Вопрос 56. Предмет коллоидной химии и его значение в фармации. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии коллоидной химии. Значение коллоидной химии. Значение коллоидной химии в развитии фармации.
Современная коллоидная химия играет огромную роль во всей материальной культуре человечества, поскольку материальная основа современной цивилизации и самого существования человека связаны с коллоидными системами.
Учение о растворах является одним из основных в современной химии и при изучении химии растворам уделяется большое внимание
Между тем, молекулярные и ионные растворы встречаются в природе и технике реже, чем коллоидные растворы.
Все живые системы являются высокодисперсными, что делает изучение коллоидной химии необходимым для биолога. Волокна, мышечные и нервные клетки, кровь, клеточные мембраны, протоплазма, гены, вирусы – все это коллоидные образования.
Коллоидная химия важна для изучения почвы. Между коллоидно-химическим состоянием почвы и ее плодородием существует связь. Факторы коллоидной химии имеют решающее значение в процессах образования почв, их засоления, орошения, обработки, внесения удобрений.
В геологии и в геофизике процессы коллоидной химии также важны, поскольку с ними связаны все теории строения геологических структур и их генезиса.
Технологии многих промышленных производств непосредственно связаны с коллоидной химией, а науки об этих производствах практически представляют собой прикладную коллоидную химию.
Так эмульсии, суспензии, студни, пены, порошки широко используются как в пищевой, так и в текстильной промышленности.
Установление связи между этими свойствами и технологическими параметрами позволяет технологам правильно использовать исходные материалы, грамотно строить технологический процесс, разрабатывать научно обоснованные методы создания продукции с заданными свойствами.
Коллоидная химия имеет большое значение для понимания свойств пищевого сырья, для построения рациональной технологии его переработки, для объективной оценки качества получаемой продукции.
Используемое в пищевой промышленности сырье, преимущественно представляет собой коллоидные и высокомолекулярные системы.
Технологический процесс переработки такого сырья может быть понят и рационально построен в значительной степени на основе коллоидной химии.
Контроль качества продукции – важнейшее звено каждого производства. Коллоидная химия позволяет разработать эффективную систему технологического контроля.
Химические явления чрезвычайно разнообразны, однако все они подчиняются общим закономерностям, изучение которых составляет предмет физической и коллоидной химии.
Коллоидная химия – это наука, изучающая свойства гетерогенных высокодисперсных систем и протекающих в них процессов.
Первый в мире курс физической химии был создан М. В. Ломоносовым. Он первым обосновал закон сохранения массы вещества и пришел к определению принципа сохранения материи и движения, получившего признание как всеобщий закон природы.
А. Лавуазье и Ч. Лаплас исследовали теплоемкость и тепловые эффекты.
В результате исследований Г. Деви, М.Фарадея, И. Я.Берцелиуса найдены законы электролиза.
Русский ученый Г.И. Гесс открыл основной закон термохимии.(1840)
Для развития физической химии большое значение имели работы Д.И.Менделеева и прежде всего открытие им периодического закона, который устанавливал связь между химической природой веществ и их физическими свойствами.(1869)
После работ Н.Н. Бекетова шведскими учеными К. Гульдбергом и п. Вааге был сформулирован закон действия масс. Впоследствии я. Вант-Гоффом было разработано математическое выражение кинетических закономерностей, С. Аррениусом разработана теория электролитической диссоциации.
В развитии термодинамической теории равновесий выдающаяся роль принадлежит Дж. Гиббсу, который разработал общую теорию термодинамических функций, вывел правило фаз и заложил основы статистической термодинамики. (1873-1885)
А. Ле Шателье сформулировал правило, создал количественную теорию электролитической диссоциации.(1881-1885)
Э. Резерфорд создал ядерную модель атома, Н. Бор- количественную теорию атома водорода.(1911,1913)
Вопрос 57.Классификация дисперсных систем: по степени дисперсности, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой.
Дисперсность является основной характеристикой дисперсной среды и мерой раздробленности вещества. Математически дисперсность определяют как величину, обратную размеру частицы: D=1/а.
По дисперсности системы подразделяют на типы:
Грубодисперсные (грубые взвеси, суспензии, эмульсии, порошки) с радиусом частиц 10 в минус 4- 10 в минус 7 м
Коллоидно-дисперсные (золи) с размером частиц 10 в минус 7- 10 в минус 9 м
Молекулярные и ионные растворы с размером частиц менее 10 в минус 9 м ( не стареют, устойчивы, гомогенны)
Классификация по агрегатному состоянию:
Газ\газ (фаза\среда) -не существуют
Жидкость\газ – туман, облака, аэрозоли
Твердое тело\газ – дым, пыль, порошки
Газ\жидкость – пены, газовые эмульсии
Жидкость\жидкость – эмульсии (молоко)
Твердое тело\жидкость – суспензии, коллоидные растворы
Газ\твердое тело – твердые пены, хлеб, пемза, угли, силикагель
Жидкость\твердое тело – жемчуг, гели, капиллярные системы
Твердое тело\ твердое тело – цветные стекла, минералы, сплавы
Классификация по характеру взаимодействия фазы и среды:
Лиофильные (сильно выражено взаимодействие частиц дисперсной фазы с растворителем)
Лиофобные ( частицы фазы состоят из вещества, слабо взаимодействующего со средой).
Вопрос 58.Теория Веймарна. Конденсационный метод получения коллоидных систем. Способы химической реакции и физической конденсации. Строение коллоидной частицы.
В основе конденсационного метода лежит теория Веймарна, которая позволяет получать агрегативно устойчивые коллоидные растворы при выполнении следующих условий:
Для получения частиц коллоидной степени дисперсности скорость их образования должна быть больше скорости роста . это условие выполняется в пересыщенном растворе труднорастворимого вещества.
Труднорастворимое вещество должно быть получено в низкой концентрации, что предотвращает моментальную коагуляцию частиц дисперсной фазы.
Наличие в растворе электролита, содержащего родственные ионы, способные адсорбироваться на частицах дисперсной фазы, сообщая им одноименный заряд, а дисперсной системе – агрегативную устойчивость.
Способы получения коллоидных растворов конденсационным методом:
Химическая реакция:
Реакция гидролиза
Реакция обмена
Реакция окисления
Реакция восстановления
Физическая конденсация:
Замена растворителя
Конденсация паров
Резкое охлаждение
Вопрос 59.Дисперсионный метод получения коллоидных систем. Использование метода в фармации.
Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.
Диспергирование может быть самопроизвольное и несамопроизвольное. Самопроизвольное диспергирование характерно для лиофильных систем и связано с ростом беспорядка системы (когда из одного большого куска образуется много мелких частиц). При диспергировании при постоянной температуре рост энтропии должен превышать изменение энтальпии.
В отношении лиофобных систем самопроизвольное диспергирование исключено, поэтому диспергирование возможно лишь путем затраты определенной работы или эквивалентного количества теплоты, которое измеряется, в частности, энтальпией.
Изменение энтальпии в изобарно-изотермическом процессе определяется соотношением между работой когезии Wки работой адгезии Wа. Энергия (работа) когезии Wкхарактеризует связь внутри тела, а энергия (работа) адгезии Wа— связь его с окружающей средой.
Энергию образования новой поверхности можно выразить через энтальпию, которая имеет вид
Уравнение показывает изменение энтальпии в результате диспергирования. Для лиофильных систем, способных к самопроизвольному диспергированию, когда ΔS > 0, из условия следует, что ΔH < 0 и
Выполнение данного условия означает самопроизвольный распад большого куска на множество мелких. Подобный процесс наблюдается для таких лиофильных систем, как растворы ВМС, частицы глины и некоторые другие.
В отличие от лиофильных в лиофобных системах когезия Wкбольше энергии межфазового взаимодействия, т.е. адгезии Wа. Рост энтальпии (ΔН > 0) соответствуют увеличению энергии Гиббса
ΔН > TΔS; ΔG > 0.
Процесс диспергирования в этом случае является типично несамопроизвольным и осуществляется за счет внешней энергии.