrstvy vyvinutá v roce 1853 G. Helmholtzem umožnila vysvětlit elektrokinetické a kapilární jevy. Ke kvantitativnímu studiu optických vlastností koloidních systémů přispělo vytvoření teorie rozptylu světla J. Rayleighem. Studie
J. Perrin, T. Svedberg a R. Zsigmondy o Brownově pohybu na základě teorie vytvořené v roce 1905 A. Einsteinem a M. Smoluchowskim umožnily prokázat reálnost existence molekul a správnost molekulárně kinetických konceptů. . V roce 1903 objevil fenomén chromatografie a vyvinul chromatografickou metodu pro separaci a analýzu směsí látek. Na základě kinetické teorie adsorpce navržené v roce 1917 I. Langmuirem byly vyvinuty metody pro studium stavu molekul povrchově aktivních látek v monomolekulárních adsorpčních vrstvách. V roce 1928 objevil adsorpční pokles pevnosti („Rehbinderův efekt“) a ve 40.–50. letech 20. století na základě rozvoje tohoto směru a studií tvorby struktury v disperzních systémech vytvořil fyzikální a chemickou mechaniku. Fyzikální teorii stability koloidních systémů vypracovali v roce 1937 společně a nezávisle na nich E. Verwey a J. Overbeck („teorie DLVO“).

Hlavními oblastmi výzkumu moderní koloidní chemie jsou termodynamika povrchových jevů, studium adsorpce látek, vlastnosti disperzních systémů, struktura dvojité elektrické vrstvy, tvorba a zdokonalování koloidně-chemických metod analýzy a výzkum atd.

I. POVRCHOVÝ EFEKT

KAPITOLA 1

STRUKTURÁLNÍ VLASTNOSTI POVRCHOVÉ VRSTVY. POVRCHOVÉ NAPĚTÍ

1.1. Gibbsova povrchová energie. Povrchové napětí

Mezifázový povrch může existovat pouze tehdy, pokud je v systému kapalná nebo pevná fáze. Určují tvar a strukturu povrchové vrstvy - přechodové oblasti z jedné fáze do druhé.

Jakákoli pevná nebo kapalná látka se v nejjednodušším případě skládá z molekul stejného typu. Stav těch molekul, které jsou na povrchu, se však liší od stavu molekul, které jsou v převážné části pevné nebo kapalné fáze, protože nejsou ze všech stran obklopeny jinými podobnými molekulami. Povrchové molekuly jsou vtahovány do kapaliny nebo pevné látky, protože zakoušejí větší přitažlivost od molekul v objemu kondenzované fáze než od molekul plynu na druhé straně povrchu. Tato přitažlivost způsobuje, že se povrch co nejvíce smršťuje a má za následek určitou sílu v rovině povrchu nazývanou síla povrchové napětí.

Kapalná a pevná tělesa proto spontánně nabývají minimálního možného objemu a jsou prakticky nestlačitelná a jejich natažení a prasknutí vyžaduje značné energetické náklady.

Tato energie, předaná povrchové vrstvě a určující její stabilitu, je podle J. W. Gibbse tzv. volné povrchové energie GS úměrné ploše fázového rozhraní:

GS = s S , (1.1)

Kde s je koeficient proporcionality, tzv povrchové napětí. fyzický význam s - volná povrchová energie na jednotku plochy fázového rozhraní nebo jinak práce reverzibilní izotermické tvorby jednotkové plochy fázového rozhraní. rozměr SI s - J/m2.

Povrchové napětí lze také považovat za sílu působící na jednotku délky obrysu povrchu, která má tendenci redukovat povrch na minimum pro daný poměr fázových objemů. V tomto případě rozměr s výhodnější je vyjádřit v N/m.

Existence povrchového napětí vysvětluje taková známá fakta: kapky vody neproniknou malými otvory a mezerami mezi nitěmi deštníků nebo stanů; vodní pavouci a hmyz mohou běhat po hladině vody, podporováni neviditelným povrchovým filmem, kapky deště nebo mlhy se stávají kulovitými atd.

Při drcení pevného nebo kapalného tělesa se zvyšuje celkový mezifázový povrch, díky čemuž se na povrchu objevuje stále větší část jeho molekul a klesá podíl molekul v objemu. Čím jsou tedy částice menší, tím větší podíl termodynamických funkcí včetně Gibbsovy energie částice náleží povrchovým molekulám.

1.2. Způsoby snížení volné povrchové energie

Jakékoli systémy, včetně těch rozptýlených, mají tendenci k rovnováze. Z průběhu fyzikální chemie je známo, že v tomto případě je vždy tendence ke spontánnímu poklesu Gibbsovy energie G . To platí i pro volnou povrchovou energii rozptýlených systémů GS .

V tomto případě v souladu s rovnicí (1.1) pokles G S lze dosáhnout následujícími způsoby:

A) Při konstantní hodnotě povrchového napětí snížením rozhraní rozhraní:

D G S = s D S .

Zmenšení plochy rozhraní může být také provedeno dvěma způsoby:

Spontánní přijetí částicemi takového geometrického tvaru, který odpovídá minimu volné povrchové energie. Takže při absenci vnějších silových vlivů má kapka kapaliny formu koule.

Sdružování (agregace) malých částic na větší (agregáty). V tomto případě je dosaženo mnohem většího energetického zisku, protože při kombinaci se fázové rozhraní velmi výrazně snižuje.

Z toho vyplývá, že s velkým přísunem povrchové energie, rozptýlené systémy jsou zásadně agregovaně nestabilní a mají tendenci ke spontánnímu poklesu stupně disperze spojením částic dispergované fáze.

b) Na konstantní ploše fázového rozhraní snížením povrchového napětí:

D G S = S D s .

V mnoha případech, včetně výroby lékových forem, kdy je potřeba udržovat konstantní velikosti částic dispergované fáze v systému, je snížení mezipovrchového napětí nejdůležitější a často jediný způsob, jak udržet stupeň disperze.

Snížení povrchového napětí je dosaženo zavedením do disperzního systému povrchově aktivní látky (povrchově aktivní látka), které mají schopnost se koncentrovat (adsorbovat) na rozhraní a svou přítomností snižovat povrchové napětí.

1.3. Povrchově aktivní látky

Schopnost snižovat povrchové napětí mají organické látky s asymetrickým, difilní molekul, které obsahují jak polární (hydrofilní), tak nepolární (lipofilní) skupiny. Hydrofilní skupiny (-OH, -COOH, -SO3H, -NH2 atd.) poskytují povrchově aktivní afinitu ve vodě, hydrofobní (obvykle uhlovodíkové radikály, alifatické i aromatické) zajišťují afinitu povrchově aktivních látek pro nepolární média. Vnitřní povrchové napětí povrchově aktivní látky musí být menší než povrchové napětí dané pevné látky nebo kapaliny. V adsorpční vrstvě na fázovém rozhraní jsou amfifilní molekuly orientovány energeticky nejvýhodněji: hydrofilní skupiny - k polární fázi, hydrofobní - k nepolární.

Graficky je molekula povrchově aktivní látky znázorněna symbolem ¡¾¾¾, ve kterém kroužek označuje hydrofilní skupinu a čára hydrofobní skupinu.

1.4. Klasifikace povrchově aktivních látek

- Podle velikosti molekul Povrchově aktivní látky se dělí na vysokomolekulární (například proteiny) a nízkomolekulární (naprostá většina povrchově aktivních látek uvedených v jiných typech klasifikace).

- Podle typu hydrofilních skupin rozlišovat neiontové (neiontové) A iontový (ionogenní) povrchově aktivní látka.

Neiontové látky existují v roztoku ve formě nedisociovaných molekul (například tweeny nebo sorbitaly, alkoholy).

Iontové se v roztoku disociují na ionty, z nichž některé mají skutečně povrchovou aktivitu, zatímco jiné ne. Podle znaménka náboje povrchově aktivního iontu se tenzidy dělí na kationaktivní, aniontově aktivní A amfoterní.

V praxi se nejčastěji používají aniontové tenzidy: karboxylové kyseliny a jejich soli (mýdla), alkylsulfáty, alkylsulfonáty, alkylarylsulfonáty, fenoly, taniny aj.

Druhé místo významu zaujímají neiontové tenzidy - alifatické alkoholy, jejich polyoxyethylenethery různé povahy, lipidy.

Podstatně menší, ale neustále rostoucí podíl na výrobě tenzidů připadá na kationtové (hlavně deriváty alkylaminů, primární, sekundární a terciární) a amfoterní tenzidy (například aminokyseliny, proteiny). Mnoho alkaloidů jsou také kationtové povrchově aktivní látky.

- Chování v řešení všechny povrchově aktivní látky se dělí na skutečně rozpustný a koloidní (resp micelární, MPAV). Do první skupiny patří velké množství ve vodě rozpustných amfifilních organických sloučenin s malými uhlovodíkovými radikály (alkoholy, fenoly, nižší karboxylové kyseliny a jejich soli, aminy). Látky tohoto typu existují v roztoku jako samostatné molekuly nebo ionty až do koncentrací odpovídajících jejich rozpustnosti.

Zvláště zajímavé jsou koloidní povrchově aktivní látky. Jsou v praxi nejpoužívanější, včetně stabilizace disperzních systémů, a jsou myšleny především pojmem povrchově aktivní látky. Jejich hlavním rozlišovacím znakem je schopnost tvořit termodynamicky stabilní ( lyofilní) heterogenní disperzní systémy - roztoky micelárních povrchově aktivních látek. Minimální počet atomů C v molekulách MPAS je 8 - 12, tj. tyto sloučeniny mají poměrně velký uhlovodíkový radikál.

1.5. Aplikace povrchově aktivních látek

Povrchově aktivní látky se používají jako flotační činidla, dispergační činidla, emulgátory, detergenty, složky hasicích prostředků, kosmetika atd. Povrchově aktivní látky hrají důležitou roli v biologických procesech.

Ve farmacii se tenzidy používají především ve formě lékařských mýdel a stabilizátorů lékových forem jako jsou emulze, suspenze, koloidní roztoky, solubilizované systémy.

Lékařská mýdla se používají jako detergenty, dezinfekce a dermatologické prostředky. Jsou to směsi běžných sodných a draselných mýdel s barvivy, vůněmi a různými dezinfekčními prostředky či léky (například mýdlo zelené, dehtové, ichtyolové, karbolové, sírové, chlorofenolové, sulsenové).

Jako stabilizátory lékových forem ve farmacii se používají vysokomolekulární přírodní tenzidy jako proteiny (včetně želatiny), gumy, nízkomolekulární přírodní látky - saponiny, palmitát, laurát sodný nebo draselný, ale i syntetické tenzidy - tweeny (sorbitaly) atd. . Jsou používány.

Detergenty široce používané v každodenním životě (ve skutečnosti mýdla, šampony, prostředky na mytí nádobí, prací prášky atd.) jsou vyrobeny na bázi povrchově aktivních látek, jako je stearát sodný (nebo draselný) stearát, oleát a palmitát, a také deriváty sulfanolu ( pár-dodecylbenzensulfonát sodný).

Twin-80 Sulfanol

1.6. Izoterma povrchového napětí. Rovnice

Shishkovsky

Závislost povrchového napětí roztoků tenzidů na jejich koncentraci je vyjádřena při každé dané konstantní teplotě izotermami. Celkový pohled na takovou izotermu je znázorněn na Obr. 1.1. Izoterma povrchového napětí opouští bod s 0 na ose y, což odpovídá povrchovému napětí čistého rozpouštědla. Se zvyšující se koncentrací povrchově aktivní látky povrchové napětí postupně klesá a směřuje k určité minimální konstantní hodnotě charakteristické pro každou danou povrchově aktivní látku.

Rýže. 1.1. Celkový pohled na izotermu povrchového napětí

Izotermy povrchového napětí lze popsat pomocí rovnice B. Shishkovského (1908):

https://pandia.ru/text/78/117/images/image012_28.gif" width="204" height="29 src=">,

Kde s - povrchové napětí roztoku povrchově aktivní látky; D s - snížení povrchového napětí roztoku povrchově aktivní látky s koncentrací S ve srovnání s s 0 - povrchové napětí rozpouštědla (např. vody) při dané teplotě; A A b - konstanty. Konstantní A charakteristika každé homologní série; součinitel b individuální pro každou jednotlivou povrchově aktivní látku.

1.7. Vlastnosti povrchově aktivní látky: povrchová aktivita, hydrofilní

lipofilní rovnováha

Schopnost povrchově aktivních látek snižovat povrchové napětí lze charakterizovat povrchová aktivita, která závisí především na délce uhlovodíkového radikálu v molekule povrchově aktivní látky. Povrchová aktivita je derivát povrchového napětí roztoku povrchově aktivní látky s ohledem na její koncentraci

Znaménko minus znamená, že s rostoucí koncentrací povrchově aktivní látky klesá povrchové napětí jejího roztoku.

U skutečně rozpustných povrchově aktivních látek je povrchová aktivita určena počátečním úsekem izotermy povrchového napětí (obr. 1.2) při koncentraci klesající k nule.

Rýže. 1.2. Stanovení povrchové aktivity povrchově aktivních látek izotermou

povrchové napětí

K jeho nalezení je nakreslena tečna k izotermě povrchového napětí v bodě odpovídajícím s 0 .Tečna se prodlužuje, dokud neprotne osu koncentrace. Povrchová aktivita se vypočítá jako tangens sklonu tečny k ose x:

.

U povrchově aktivních látek tvořících micely lze povrchovou aktivitu vypočítat pomocí vzorce

https://pandia.ru/text/78/117/images/image017_20.gif" width="108" height="49 src="> ,

Kde ( b + Y n ) je afinita (Gibbsova energie interakce) nepolární části molekuly povrchově aktivní látky k uhlovodíkové kapalině ( b je koeficient závislý na povaze povrchově aktivní látky, Y - afinita na skupinu - CH2-, n - počet skupin - CH2 - v uhlovodíkovém radikálu); A je afinita polární skupiny k vodě.

Čím vyšší je hydrofilita povrchově aktivní látky, tím vyšší je její HLB. Existuje škála čísel HLB (D. Davis, 1960; Griffin) v rozsahu od 1 do 40. Číslo HLB na této stupnici lze vypočítat součtem čísel skupin přiřazených každé skupině atomů obsažených v molekule povrchově aktivní látky:

HLB = å čísla hydrofilních skupin +

+ å čísla hydrofobních skupin + 7

Zde jsou některá čísla skupin podle Griffina:

hydrofilní skupiny
hydrofobní skupiny

Při praktickém stanovení HLB se používají tzv. referenční body, což jsou čísla HLB některých povrchově aktivních látek: kyselina olejová - 1, triethanolamin - 12, oleát sodný - 18.

Přestože je koncept HLB spíše formální, umožňuje zhruba určit oblasti použití povrchově aktivních látek. Například:

Koloidní povrchově aktivní látky se používají v pekařském, těstovinářském a cukrářském průmyslu. To zlepšuje kvalitu výrobků, zvyšuje trvanlivost díky zadržování vlhkosti a snižuje spotřebu surovin. Díky použití koloidních povrchově aktivních látek je při vaření zachován tvar těstovin.

V masozpracujícím průmyslu se povrchově aktivní látky používají ke zlepšení chuti výrobků, zvýšení odolnosti vůči nepříznivým faktorům při skladování a jako biologicky inertní povlaky na masných výrobcích.

V průmyslu potravinářských koncentrátů se koloidní povrchově aktivní látky používají ke zlepšení struktury produktu, aby se zabránilo shlukování a lepení.

Při výrobě zmrzliny se také používají koloidní povrchově aktivní látky, díky kterým se zpomaluje proces tání, zlepšuje se chuť a konzistence výrobku.

Sběr oleje s roztoky povrchově aktivních látek. Povrchově aktivní látky shromažďují povrchově aktivní filmy do jedné kapky, kterou lze snadno odstranit z povrchu.

Díky solubilizačnímu účinku povrchově aktivních látek se používají v lékařství a farmacii k přeměně ve vodě nerozpustných léčiv do rozpustného stavu.

Povrchově aktivní látky se používají jako inhibitory koroze, protože jsou schopny vytvořit na povrchu téměř monomolekulární film, který chrání kov před vlivy prostředí.

7.3. emulze

Emulze jsou disperzní systémy, ve kterých jsou disperzní fáze a disperzní médium vzájemně nerozpustné nebo špatně rozpustné kapaliny (mléko, máslo, majonéza).

Částice dispergované fáze emulze mají kulovitý tvar, protože kulové částice mají ve srovnání s částicemi jiného tvaru minimální povrch a v důsledku toho minimální povrchovou energii (G surf = σ·S).

Disperzní médium emulzí může být polární i nepolární. Jakákoli polární kapalina je obvykle označena písmenem "B" (voda) a nepolární - "M" (olej).

Získání, stabilita a destrukce emulzí je určena charakteristikami rozhraní kapalina-kapalina.

7.3.1. Klasifikace emulzí

Podle koncentrace dispergované fáze (C df) existují:

zředěný (C df  0,1 % obj.);

koncentrovaný (0,1 С df< 74% об.);

vysoce koncentrovaný (Cdf > 74 % obj.).

Podle polarity dispergované fáze a disperzního prostředí rozlišují:

emulze typu I (přímé) - O/V (mléko);

emulze typu II (reverzní) - V/O (máslo).

V přímé emulzi jsou kapičky nepolární kapaliny (oleje) distribuovány v polárním médiu (vodě); u reverzní emulze je tomu naopak.

7.3.2. Způsoby získávání emulzí

Emulze, stejně jako jakékoli jiné disperzní systémy, lze získat dvěma skupinami metod:

kondenzační metody. Například kondenzace par. Pára jedné kapaliny (dispergovaná fáze) je vstřikována pod povrch jiné (disperzní médium). Za takových podmínek se pára přesytí a kondenzuje ve formě kapiček o velikosti 1 µm. Výsledkem je emulze.

Disperzní metody, které jsou založeny na drcení dispergované fáze. Rozlišovat:

mechanická disperze (třepání, míchání, homogenizace). Průmysl vyrábí míchačky různých konstrukcí s vrtulovými a turbínovými míchadly, koloidní mlýny a homogenizátory. V homogenizátorech prochází dispergovaná fáze malými otvory pod vysokým tlakem. Tato zařízení jsou široce používána pro homogenizaci mléka, v důsledku čehož se průměrný průměr kapiček tuku v mléce sníží na 0,2 mikronu. Takové mléko není usazené.

emulgace ultrazvukem. Používá vysoce výkonný ultrazvuk. Nejúčinnější frekvenční rozsah je od 20 do 50 kHz.

emulgace elektrickými metodami. Výhodou je vysoká monodisperzita získaných emulzí.

(specialita "Lékárna")

Cíle studia oboru "Fyzikální a koloidní chemie"
Základní disciplína "Fyzikální a koloidní chemie" je pro studenty základem pro zvládnutí analytické, organické, farmaceutické chemie, toxikologické chemie, technologie lékových forem obsažená ve studijním plánu pro přípravu studentů v oboru 040500 "Farmacie".

FYZIKÁLNÍ CHEMIE

Předmět, úkoly a metody fyzikální chemie
Hlavní etapy ve vývoji fyzikální chemie. Role domácích a zahraničních vědců v rozvoji fyzikální chemie. Místo fyzikální chemie mezi ostatními vědami a její význam v rozvoji farmacie. M. V. Lomonosov, D. I. Mendělejev, N. S. Kurnakov, G. I. Gess, V. F. Alekseev, N. N. Beketov - ruští vědci, zakladatelé fyzikální chemie.
Základní pojmy a zákony chemické termodynamiky. Termochemie
Předmět a metody termodynamiky. Základní pojmy a definice . Systémy: izolované, uzavřené a otevřené. Stav systému. Státní funkce. Procesy: izobarické, izotermické, izochorické a adiabatické. Vnitřní energie systému. Práce. Teplo.
První zákon termodynamiky. matematický výraz 1. start. Entalpie. Izochorická a izobarická tepla procesu a vztah mezi nimi. Hessův zákon. Termochemické rovnice. Standardní skupenství a spalování látek. Výpočet standardního tepla chemické reakce podle standardních tepl tvorby a spalování látek. Teploty neutralizace, rozpouštění, hydratace. Entalpické diagramy. Závislost procesního tepla na teplotě, Kirchhoffova rovnice.
Druhý zákon termodynamiky. Reverzibilní a nevratné děje v termodynamickém smyslu. Maximální procesní práce. Užitečná práce. Entropická formulace druhého termodynamického zákona. Entropie je funkcí stavu systému. Změna entropie v izolovaných soustavách. Změna entropie při izotermických procesech a změně teploty. Statistická podstata druhého termodynamického zákona. Entropie a její souvislost s termodynamickou pravděpodobností stavu systému. Boltzmannův vzorec.
Třetí zákon termodynamiky. Absolutní entropie. standardní entropie.
Termodynamické potenciály. Helmholtzova energie. Gibbsova energie; spojení mezi nimi. Změna Helmholtzovy a Gibbsovy energie ve spontánních procesech. chemický potenciál.
Termodynamika chemické rovnováhy
Rovnice izotermy chemické reakce. Termodynamické zdůvodnění zákona o působení hmoty pro homogenní a heterogenní chemickou rovnováhu. Chemická rovnovážná konstanta a způsoby jejího vyjádření.
Izobarové a izochorové rovnice pro chemickou reakci. Důsledky vyplývající z těchto rovnic. Chemická rovnovážná konstanta a Le Chatelier-Brownův princip. Výpočet chemické rovnovážné konstanty pomocí tabulek termodynamických veličin.
Termodynamika fázových rovnováh
Základní pojmy. Homogenní a heterogenní systémy. Fáze. Konstituční látky. Komponenty. Fázové přeměny a rovnováha: vypařování, sublimace, tání, změna alotropní modifikace. Počet součástí a počet stupňů volnosti. Gibbsovo fázové pravidlo. Predikce fázových přechodů za měnících se podmínek.
Jednosložkové systémy. Stavové diagramy jednosložkových systémů (voda, oxid uhličitý, síra), Clausius-Clapeyronova rovnice. Spojení s principem Le Chatelier-Brown.
Dvousložkové (binární) systémy. Schémata tavitelnosti binárních systémů. Tepelná analýza. Koncept fyzikální a chemické analýzy (N. S. Kurnakov), aplikace pro studium lékových forem. Raoultův zákon - zdůvodnění metodou chemické potenciály na základě obecného zákona o rozdělení hmoty mezi dvě fáze. Ideální a reálná řešení. Typy diagramů "složení - tlak par", "složení - bod varu". Azeotropy. První a druhý zákon Konovalova-Gibbse. Frakční a kontinuální destilace (rektifikace). Rozpustnost kapalin v kapalinách. Horní a dolní kritické teploty rozpouštění (V. F. Alekseev). Vzájemně nerozpustné kapaliny. Teoretický základ parní destilace .
Třísložkové systémy. Nernstův zákon rozdělení látek mezi dvě nemísitelné kapaliny. Rozdělovací koeficient. Zásady získávání tinktur, odvarů. Extrakce.
Termodynamika zředěných roztoků
Vztah mezi koligativními vlastnostmi: relativní pokles tlaku par, pokles bodu tuhnutí rozpouštědla, zvýšení bodu varu rozpouštědla a osmotický tlak zředěných roztoků netěkavých neelektrolytů. Kryoskopické a ebulioskopické konstanty a jejich vztah k teplu varu a tání rozpouštědla.
Osmotické vlastnosti roztoků elektrolytů. Izotonický poměr.
Kryometrické, ebuliometrické a osmometrické metody stanovení molárních hmotností, izotonický koeficient .
Termodynamika roztoků elektrolytů
Teorie roztoků silných elektrolytů od Debye a Hückela. Pojem iontové atmosféry. Iontová aktivita a její vztah ke koncentraci. Aktivní koeficient a závislost jeho hodnoty na celkové koncentraci elektrolytů v roztoku. Iontová síla roztoku. Pravidlo iontové síly. Závislost aktivitního koeficientu na iontové síle roztoku.
Vyrovnávací systémy a řešení: acidobazická, koncentrace, redox. Mechanismus jejich působení. Acetátové, fosfátové, čpavkové, uhličitanové, hemoglobinové pufry. Kapacita vyrovnávací paměti a faktory, které ji ovlivňují. Význam pufrovacích systémů pro chemii a biologii.
Elektrochemie
vodiče druhého druhu. Specifická, ekvivalentní a molární elektrická vodivost; jejich změna s ředěním roztoku. Molární elektrická vodivost při nekonečném zředění. Kohlrauschův zákon. Elektrická vodivost nevodných roztoků. Rychlost a pohyblivost iontů. Mobilita a hydratace (solvatace) iontů.
Potenciály elektrod. Mechanismus vzniku. Nernstova rovnice. Elektrochemický potenciál. Standardní elektrodové potenciály. Klasifikace elektrod. Standardní vodíková elektroda. Měření elektrodových potenciálů. Koncentrační galvanické prvky. Chemické zdroje aktuální.
Redoxní potenciály. Mechanismus vzniku. Redoxní elektrody. Skutečný standardní redoxní potenciál .
Iontově selektivní elektrody. skleněná elektroda. Jiné typy iontově selektivních elektrod. Aplikace v biologii, medicíně, farmacii. Potenciometrická metoda měření pH. Potenciometrická titrace. Hodnota těchto metod ve farmaceutické praxi. Potenciometrické stanovení standardní Gibbsovy energie reakce a chemické rovnovážné konstanty.
Kinetika chemických reakcí a katalýzy
Předmět a metody chemická kinetika. Základní pojmy. Reakce jsou jednoduché (jednostupňové) a složité (vícestupňové), homogenní a heterogenní. Rychlost homogenních chemických reakcí a metody jejího měření. Závislost rychlosti reakce na různé faktory. Zákon hromadné akce pro rychlost reakce. Molekularita a pořadí reakcí.
Kinetické rovnice nevratné reakce nulového, prvního, druhého řádu. poločas rozpadu. Metody stanovení řádu reakce. Závislost rychlosti reakce na teplotě. Teplotní koeficient reakční rychlosti. Teorie aktivních binárních srážek. Aktivační energie. Vztah mezi reakční rychlostí a aktivační energií. Stanovení aktivační energie. Zrychlené metody pro určení data expirace léky. Základy teorie přechodového stavu (aktivovaný komplex).
Komplexní reakce: reverzibilní (bilaterální), konkurenční (paralelní), sekvenční, konjugovaný (N. A. Shilov). Transformace léčivé látky v těle jako soubor po sobě jdoucích procesů; absorpční konstanta a eliminační konstanta. Řetězové reakce (M. Bodenstein, N. N. Semenov). Jednotlivé fáze řetězové reakce. Nevětvené a rozvětvené řetězové reakce. fotochemické reakce. Einsteinův zákon fotochemické ekvivalence. Kvantový výtěžek reakce.
katalytické procesy. Pozitivní a negativní katalýza. Vývoj nauky o katalýze (A. A. Balandin, N. I. Kobozev). homogenní katalýza. Mechanismus účinku katalyzátoru. Aktivační energie katalytických reakcí. Acidobazická katalýza. katalýza kovových komplexů. enzymatická katalýza. Inhibice chemických reakcí. Mechanismus účinku inhibitorů.
Termodynamická analýza adsorpce. Gibbsova nadměrná adsorpce. Gibbsova adsorpční izotermická rovnice. Měření adsorpce na rozhraní pevná látka-plyn a pevná látka-kapalina. Faktory ovlivňující adsorpci plynů a rozpuštěných látek. Monomolekulární adsorpce, Langmuirova, Freindlichova rovnice adsorpční izotermy. Polymolekulární adsorpce. Kapilární kondenzace, absorpce, chemisorpce.
adsorpce elektrolytů. Nespecifická (ekvivalentní) adsorpce iontů. Selektivní adsorpce iontů. Panet-Faience pravidlo. Iontová výměnná adsorpce. Ionity a jejich klasifikace. směnná kapacita. Využití iontoměničů ve farmacii.
Chromatografie(M. S. Tsvet). Rozdělení chromatografických metod podle techniky provedení a podle mechanismu procesu. Využití chromatografie pro přípravu a analýzu léčivých látek. Gelová filtrace.

KOLOIDNÍ CHEMIE

Předmět, úkoly a metody koloidní chemie
Hlavní etapy vývoje koloidní chemie. T. Graham a I. G. Borshchov jsou zakladateli koloidní chemie. Role domácích a zahraničních vědců ve vývoji koloidní chemie (A. V. Dumansky, V. Ostwald, P. A. Rebinder). Hodnota koloidní chemie v rozvoji farmacie.
Disperzní systémy
Struktura disperzních soustav. Disperzní fáze, disperzní prostředí. Kvantitativní charakteristiky disperze.
Klasifikace rozptýlených systémů: podle stavu agregace dispergované fáze a disperzního prostředí, podle koncentrace, podle charakteru interakce dispergované fáze s disperzním prostředím. Koncept lyofilních a lyofobních disperzních systémů. Vlastnosti koloidního stavu (nanostátu) látky. Univerzálnost rozptýleného stavu hmoty. Určující úloha povrchových jevů v chemii koloidů.
Způsoby získávání a čištění koloidních roztoků. Dialýza, elektrodialýza, ultrafiltrace.
Molekulárně-kinetické a optické vlastnosti koloidních systémů
Brownův pohyb (Einsteinova rovnice), difúze (Fickovy rovnice), osmotický tlak. Jejich vztah.
Sedimentace. Sedimentační stabilita a sedimentační rovnováha. Centrifuga a její aplikace pro studium koloidních systémů.
Rozptyl a absorpce světla. Rayleighova rovnice. Ultramikroskopie a elektronová mikroskopie koloidních systémů. Stanovení tvaru, velikosti a hmotnosti koloidních částic.
Termodynamika povrchových jevů
Termodynamika povrchové vrstvy. Gibbsova povrchová energie a povrchové napětí. Metody stanovení povrchového napětí. Závislost povrchového napětí na teplotě. Vztah mezi Gibbsovou povrchovou energií a povrchovou entalpií. Úhel smáčení. Termodynamické podmínky smáčení a roztírání, hydrofilita a hydrofobicita povrchu pevné látky.
Adsorpce povrchově aktivní látky
Termodynamika adsorpce. Odvození Gibbsovy rovnice. Povrchově aktivní a povrchově neaktivní látky. Izoterma povrchového napětí. Shishkovského rovnice. povrchová aktivita. Duclos-Traubeho pravidlo. Langmuirova rovnice pro monomolekulární adsorpci.
Orientace molekul tenzidu v povrchové vrstvě. Stanovení plochy, kterou zabírá molekula povrchově aktivní látky v nasycené adsorpční vrstvě a maximální délky molekuly povrchově aktivní látky.
Adsorpce povrchově aktivních látek na povrchu nemísitelných kapalin. Adsorpce povrchově aktivních látek z roztoků na povrchu pevných látek.
Elektropovrchové jevy v disperzních systémech.
Elektrokinetické jevy
Příroda elektrické jevy v rozptýlených systémech. Mechanismus vzniku elektrického náboje na rozhraní mezi dvěma fázemi. Struktura elektrické dvouvrstvy. Micela, micelární struktura hydrofobního solu. Nábojový a elektrokinetický potenciál koloidní částice.
Vliv elektrolytů na elektrokinetický potenciál. Fenomén dobíjení koloidních částic.
elektrokinetické jevy. Elektroforéza. Vztah mezi elektroforetickou rychlostí koloidních částic a jejich elektrokinetickým potenciálem (Helmholtz-Smoluchowski rovnice). elektroforetická mobilita. Elektroforetické výzkumné metody ve farmacii.
Elektroosmóza . Elektroosmotická metoda měření elektrokinetického potenciálu. Praktické použití elektroosmóza ve farmacii.
Stabilita a koagulace koloidních systémů
Sedimentační a agregační stabilita koloidních systémů. Agregace a sedimentace částic dispergované fáze. Faktory stability. Koagulace a faktory, které ji způsobují. Pomalá a rychlá koagulace. Koagulační práh, jeho definice. Schulze-Hardyho pravidlo. střídání koagulačních zón. Koagulace solů směsí elektrolytů. Pravidlo aditivity, antagonismus a synergismus iontů. Koloidní ochrana. heterokoagulace. Peptizace.
Teorie koagulace.. Teorie Deryagin-Landau-Verwey-Overbeck. Použití povrchově aktivních látek ke kontrole vlastností disperzních systémů.
Gelování (želatinace). Reologie strukturovaných disperzních systémů.
Různé třídy koloidních systémů
Aerosoly a jejich vlastnosti. Příprava, molekulárně-kinetické vlastnosti. Elektrické vlastnosti. Agregační stabilita a faktory ji určující. Zničení aerosolem. Použití aerosolů ve farmacii.
Prášky a jejich vlastnosti. Spékání, granulace a rozprašovatelnost prášků. Aplikace ve farmacii.
Suspenze a jejich vlastnosti. Účtenka. Agregační stabilita a její určující faktory. flokulace. Sedimentační analýza suspenzí. Pěna. Pasty.
Emulze, pěny a jejich vlastnosti.Účtenka. Typy emulzí. Emulgátory, dispergátory a jejich mechanismus účinku. Fázové obrácení emulzí. Stabilita emulzí a pěn a její narušení. Faktory stability emulzí a pěn. srůstání. Vlastnosti koncentrovaných a vysoce koncentrovaných emulzí. Využití pěn a emulzí ve farmacii.
Koloidní systémy tvořené povrchově aktivními látkami: roztoky mýdel, detergentů, tříslovin, barviv. Micelární koloidní systémy. Micelace v roztocích povrchově aktivních látek. Kritická koncentrace micel, metody jejího stanovení. Lipozomy a vezikuly. Solubilizace a mikroemulze; jejich použití ve farmacii. Micelární a lipozomální koloidní systémy ve farmacii.
Makromolekulární sloučeniny (HMC) a jejich roztoky.
Molekulární koloidní systémy. Metody pro získání IUD. Klasifikace HMC, flexibilita polymerního řetězce. Vnitřní rotace vazeb v HMS makromolekulách. Krystalický a amorfní stav námořnictva.
Otok a rozpuštění IUD. bobtnavý mechanismus. Termodynamika bobtnání a rozpouštění IUD. Vliv různých faktorů na stupeň otoku. Lyotropní řada iontů.
Viskozita roztoků HMS. Odchylka vlastností HMS řešení od Newtonových a Poiseuilleových zákonů. Binghamova rovnice. Příčiny abnormální viskozity polymerních roztoků.
Metody měření viskozity roztoků HMS. Specifická, snížená a vnitřní viskozita. Staudingerova rovnice a její modifikace. Definice molární hmotnost polymer viskozimetrickou metodou.
Polymerní neelektrolyty a polyelektrolyty. Polyamfolyty. Izoelektrický bod polyamfolytů a metody jeho stanovení.
Osmotické vlastnosti roztoků IUD. Osmotický tlak roztoků polymerních neelektrolytů. Odchylka od van't Hoffova zákona. Hallerova rovnice. Stanovení molární hmotnosti polymerních neelektrolytů. Polyelektrolyty. Osmotický tlak roztoků polyelektrolytů. Rovnováha Donnanovy membrány.
Faktory stability roztoků IUD. Vysolování, vysolování prahů. Lyotropní řada iontů. Závislost prahů vysolování polyamfolytů na pH média. Koacervace - jednoduchá a složitá. Mikrokoacervace. biologický význam. Mikroenkapsulace. Gelování. Vliv různých faktorů na rychlost gelovatění. Tixotropie želé a gelů. Synereze.

Hlavní

• Gorshkov V.I., Kuzněcov I.A. Základy fyzikální chemie. - M., BINOM. Knowledge Lab, 2006.
• Eremin V.V., Kargov S.I., Uspenskaya I.A., Kuzmenko N.E., Lunin V.V. Základy fyzikální chemie Teorie a úlohy M., Zkouška, 2005.
• Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z. Obecná chemie. Biofyzikální chemie. M., Vyšší škola, 2000.
• Friedrichsberg D.A. Kurz koloidní chemie. - L., 1995.
• Evstratova K.I., Kupina N.A., Malakhova E.E. Fyzikální a koloidní chemie. - M., Vyšší škola, 1990.
• Workshop z fyzikální a koloidní chemie (E. V. Bugreeva a další). - M., Vyšší škola, 1990.

Další

• Shchukin E. D., Pertsov A. V., Amelina E. A. Koloidní chemie. - M. 2007.
• Frolov Yu. G. Kurz koloidní chemie. Povrchové jevy a disperzní systémy. - M., Chemie, 2004
• Zimon D. A., Leshchenko N. F. Koloidní chemie. - M. 1999.
• Workshop a problémová kniha o koloidní chemii, editoval Nazarov V.V., Grodsky A.S. - M. 2007.
• Shur A. M. Vysokomolekulární látky. - M., 1981.
• Zakharchenko VN Sbírka úloh a cvičení z fyzikální a koloidní chemie. - M., 1978.
• Zacharčenko V. N. Koloidní chemie. - M., 1989.
• Nikolsky B.P. (ed.) Fyzikální chemie. - L., 1987.
• Solovjov Yu. I. Eseje o historii fyzikální chemie. - M., 1984.

Program je sestaven
Doc. Kargov S.I.
Doc. Ivanova N.I.