Для чего нужен стабилизатор в коллоидной системе
Стабилизатор — это вещество, добавление которого в дисперсную систему повышает ее агрегативную устойчивость, т. е. препятствует слипанию частиц.
В качестве стабилизаторов суспензий применяют:
Механизм их стабилизирующего действия различен, в зависимости от природы стабилизатора реализуется один, а чаще несколько факторов устойчивости, аналогично тому, как это происходит в лиофобных золях. Отметим возможные факторы устойчивости:
Если стабилизатор является ионогенным веществом (распадается в растворе на ионы), то обязательно действует электростатический фактор устойчивости: на поверхности частиц образуется двойной электрический слой, возникает электрокинетический потенциал и соответствующие электростатические силы отталкивания, препятствующие слипанию частиц. Электростатическое отталкивание частиц описано теорией. Если это ионогенное вещество — низкомолекулярный неорганический электролит, то его стабилизирующее действие ограничивается только этим фактором. Если же ионогенное вещество — коллоидное ПАВ или полиэлектролит, то реализуются и другие факторы устойчивости, рассмотрим их подробнее.
СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ КОЛЛОИДНЫХ ПАВ
Стабилизирующее действие коллоидных ПАВ определяется их способностью адсорбироваться на межфазной поверхности, образуя адсорбционные пленки. Вследствие высокой поверхностной активности концентрация ПАВ в поверхностном слое в десятки тысяч раз превышает объемную концентрацию, поэтому в адсорбционных пленках, так же как и в мицеллах ПАВ, происходит ассоциация неполярных групп. Строение адсорбционного слоя зависит от:
• природы межфазной поверхности (границы: «твердая частица-жидкая среда»);
• степени заполнения поверхности;
• наличия в дисперсионной среде различных добавок. Изменение строения адсорбционного слоя отражается на его защитных свойствах.
Коллоидное ПАВ, имея дифильное строение, способно адсорбироваться как на полярных, так и на неполярных поверхностях, лиофилизируя их.
В соответствии с правилом уравнивания полярностей Ребиндера стабилизирующее действие ПАВ проявляется тем заметнее, чем больше первоначальная разница в полярностях твердой частицы и жидкой дисперсионной среды. Таким образом, при использовании в качестве стабилизатора коллоидного ПАВ реализуется адсорбционно-сольватный фактор устойчивости. Например, чтобы получить суспензию сажи в воде, используют олеат натрия, который неполярным углеводородным радикалом адсорбируется на частицах сажи, а полярная группа, направленная в сторону воды, ею гидратируется и тем самым поверхность частицы становится смачиваемой водой (гидрофилизируется), суспензия стабилизируется. Аналогичный процесс мы проводим, когда моем руки, загрязненные сажей, или моем посуду после жирной пищи.
Олеат натрия можно использовать и для стабилизации суспензии силикагеля (SiO2) в бензоле (неполярная жидкость):
В этом случае олеат натрия будет адсорбироваться на поверхности твердой частицы своей полярной группой, направляя углеводородный радикал в сторону бензола. Тем самым поверхность силикагеля становится гидрофобной, бензол ее смачивает, и суспензия стабилизируется.1
Но лучший стабилизирующий эффект достигается при более специфическом выборе ПАВ. Подбор ПАВ для стабилизации суспензий различного типа сходен с подбором ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий. Если необходимо стабилизировать суспензию полярных частиц в неполярной жидкости, то используется коллоидное ПАВ с низкими значениями чисел ГЛБ, обычно 3-6, т. е. малорастворимые в воде, известны случаи стабилизации ПАВ с 30 атомами углерода в цепи.
В пищевой промышленности для этих целей используются липоиды (лецитин), ланолин и т. д.
Если необходимо стабилизировать суспензию неполярных частиц в полярной жидкости, то применяются коллоидные ПАВ с высокими значениями чисел ГЛБ, обычно 8-13, т. е. достаточно хорошо растворимые в воде, такие соединения содержат 10-18 атомов углерода в цепи.
Максимум стабилизирующих свойств наблюдается у ПАВ с 14-16 атомами углерода (так называемый максимум Донана). В пищевой промышленности для этих целей часто используют пропиловый спирт, соли высших карбоновых кислот и т. д.
СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ВМС И ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ
Если в качестве ВМС используются полиэлектролиты, то к этим двум факторам добавляется и третий — электростатический фактор устойчивости. Полиэлектролиты-стабилизаторы применяются для водных суспензий, т. е. для стабилизации гидрофобных частиц в полярных жидкостях. Наиболее распространенные водорастворимые полиэлектролиты — это белковые вещества, альгинаты, карбоксиметилцеллюлоза, алкилполиамин и т. д.
При использовании ВМС в качестве стабилизаторов суспензий надо помнить о таком явлении как сенсибилизация. Сенсибилизация — явление уменьшения агрегативной устойчивости системы при добавлении к ней высокомолекулярных соединений.
Ранее это явление рассматривалось в отношении лиофобных золей, но оно характерно и для суспензий. Сенсибилизация, как правило, обнаруживается при малом содержании макромолекул в дисперсионной среде и объясняется образованием между отдельными частицами мостиков стабилизатора. В суспензиях каолина и полистирола возникновение мостиков доказано электронномикроскопическими исследованиями: концентрациям метилцеллюлозы до 1-2% от веса твердой фазы обычно отвечает неустойчивое, а выше 4% — устойчивое состояние суспензии.
Таким образом, решающее влияние на защитное действие макромолекул оказывает соотношение между количеством полимера и удельной поверхностью частиц.
В заключение можно сказать, что агрегативная устойчивость суспензий в сильной степени зависит от специфического взаимодействия макромолекул с поверхностью частиц дисперсной фазы. Следовательно, выбор ВМС для стабилизации суспензии носит, во многом, эмпирический характер.
Х и м и я
Коллоидная химия
Стабилизация коллоидных растворов.
Неустойчивость дисперсных систем
Дисперсные системы принципиально термодинамически не устойчивы.
На границе раздела фаз дисперсных систем происходят процессы, направленные на уменьшение свободной поверхностной энергии, приводящие к уменьшению дисперсности, т.е. к укрупнению частиц.
Поэтому происходит слияние мелких капель в туманах, дождевых облаках и эмульсиях, агрегация высокодисперсных частиц в более крупные образования.
Всё это приводит к разрушению дисперсных систем: туманы и облака проливаются дождями, эмульсии расслаиваются, коллоидные растворы коагулируют, т.е. разделяются на осадок дисперсной фазы (коагулят) и дисперсионную среду или, в случае вытянутых частиц превращаются в гель.
Способность раздробленных систем сохранять присущую им степень дисперсности называется агрегативной устойчивостью.
Способы стабилизации дисперсных систем
Предотвращение агрегации (объединения) первичных дисперсных частиц возможно в результате трёх факторов, влияющих на устойчивость дисперсных систем:
2. Электрического и
Кинетический фактор устойчивости
Необходимым условием слипания двух частиц дисперсной фазы является их сближение, достаточное для проявления сил притяжения.
Если частота столкновения коллоидных частиц мала, то дисперсная система может быть устойчивой. Это может иметь место при очень малой концентрации дисперсных частиц (например, в некоторых аэрозолях) или при очень большой вязкости дисперсионной среды, например в системах, где и дисперсная фаза, и дисперсионная среда – твёрдые вещества.
Мы подробнее рассмотри второй и третий факторы (электрический и структурно-механический), влияющие на устойчивость, именно потому что на основе их разработаны методы стабилизации дисперсных систем.
Большинство устойчивых дисперсных систем кроме дисперсной фазы и дисперсионной среды, содержат ещё третий компонент, являющийся стабилизатором дисперсности.
Стабилизатором могут быть как ионы, так и молекулы, в связи с чем различают два механизма стабилизации дисперсных систем: электрический и молекулярно-адсорбционный (структурно-механический).
Электрическая стабилизация дисперсных систем
Электрическая стабилизация дисперсных систем связана с возникновением двойного электрического слоя на границе раздела фаз. (Подробнее об этом см. раздел: Коллоидные частицы. Строение коллоидной мицеллы. ).
Такая стабилизация имеет основное значение для получения устойчивых лизолей и суспензий в полярной среде, например, в воде.
В любом гидрозоле все коллоидные частицы имеют одинаковый знак заряда. Однако коллоидная мицелла в целом электронейтральна в результате образования двойного электрического слоя.
Поэтому электростатическое отталкивание между коллоидными частицами (электрический фактор устойчивости) возникает только при достаточном их сближении, когда происходит перекрывание их ионных атмосфер.
Потенциальная энергия электростатического отталкивания тем больше, чем больше перекрывание диффузных частей двойного электрического слоя двойного электрического слоя коллоидных частиц, т.е. чем меньше расстояние между ними и чем больше величина двойного электрического слоя.
Кроме электростатического отталкивания, между коллоидными частицами, как и между молекулами любого вещества, действуют межмолекулярные силы притяжения, среди которых наибольшую роль играют дисперсионные силы.
Потенциальная энергия взаимодействия (U) между коллоидными частицами представляет собой алгебраическую сумму потенциальной энергии электростатического отталкивания (Uэ) и потенциальной энергии дисперсионного притяжения (Uд) между ними:
Если силы отталкивания преобладают над силами притяжения, то дисперсионная система устойчива.
И наобортот, если силы притяжения оказываются выше, то происходит слипание сталкивающихся при броуновском движении коллоидных частиц в более крупные агрегаты и их дальнейшая седиментация (оседание). Коллоидный раствор коагулирует, т.е. разделяется на коагулят (осадок) и дисперсионную среду.
Таким образом, при стабилизации дисперсных систем добиваются того, чтобы силы отталкивания между коллоидными частицами преобладали над силами межмолекулярного притяжения.
В случае электрической стабилизации это осуществляется поддержанием относительно высокого электрического потенциала гранулы коллоидной частицы (так называемого ζ-потенциала).
Коллоидные частицы, которые не имеют электрического заряда или имеют малый заряд легко и быстро коагулируют.
Электрическая стабилизация частиц может быть достигнута добавлением в золь электролита. При этом очень важное значение будет иметь количество добавленного электролита, поскольку электролит, с одной стороны, может стабилизировать золь, а с другой – их избыточное добавление ведёт к коагуляции золей.
Молекулярно-адсорбционная стабилизация дисперсных систем. Структурно-механический фактор
Молекулярно-адсорбционная стабилизация дисперсных систем играет большую роль в устойчивости дисперсий как в водной, так и в неводных средах.
Дисперсные системы в неводных средах в принципе менее устойчивы, чем в водной среде. В неполярной и не содержащей воды дисперсионной среде частицы дисперсной фазы лишены электрического заряда. Электрический фактор стабилизации отсутствует.
Между дисперсными частицами существуют только силы взаимного притяжения. Ослабление этих сил, приводящее к стабилизации дисперсных систем, может происходить в результате образования вокруг коллоидных частиц адсорбционных слоёв из молекул дисперсионной среды и растворённых в ней веществ.
Такие слои ослабляют взаимное притяжение частиц дисперсной фазы и создают структурно-механический барер, препятствующий их сближению.
Стабилизация дисперсных систем за счёт сольватации дисперсной фазы молекулами дисперсионной среды возможна как в полярных, так и в неполярных средах.
Так, гидратация частиц глины и кремневой кислоты имеет существенное значение для устойчивости суспензий глин и золя кремневой кислоты в водной среде.
Однако, стабилизация дисперсных систем значительно более эффективна при добавлении к ним поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений, адсорбирующихся на границе раздела фаз.
Адсорбционные слои ПАВ и высокомолекулярных соединений, обладая упругостью и механической прочностью, надёжно предотвращают слипание дисперсных частиц.
Образование таких молекулярно-адсорбционных твёрдообразных поверхностных слоёв советский физик П.А. Ребиндер назвал структурно-механическим фактором стабилизации дисперсных систем.
Этот механизм играет основную роль при получении предельно устойчивых высококонцентрированных пен, эмульсий, коллоидных растворов и суспензий не только в неводных, но и в водных средах.
Для структурно-механической стабилизации дисперсий в водной среде применяют мыла щелочных металлов, белки, крахмал, а в неводных средах – мыла щелочноземельных металлов, смолы каучуки. Такие вещества называют защитными коллоидами.
Стабилизация коллоидных систем. Ионная и молекулярная стабилизация. Защита золей от коагуляции с помощью высокомолекулярных веществ. Сенсибилизация
Коллоидная защита — предохранение коллоидных растворов от коагуляции и, следовательно, повышение их устойчивости добавлением небольших количеств высокомолекулярных веществ (белков, крахмала, агар-агара и др.), так называемых защитных веществ.Наиболее сильным защитным действием обладают белки:желатин и т.д, аболее слабым-крахмал,сапонины и т.дЗащитное действие по отношению к различным коллоидам не одинаково.Защитное действие зависит:1)природы стабилизатора2)состава среды.
84Коллоидные ПАВ:мыла,детергенты,таниды,некоторые красители. Мицеллообразование в растворах коллоидных ПАВ. Критическая концентрация миццелообразования и её определение. Солюбилизация и её значение в фармации. Коллоидные ПАВ в фармации
В зависимости от рн,температуры и вприсутствии системы электролитов образ.изистинных,коллоидныерастворы.ПАВ классифицируют по разным признакам:1)по растворимости. существуют водорастворимые и жирорастворимые.2.по способности молекул диссоциировать на ионы Ионогенные ПАВ подразделяются на 3 группы: Анионоактивные–щелочные соли высших жирных карбоновых кислот(мыла)
-Растворимые соли высокомолекулярных сульфокислот СnH2n+1 SO3Me
-сульфоэфиры высших спиртов и их соли-мыла с двух и трёхвалентными
Катионоактивные: соли четвертичных аммониевых оснований,солиаминов,солиамилпиридиновых соединений.
Амфотерные: Алкиламинокислоты,белки.2Аминофенолы 3ФОсфатиды(фосфалипиды)растительного и животного происхождения(лецитин)
Неионогенные ПАВ:Продукты конденсации оксида этилена с высокомолекулярными кислотами и спиртами.-Эфиры глицерина(эмульгаторТ-2,моностеарат глицерина
3.по способности к миццелообразованию.ПАВ обладающие достаточно длиной углеводородной цепью,называютмицеллобразующими или коллоидными ПАВ.Мыла,детергенты,таннины,некоторыекрасители,алкалоилы-являясь истинно растворимыми соединениями,способны также к образованию мицеллярных коллоидных растворов.При большом разбавлении ПАВ находятся в растворе в виде отдельных молекул или ионов и их растворы являются истинными.С увеличением ПАВ их молекулы или ионы ассоциируют друг с другом и образуют мицеллы ПАВ.Мицеллообразование в растворах ПАВ начинается с соединений содержащих более 4-5 атомов углерода в цепи.Процессмицеллообразования протекает самопроизвольно и обратимо.Истинный раствор⇌ коллоидный раствор ⇌гель
Мицеллярные растворы ПАВ-это системы термодинамическиустойчивые,равновесные и обратимые.
Критическая концентрация мицеллообразования(ККМ)-концентраци ПАВ при которой в его растворе возникает большое число мицелл,находящихся в теродинамическом равновесии с молекулами,ирезко изменяется ряд свойств раствора.Факторы влияющие на ККМ. 1)влияние длины углеводородного радикала2)влияние электролитов3)влияние полярных органических веществ большая молярная масса-понижает ККМ.малая-повышает4)влияние температуры. ионогенные-ККМ растёт с ростом температуру. неионогенные-ККМ снижается с ростом температуры.
Солюбилизация-растворение в мицеллярных растворах ПАВ веществ не растворимых в чистых растворителях при этом ПАВ солюбилизатор.вещество которое растворяют-солюбилизат.Обратнаясолюбилизация-растворение воды в маслах в присутствии растворимых коллоидных ПАВ.Применениесолюбилизаторов в фармации позволяет готовить лек. Формы с нерастворимыми в воде лекарственными веществами.(цитостатиков,витамины А и Е).Применение ПАВ в фармации.преимущества 1)отсутствие токсичности2)стойкость против воздействия микроорганизмов и в процессе хранения3)отсутствие запаха,вкуса и окраски4)доступность5)эффективность.Приме.мыла,дезинфицирующиесредства,солюбилизаторывитаминов,антибиотиков и т.д
3 метод при смешивании сырья и водного раствора происходит замена растворителя и обр-сясуспензия.Свойствасуспензий:В следствии большого размера частиц слабо проявляющиеся молек-кинетические свойства незначительное Броуновское движение.-Светорассеивание не проявляется размер частиц больше волны падающего света.-Являются кинетически неустойчивыми системами.частицы фазы оседают под силой тяжести.-обладают большим запасом поверхностной энергии-на поверхности суспензии,есть двойной электрический слой.-Устойчивость можно повысить при добавленииПАВ а также работы электролибов.Факторы устойчивости суспензии:НаличиеДх-структурно-механический(при адсорбции на поверхности частиц ПАВ или ВМВ) –Сольватационный(при адсорбции молекул растворителя)Фокуляция-это один из видов коагуляции, при которой более мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов), образуют интенсивно оседающие скопления в виде хлопьев.Седиментационный анализ-зависимость скорость оседания частиц от радиуса выражает закон Стокса 
Vs — установившаяся скорость частицы (м/с)
r — радиус Стокса частицы (м),g— ускорение свободного падения (м/с²),ρ— плотность частиц (кг/м³), ρ0— плотность жидкости (кг/м³),µ— вязкость среды (Па с). 
Проведение седиментационного анализа 
к-коэффициент пропорциональности
Пасты-это высококонцентрированные суспензии полученные при повышении концентрации дисперсной фазы до предельно возможной величины в агрегативно устойчивых суспензиях.Применение суспензий в фармации:исп. В виде лек.форм,обусловленно более быстрым проявление фармокологическогодействия,чем в таблетках и порошках.Пример: линименты,новоциллин,камфары и т.д В фарм. Практике применяют желатозу,крахмал,яичный порошок.
Эмульсии: методы получения,свойства.Типыэмульсий.Механизм действия эмульгаторов.Обращение фаз эмульсий.Структурно-механический фактор устойчивости концентрированных эмульсий.(П.А.Ребиндер).Коалесценция.Применение эмульсий в фармации.
Эмульсии-агрегатно не устойчивые дисперсные системы,т.к обладают большим запасом поверхностной энергии и термодинамически не устойчивы.По концентрации:1)разбавленные-содержание не более 0,1% 2)концентрированные-более 0,1-74% 3)высококонцентрированные более 74%. Дисперсные системы ж/ж.Грубодисперсные.Условия образования: полная или частичная нерастворимость одной жидкости в другой.Методы получения: 1)Диспергационный: вещество дисперсной фазы смешивают с эмульгатором,а затем смесь соединяют с дисперсной средой.2)конденсационный- через среду пропускают сразу в виде паров,пары конденсации образуют эмульсии.Эмульсии стерильны) Самопроизвольное диспергирование-система содерж. Масло в воде и ПАВ самопроизвольно может переходить в эмульсию.Типы эмульсий: 1 типаН/Н2О-гидрофильные больше 10 2типа в/м-гидрофобные 3-10. Способы определения типа эмульсии. –по электропроводности:эмульсия типа м/в хорошо проводит эл. Ток,а типа в/м-плохо.-избирательное окрашивание: Эмульсия м/в+водорастворимый краситель(метил.синий). Эмульсия м/в+жирорастворимый краситель(судан 3).Обращение фаз эмульсии:переход эмульсии из прямого типа в эмульсию обратного типа и наоборот.Для определения возможности образования эмульсии определённого типа существуют различные теории:геометрические и энергетические.Геометрическая-фактором является форма молекул ПАВ.Энергетические основаны на закономерностях,выражаемых правилом Банкрофта и системой ГЛБ
Правило Банкрофта: Гидрофильные эмульгаторы способствуют образованию эмульсии 1 типа,а гидрофобные 2 типа.Тип образования эмульсии,зависит от типа добавл.эмульгатора.от соотношения фаз.
Факторы устойчивости эмульсии: 1 рода,ДЭС(ионогенные эмульгаторы),структурно-механические,сальватационный(неионногенные эмульсии).2 рода структурно-механические,энтропийный.
Энтропийныйфактор:углевод.радикалы ПАВ и ВМВ адсорб. На поверхностных частиц.фазы способные совершать Броуноввскоедвижение.Эмульгаторы-растворимые ПАВ и ВМС или нерастворимые порошкообразные вещества,добавление которых к эмульсиям делает их устойчивыми. Эмульгаторы 1 типа:порошки-СаСО3,Са SO4,глина и тд. ВМВ-желатин,казеин,крахмал, лецитин. ПАВ- мыл щелочных металлов,желчные кислоты.2 типа.Порошки- тальк,сажа и т.д ВМВ-смолы, каучук и т.д ПАВ-мыла многовалентных металлов,холестерин.Прим.фарм.Эмульсии играют большую роль в жизнедеятельности человека.Жиры вводятся в организм в виде прямых эмульсий или эмульгируются в организме. Получили широкое распространение в качестве фармацевтических препаратов для внутривенного, наружного или инъекционнногоприменения.Отдельную группу составляют косметические эмульсии.
Аэрозоли и их свойства.Получениеаэрозолей.Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей.Электрическиесвойства.Агрегативная устойчивость и факторы её определяющие.Разрушение аэрозолей и применение аэрозолей в фармации.
Аэрозоли— свободно-дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой,состоящей из твёрдых или жидких частиц.Различают дисперсионные и конденсационные аэрозоли. Дисперсионные аэрозоли образуются при измельчении (диспергировании) твердых и жидких веществ. Конденсационные аэрозоли образуются при конденсации насыщенных паров, а также в результате газовых реакций.К аэрозолям относятся пыли, туманы и дымы.Пылями называют дисперсионные аэрозоли с твердыми частицами, независимо от дисперсности. Пылью обычно также называют совокупность осевших частиц (гель или аэрогель).Под туманами понимают газообразную среду с жидкими частицами как конденсационными, так и дисперсионными, независимо от их дисперсности.Дымами называют конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой или включающие частицы и твердые, и жидкие.Аэрозоли являются агрег.не устойчивые системы.Агрегации частиц происходит приувеличении размера частиц,система теряет кинетичускуюустойчивость.Факторыустойчивости:Наличиеэл.заряда на частицах.-Адсорбция молекул газа на частицах.Свойствааэрозолей:Интенсивное броуновское движение.-Высокое светорассеивание..-Выраженная агрегативнаянеустойчивость.Специфическиесвойства:термофорез-движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур.Фотофорез-перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении.Термопреципитация-осаждение частиц аэрозоля на холодных поверхностях за счёт потери частицами кинетической энергии.Коагуляцияаэрозолей.Скорость коагуляции зависит от: численной концентрации,конвекционныхпотоков,механическогоперемешивания,ультрозвуковыхколебаний.Прим.фарм.Стерильные аэрозоли в спец.упаковках типа баллонов применяют для стерил. Операционного поля,ран и ожогов:ингаляционные аэрозоли-для лечения дых.путей.
88.Порошки и их свойства.Слёживаемость,гранулирование и распыляемостьпорошков.Применение в фарм.Порошки- свободно-дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и твёрдой дисперсной фазой.КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОШКОВ1. По форме частиц:
• равноосные (имеют примерно одинаковые размеры по трем осям);
• волокнистые (длина частиц гораздо больше ширины и толщины);
• плоские (длина и ширина значительно больше толщины).
2. По межчастичному взаимодействию:
• связно дисперсные (частицы сцеплены между собой, т. е. система обладает некоторой структурой);
• свободнодисперсные (сопротивление сдвигу обусловлено только трением между частицами).
3. Классификация по размерам частиц дисперсной фазы: • песок (2≤10-5 ≤ d ≤ 2∙10-3) м;• пыль (2∙10-6 ≤ d ≤ 2∙10-5) м; • пудра (d
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
