ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

ния адсорбции измельчение целесообразно проводить в среде растворителя, иногда добавляют поверхностно–активные вещества.

Вступая в контакт при смачивании, молекулы или ионы твердой фазы и растворителя начинают взаимодействовать, образуя соответствующие сольваты или их ассоциаты. Близкие по свойствам и структуре растворимые системы, например, соединения гомологического ряда или изомеры между собой почти не взаимодействуют, свойства растворенных веществ и растворителя сохраняются, изменяется только концентрация вещества в растворе и может измениться агрегатное состояние. Однако чаще между растворителем и поверхностными молекулами твердых тел образуются водородные связи, происходит междипольное взаимодействие. Это приводит к образованию сольватов, ассоциированных комплексов с разной степенью устойчивости, и к диссоциации комплексов и молекул на ионы. В таких растворах растворенное вещество и растворитель находятся в измененном состоянии по сравнению с исходным.

7.1.2. Теория гидратации

Согласно молекуляpно-кинетической теории гидратации при растворении веществ дающих частицы с достаточно высокой плотностью заряда (ионы Li, Ca, Mg, F и дp.), молекулы растворителя, находящиеся вокруг этих частиц, притягиваются, их подвижность уменьшается, реже происходит обмен с другими молекулами. Это явление получило название положительной гидратации. Некоторые ионы, такие как K, Na, Rb, Cs, Br, I, Cl как бы отталкивают молекулы растворителя, что вызывает увеличение обмена между ближайшими молекулами по сравнению с чистым растворителем, возрастает неупорядоченность молекул растворителя. В этом случае происходит отрицательная гидратация. Установлено, что отрицательная гидратация происходит только в определенном интервале температур. При достижении предельных температур отрицательная гидратация переходит в положительную. Так для ионов Na, Cs, Cl, I эти температуры соответственно равны +11°С, 89°С, 27°С, 75°С. Это объясняется тем, что с повышением температуры, указанной выше, преобладает тепловое движение молекул растворителя. Многообразие взаимодействий так велико, что до настоящего времени нет единой теории растворов.

Современные представления о процессе растворения, однако, позволяют уже сейчас на научной основе трактовать биофармацевтические закономерно-

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

сти в изменении биологической доступности и терапевтической активности лекарственных веществ в растворах в зависимости от диэлектрической проницаемости, наличия постоянных и индуцированных дипольных моментов, поляpизуемости ионов и молекул растворенного вещества. В технологии растворов становится понятной роль выбора среды, добавок электролитов, высокомолекулярных соединений, повеpхностно-активных веществ и т.д.

При растворении разрушаются связи между молекулами или ионами в растворенном веществе и растворителе, что связано с затратой энергии. Одновременно с этим начинается процесс комплексообpазования, т.е. возникают новые связи между молекулами и ионами, образуются сольваты. Процесс сопровождается выделением энергии. Общее энергетическое изменение в системе может быть положительным или отрицательным. Так, при растворении спирта и воды, многих щелочей, кислот и других веществ в воде выделяется теплота, поэтому дополнительное нагревание приводит к уменьшению растворимости. Когда растворение сопровождается поглощением теплоты, нагревание увеличивает растворимость.

Иногда растворение сопровождается изменением суммарного объема (явление контракции) при отмеривании метанола, этанола, глицерина и других спиртов с водой.

Очевидно, что данным процессом можно управлять, варьируя различными технологическими факторами. Так, для увеличения скорости растворения (уpавн. 7.1) можно изменить температурный режим, увеличить разность концентраций, уменьшить вязкость и толщину пограничного диффузионного слоя путем изменения гидродинамических условий, измельчать исходное вещество, увеличивая поверхность контакта с растворителем. Для реализации этих возможностей технологический процесс ведут в реакторах, имеющих рубашку для обогрева паром или для охлаждения системы рассолом, и перемешивающее устройство. Перемешивание позволяет перемещать слои жидкости в реакторе, при этом увеличивается разность концентраций и заменяется молекулярная диффузия в жидкой среде на конвективный и турбулентный массоперенос. Интенсивное перемешивание уменьшает толщину диффузионного пограничного слоя.

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

7.1.3.Способы обтекания частиц жидкостью

Вусловиях гетерогенного массообмена при перемешивании жидкость обтекает частицы твердой фазы разными способами:

Прямое обтекание. Происходит, когда жидкость перемещается между неподвижными частицами твердой фазы. Скорость обтекания в этом способе зависит от скорости движения жидкости.

Гравитационное обтекание. Возникает при падении частиц твердой фазы в движущейся жидкости.

Естественная циркуляция. Осуществляется за счет разности плотностей жидкости и твердой фазы.

Инерционное обтекание. Возникает под действием сил инерции, в тех случаях, когда поток или струя жидкости меняет свое направление, а твердые частицы, движущиеся в этой жидкости с определенной скоростью под действием инерции, не могут изменить направление движения. Скорость обтекания частиц в этом способе будет самой большой, а толщина диффузионного пограничного слоя у частиц твердой фазы – минимальной.

Вреальных условиях массообмен происходит с участием нескольких способов обтекания. Наиболее благоприятные условия создаются при гравитационном и инерционном способах обтекания. Гидродинамический режим процесса связан не только со способом обтекания, но и со скоростью потока жидкости. При ламинарном движении жидкости скорость конвективной диффузии увеличивается только в направлении движения потока и зависит от молекулярной вязкости. При турбулентном (вихревом) потоке массоперенос может осуществляться даже в поперечном направлении потока и скорость массопереноса не зависит от молекулярной вязкости. Кроме того, перемешивание позволяет перемещать слои жидкости в реакторе, при этом увеличивается разность концентраций и заменяется молекулярная диффузия в жидкой среде на конвективный и турбулентный массоперенос. Интенсивный массоперенос способствует быстрому завершению растворения.

Растворы, применяемые в фармации, отличаются большим разнообразием

иподразделяются в зависимости от агрегатного состояния растворимых в них лекарственных веществ:

– Растворы твердых веществ.

– Растворы жидких веществ.

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

– Растворы с газообразными лекарственными средствами.

7.1.4. Растворы твердых веществ

Большинство твердых веществ являются кристаллическими веществами. Процесс растворения кристаллического вещества состоит из двух одновременно протекающих процессов: сольватации (в данном случае гидратация) частиц и разрушения кристаллической решетки.

На рис. 7.1 показан процесс растворения натрия хлорида (кристаллическое ионное соединение) в воде (полярная жидкость). Ионы натрия хлорида взаимодействуют с дипольными молекулами воды: к положительному иону Na+ диполи обращены своими отрицательными полюсами, а к отрицательным ионам Cl– - положительными. Постепенно диполи воды проникают между ионами Na+ и Cl– в твердой фазе, отрывая их от кристалла.

Рис. 7.1. Схема процесса разрушения кристаллической решетки натрия хлорида в воде

Для эффективности растворения важно, чтобы силы сцепления между молекулами растворителя и частицами растворяемого вещества были больше сил взаимного притяжения этих частиц между собой. Вода по сравнению с другими растворителями обладает огромной полярностью (самое высокое значение диэлектрической постоянной). Именно этим свойством обуславливаются высокая ионизирующая способность воды и ее разрушительное действие на кристаллические решетки многих полярных соединений.

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

При растворении веществ наблюдается поглощение или выделение теплоты. Поглощение теплоты указывает на затрату энергии. Объясняется это тем, что на перевод вещества из твердого состояния в жидкое, т.е. на растворение кристаллической решетки, обязательно расходуется энергия. Например, ионы натрия и хлора до растворения натрия хлорида в воде фиксированы в узлах кристаллической решетки, обладая при этом только вращательными и колебательными движениями. После же растворения ионы получают возможность относительно свободно двигаться внутри раствора, для чего необходимо увеличение их кинетической энергии. Увеличение ее происходит за счет отнятия энергии у растворителя в форме теплоты, в результате чего происходит охлаждение раствора. Чем прочнее кристаллическая решетка, тем значительнее охлаждение раствора.

Выделение теплоты при растворении вещества всегда указывает на активно протекающую сольватацию, т.е. образование соединений между растворимым веществом и растворителем.

Конечный тепловой эффект растворения (Q) нужно рассматривать как сумму двух слагаемых – положительного теплового эффекта сольватации (q) и отрицательного теплового эффекта разрушения кристаллической решетки (-с):

Q = q + (-c) (7.3)

Знак теплового эффекта растворения будет зависеть от того, какое слагаемое преобладает. Если кристаллическая решетка прочна, то слагаемое (-с) численно больше q; в этом случае растворение вещества будет проходить с поглощением теплоты. Наоборот, у вещества с непрочной кристаллической решеткой и сильно сольватируемых (гидратируемых) превалирует слагаемое q; при этом растворение будет проходить с выделением теплоты. Часто положительный и отрицательный тепловые эффекты растворения оказываются одинаковыми или очень близкими друг к другу; в таких случаях при растворении мы не замечаем охлаждения или разогрева раствора.

Тепловой эффект растворения относят к 1 молю вещества, растворяемому в достаточно большом количестве растворителя. С поглощением теплоты рас-

творяются КNО3 [Q = –35,66 кДж/(г·моль)], КI (–21,39), NaCl (–5,02), NaBr (– 0,79) и многие другие кристаллические вещества. С выделением теплоты растворяются AgNO3 [Q = +33,6 кДж/(г·моль)], NaOH (+41,86) и некоторые другие вещества. При растворении кристаллогидратов в воде наблюдается более