3.3. Типи розчинення

Залежно від співвідношення дифузійних і кінетич­них (міжфазних) механізмів можливі три основні типи розчинення:

1. Дифузійний у »D/ 5,тобто K_v -^ D/ 5.

2. Кінетичний у «D/ 5,тобто K_v -^ у.

3. Дифузійно-кінетичний, якщо значення коефіцієнта швид­кості міжфазного і дифузійного процесів порівнювані.

На виробництві розчинення бажано проводити в кінетичній області, прискорюючи дифузійні процеси перемішуванням рідкої

50

51

фази. Однак для повільно- і важкорозчинних речовин міжфазний процес відбувається навіть при інтенсивному перемішуванні.

Змочування твердого тіла залежить від полярності поверхні та розчинника. Гідрофільні і гідрофобні властивості поверхні можуть змінюватися внаслідок адсорбції повітря, вологи або домішок. На змочування і проникнення розчинника у пори впливають також пористість і шорсткість поверхні, наявність дефектів кристалічних ґраток й мікротріщин. Для кращого змочування і для запобіган­ня адсорбції здрібнення доцільно проводити в середовищі розчин­ника, іноді з додаванням поверхнево-активних речовин.

Вступаючи в контакт при змочуванні, молекули чи іони твердої фази і розчинника починають взаємодіяти, утворюючи відповідні сольвати або їх асоціати. У близьких за властивостями і структурою розчинних системах (наприклад сполуки гомологічного ряду або ізомери між собою майже не взаємодіють) властивості розчинених речовин і розчинника зберігаються, змінюється лише концентрація речовини в розчині і може змінитися агрегатний стан. Однак час­тіше між розчинником і поверхневими молекулами твердих тіл утворюються водневі зв'язки, відбувається міждипольна взаємодія. Це приводить до утворення сольватів, асоційованих комплексів із різним ступенем стійкості та до дисоціації комплексів і молекул на іони. У таких розчинах розчинна речовина і розчинник знаходяться в зміненому стані порівняно з початковим.

3.4. Теорія гідратації

За молекулярно-кінетичною теорією гідратації при розчиненні речовин, що дають частинки з досить високою густи­ною заряду (іони Li,Ca,Mg,Fта ін.), молекули розчинника, які знаходяться навколо цих частинок, притягуються, їх рухливість зменшується, уповільнюється обмін з іншими молекулами. Це явище одержало назву позитивної гідратації. Деякі іони, такі як K, Na, Rb, Cs, Br, I, C1, неначе відштовхують молекули розчинни­ка, що спричиняє збільшення обміну між найближчими молеку­лами у порівнянні з чистим розчинником, зростає невпорядкова­ність молекул розчинника. У цьому разі відбувається негативна гідратація. Встановлено, що вона можлива тільки у певному ін­тервалі температур. При досягненні граничних температур нега­тивна гідратація переходить у позитивну. Наприклад, для іонів Na, Cs, C1,1 ці температури відповідно дорівнюють 11, 89, 27, 75 °С. Це пояснюється тим, що з підвищенням температури зростає теп­ловий рух молекул розчинника. Різноманітність взаємодій настіль­ки велика, що досі немає єдиної теорії розчинів.

Однак сучасні уявлення про процес розчинення дозволяють на наукових засадах трактувати біофармацевтичні закономірності

в зміні біологічної доступності і терапевтичної активності лікар­ських речовин у розчинах залежно від діелектричної проникнос­ті, наявності постійних та індукованих дипольних моментів, по-ляризованості іонів та молекул розчиненої речовини. У технології розчинів стає зрозумілою роль вибору середовища або додавання електролітів, високомолекулярних сполук, поверхово-активних речовин тощо.

При розчиненні руйнуються зв'язки між молекулами або іона­ми в розчинній речовині та розчиннику, що пов'язано із витра­чанням енергії. Водночас починається процес комплексоутворен-ня, тобто виникають нові зв'язки між молекулами та іонами, утворюються сольвати. Процес супроводжується виділенням енергії. Загальна енергетична зміна в системі може бути позитив­ною або негативною.

Так, при розчиненні спирту й води, багатьох лугів, кислот та інших речовин у воді виділяється теплота, тому додаткове нагрівання призводить до зменшення розчинності. Якщо розчи­нення супроводжується поглинанням теплоти, нагрівання збіль­шує розчинність.

Іноді розчинність супроводжується зміною сумарного об'єму (явище контракції) при відмірюванні метанолу, етанолу, гліцери­ну та інших спиртів з водою.

Очевидно, що цим процесом можна керувати, варіюючи різні технологічні фактори. Так, для збільшення швидкості розчинення (рівн. 3.1) можна змінити температурний режим, збільшити різницю концентрацій, зменшити в'язкість і товщину пограничного дифу­зійного шару шляхом зміни гідродинамічних умов, здрібнити ви­хідну речовину, збільшуючи таким чином поверхню контакту з розчинником. Для реалізації цих можливостей технологічний процесздійснюють у реакторах, які мають оболонку для обігріван­ня парою або для охолодження системи розсолом і перемішувальне обладнання. Інтенсивне перемішування зменшує товщину погра­ничногодифузійного шару.