Download - CF II curs 9 2012-2013
![Page 1: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/1.jpg)
Chimie fizică II Curs 9
Prof. dr. Silvia IMRE
1
Universitatea de Medicină şi Farmacie din Târgu-Mureş
Facultatea de Farmacie
![Page 2: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/2.jpg)
2
III.5.3. Proprietăţi optice ale sistemelor disperse
Difuzia luminii:
Intensitatea luminii difuzate
Efectul Faraday-Tyndall
Opalescenţa
Aplicaţii în studiul coloizilor:
Turbidimetria
Nefelometria
![Page 3: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/3.jpg)
Unghi de difuzie,
Sursă de
lumină,
Particulă
coloidală
Radiaţie
difuzată, Idif
Radiaţie
difuzată, Idif
Difuzia (împrăştierea) luminii schimbarea direcţiei de
propagare datorată fenomenelor de reflexie, difracţie,
interferenţă produse ca urmare a interacţiunii luminii cu o
particulă coloidală (dimensiunile particulelor sunt
comparabile cu lungimea de undă a radiaţiei incidente)
![Page 4: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/4.jpg)
Recapitulare:
• Reflexia luminii
• Interferenţa luminii
• Difracţia luminii
Interferenţa luminii (constructivă – maxime de
interferenţă, distructivă – minime de interferenţă)
Difracţia luminii – ocolirea obstacolelor
(dimensiunile obstacolului sunt comparabile cu
lungimea de undă a radiaţiei incidente)
Reflexia luminii
![Page 5: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/5.jpg)
Con de
lumină
![Page 6: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/6.jpg)
x
V, n1
n2
I0,
Factorii de care depinde Idif:
- Caracteristici ale radiaţiei – I0,
- Caracteristici ale soluţiei coloidale – N, V, n1, n2
- Modul de măsurare – , x
Idif
![Page 7: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/7.jpg)
unde: I0 – intensitatea radiaţiei incidente, - lungimea
de undă a radiaţiei incidente, N – numărul de particule
coloidale, V – volumul particulelor coloidale, n1, n2 -
indicii de refracţie ai coloidului şi, respectiv, solventului, x
– distanţa până la observator, - unghiul sub care se
măsoară lumina difuzată.
Relaţia Rayleigh:
![Page 8: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/8.jpg)
Opalescenţa – consecinţa difracţiei
luminii pe particulele coloidale, cu sau
fără schimbarea culorii coloidului.
Diferenţe fluorescenţă – opalescenţă:
Opalescenţa
• Difuzie de lumină
• Se poate observa la toate din domeniul UV-VIS
Fluorescenţa
• Emisie de lumină
• Se observă la anumite din domeniul UV-VIS
![Page 9: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/9.jpg)
Turbidimetria şi nefelometria
• Turbidimetrie – se măsoară Itransmisă pe direcţia de propagare a radiaţiei incidente
• Nefelometria – se măsoară Idif la unghi de 90 sau 45 faţă de direcţia de propagare a radiaţiei incidente
![Page 10: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/10.jpg)
• Aplicaţii:
– Turbidimetria – studiul sistemelor coloidale dense
– Nefelometria – sisteme coloidale diluate şi colorate (este influenţată foarte puţin de culoare)
– Analiza calitativă:
• Determinarea mărimii particulelor – comparaţie cu o soluţie coloidală etalon izodispersă căreia i se cunoaşte raza particulelor coloidale:
![Page 11: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/11.jpg)
– Analiza cantitativă:
• Titrări turbidimetrice;
• Determinări cantitative prin metoda curbei de calibrare, folosind un standard de suspensie izodispers.
– Exemple de aplicaţii:
• Determinarea Ba2+ sau SO42- ca BaSO4, X- ca AgX etc.
• Analiza granulometrică a precipitatelor
• Controlul clarităţii apelor potabile şi industriale
• Controlul aerosolilor, emulsiilor şi suspensiilor farmaceutice
![Page 12: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/12.jpg)
12
III.6. COLOIZI
Cuvântul “coloid” vine din grecescul kolla = clei 1861 – Thomas Graham recunoaşte prima dată starea
coloidală Sunt sisteme heterogene pentru care diametrul al
particulelor fazei dispersate 1 500 nm Importanţa crescândă în farmacie pentru sistemele
coloidale se datorează în primul rând noilor sisteme medicamentoase de tip nanoparticule şi transportor la ţintă
![Page 13: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/13.jpg)
13
III.6.1. Clasificarea sistemelor coloidale
Mediu de dispersie
Materia dispersată Sistemul coloidal
Gaz (G) Lichid
Solid
Aerosol (L-G)
Aerosol (S-G)
Lichid (L)
Gaz
Lichid
Solid
Spumă (G-L)
Emulsie coloidală (L-L)
Sol/suspensie coloidală (S-L)
(soluţie coloidală)
Solid (S)
Gaz
Lichid
Solid
Spume solide (G-S)
Spume solide (L-S)
Sol solid (S-S)
Clasificare în funcţie de natura celor două faze
![Page 14: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Clasificare în funcţie de gradul de interacţiune
între faza dispersată şi mediul de dispersie
Coloizi liofili Coloizi liofobi Coloizi de asociaţie
![Page 15: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/15.jpg)
15
• Coloizii liofili – Faza dispersată interacţionează puternic
cu mediul de dispersie. – Formează de obicei soli, relativ uşor. De
aceea coloizii liofili se obţin simplu, prin dizolvarea materialului în solventul de utilizat.
– Datorită atracţiei puternice cu moleculele de solvent, aceşti coloizi sunt solvataţi, moleculele de solvent sunt ataşate de particulele fazei dispersate.
– Vâscozitatea sistemului creşte cu creşterea cantităţii de substanţă dispersată (solul devine gel)
– Sunt, în general, sisteme stabile în prezenţa unor concentraţii moderate de electroliţi.
– Ex. de substanţe care pot forma sisteme coloidale liofile: gelatina, acacia, insulina, albumina etc.
Coloid de gelatină
![Page 16: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/16.jpg)
16
• Coloizii liofobi – Se caracterizează prin lipsa atracţiei
dintre faza dispersată şi mediul de dispersie.
– Metode speciale de preparare: • Metode de dispersie – reducerea
mărimii particulelor • Metode de condensare – particule
cu dimensiuni subcoloidale agregă în particule coloidale
– Sunt, în general, formaţi din particule anorganice dispersate în apă.
– Vâscozitatea sistemului nu se modifică semnificativ cu creşterea numărului de particule liofobe.
– Sunt instabili în prezenţa chiar şi a unor cantităţi mici de electroliţi (prin neutralizarea sarcinii particulelor coloidale)
– Exemple : Ag, Au, S, AgI în apă formează coloizi liofobi.
Coloid de Ag
![Page 17: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/17.jpg)
17
• Coloizi de asociaţie – Se formează în soluţiile unor substanţe cu
molecule amfifile (conţin un fragment liofil şi unul liofob), faza dispersată găsindu-se sub forma unor micele.
– În mediu apos, fragmentele liofobe sunt îndreptate la interior şi cele liofile la exterior, rezultând micele cu caracter liofil (figura alăturată).
– Formarea micelelor de asociaţie are loc atunci când concentraţia componentului amfifil depăşeşte o anumită concentraţie, numită concentraţie micelară critică (CMC). Proprietăţile coloizilor coincid cu proprietăţile unor soluţii omogene în soluţii cu concentraţii sub CMC, iar peste această concentraţie prezintă proprietăţi caracteristice sistemelor coloidale.
– Vâscozitatea sistemului creşte cu creşterea cantităţii de substanţă dispersată.
– În soluţii apoase, electroliţii scad CMC şi destabilizează sistemul doar în concentraţii foarte mari.
– Exemple : agenţii activi de suprafaţă etc.
Micelă
![Page 18: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/18.jpg)
18
• Sistemele coloidale = sisteme instabile termodinamic, efectul de suprafaţă fiind dominant: – Suprafaţa totală a particulelor coloidale dispersate
este mult mai mare decât suprafaţa aceiaşi cantităţi de substanţă vrac
– Particulele tind să îşi reducă suprafaţa aflată în contact cu mediul de dispersie (suprafaţă interfazică) prin asocierea în agregate sau particule coloidale mai mari
– Creşterea stabilităţii sistemelor coloidale: • Scăderea mărimii particulelor (r, r – raza particulei) • Creşterea vâscozităţii mediului de dispersie () • Scăderea diferenţei de densitate între cele două faze (1 2)
• Etc.
III.6.2. Elemente privind stabilitatea sistemelor coloidale
![Page 19: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/19.jpg)
19
• Forţe de interacţiune între sistemele coloidale – Forţe electrostatice de repulsie – Forţe van der Waals – Forţe sterice – depind de geometria şi conformaţia
moleculelor aflate în interfaţă (zona de contact dintre cele două faze)
– Forţe de solvatare – apar datorită schimbărilor cantităţii de solvent adsorbit din imediata vecinătate a particulelor
Factori care pot afecta stabilitatea sistemelor coloidale:
Electroliţii
Temperatura
pH-ul
etc.
![Page 20: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/20.jpg)
20
• Instabilitatea sistemelor coloidale se poate manifesta sub forma următoarelor fenomene: – Ecremare – aglomerarea
particulelor coloidale în partea superioară
– Floculare – alipirea câtorva particulelor în agregate mai mici, particulele păstrându-şi identitatea
– Coalescenţa – unirea mai multor particule coloidale cu formarea unei particule coloidale mai mari
– Sedimentare – aglomerarea particulelor individule în partea inferioară a sistemului
![Page 21: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/21.jpg)
III.6.3. Emulsii farmaceutice coloidale
Emulsii
simple, U/A
sau A/U
Emulsii multiple, U/A/U, A/U/A
Microemulsii – ocupă o poziţie
intermediară între emulsii şi micele,
globulele fazei interne au dimensiuni
foarte mici
Notaţii:
U – „ulei” fază hidrofobă,
nemiscibilă cu apa
A – „apă” fază apoasă
![Page 22: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/23.jpg)
• Stabilizarea emulsiilor:
– Adsorbţia surfactanţilor în interfaţa U-A:
• Scade , permiţând formarea emulsiilor
• Surfactanţii ionici cresc creşte repulsia electrostatică
• Tipuri de surfactanţi:
– Surfactanţi amfifilici – laurilsulfatul de sodiu, alcool cetilic etc., stabilizează, de regulă, emulsiile U/A.
– Surfactanţii neionici, precum derivaţii de polioxoetilenă, sunt mult folosiţi în industria farmaceutică datorită lipsei toxicităţii, stabilizând emulsia prin formarea unei sfere de hidratare în jurul particulelor hidrofobe în cazul emulsiilor U/A.
– Surfactanţi pentru stabilizarea emulsiilor A/U: surfactanţi amfifilici, lanolină etc.
![Page 24: CF II curs 9 2012-2013](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022042512/55cf9a4b550346d033a1202c/html5/thumbnails/24.jpg)
Alcool cetilic
(hexadecan-1-ol)
Laurilsulfat der sodiu
(dodecilsulfat de sodiu)
-(CH2-CH2-O)n-
Polioxoetilen derivaţi
(Polietilenglicoli derivaţi)