Bg hoa ly duoc 2017 phan 1 8268

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MƠN HỌC HĨA LÝ DƯỢC Giảng viên giảng dạy: ĐỖ MINH KIỆP Hậu Giang – Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÀI GIẢNG MƠN HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN Tên mơn học: Hóa Lý Dược (Tên tiếng Anh: ) Trình độ: Đại Học Số tín chỉ: Giờ lý thuyết: 45 tiết Giờ thực hành: NỘI DUNG BÀI GIẢNG Điều kiện tiên quyết: Hóa Đại cương vô Mục tiêu môn học: Học phần cung cấp cho người học kiến thức mơn hóa lý gồm hóa keo, động hóa học điện hóa học + Phần hóa keo: Người học nắm bắt số kiến thức vệ hệ phân tán vi dị thể có độ phân tán cao trình xảy hệ dị thể Nêu lên nét đại cương tính chất hóa lý hệ keo, cách điều chế chung Nêu ứng dụng đời sống liên quan mật thiết tới hóa keo + Phần động hóa học: Người học nắm bắt số kiến thức chế, tốc độ phản ứng hóa học yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác,… + Phần điện hóa học: Người học nắm bắt kiến thức độ dẫn điện dung dịch chất điện ly, điện cực điện cực, chất q trình điện hóa, ý nghĩa của phép đo điện cực y dược Phương pháp giảng dạy: Diễn giảng lý thuyết hướng dẫn giải tập Tài liệu tham khảo [1] Ngơ Hữu Phú (2006), Hóa lý Hóa keo – Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Trần Văn Nhân, (2005), Hóa lý Tập 1, 2, – Nhà Xuất Giáo Dục [3] Trần Sơn, (2001), Động hóa học – Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Hóa lý dược (2011) – Nhà Xuất Y khoa Đề cương môn học CHƯƠNG 1: HÓA KEO BÀI 1: HỆ PHÂN TÁN 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN 1.1.1 Hệ phân tán 1.1.2 Phân loại hệ phân tán 1.1.2.1 Phân loại hệ phân tán theo kích thước hạt 1.1.2.2 Phân loại hệ phân tán theo tương tác pha 1.1.2.3 Phân loại hệ phân tán theo trạng thái tập hợp pha 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ PHÂN TÁN 1.2.1 Độ phân tán 1.2.2 Diện tích bề mặt hệ phân tán 1.2.3 Độ ổn định hệ phân tán keo 1.2.4 Vai trò hệ phân tán đời sống BÀI 2: ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ KEO 2.1 ĐIỀU CHẾ KEO 2.1.1 Định nghĩa 2.1.1.1 Phương pháp ngưng tụ 2.1.1.2 Phương pháp phân tán 2.2 TINH CHẾ KEO 2.2.1 Phương pháp thẩm tích thường 2.2.1.1 Thẩm tích gián đoạn 2.2.1.2 Thẩm tích liên tục 2.2.2 Điện thẩm tích 2.2.3 Lọc gel 2.2.4 Phương pháp siêu lọc BÀI 3: TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO 3.1 TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA HỆ KEO 3.1.1 Chuyển động Brown hạt keo 3.1.2 Sự khuếch tán hệ keo 3.1.2.1 Cơng thức khuếch tán Fick 3.1.2.2 Phương trình khuếch tán Einstein 3.1.3 Áp suất thẩm thấu 3.1.3.1 Đặc điểm thứ áp suất thẩm thấu 3.1.3.2 Đặc điểm thứ hai áp suất thẩm thấu 3.1.4 Sự sa lắng 3.2 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO 3.2.1 Sự nhiễu xạ ánh sáng 3.2.1.1 Hiện tượng nhiễu xạ Tyndall 3.2.1.2 Phương trình nhiễu xạ ánh sáng Rayleigh 3.2.1.3 Một số hệ rút từ phương trình Rayleigh 3.2.1.4 Ứng dụng tượng nhiễu xạ 3.2.2 Sự hấp thụ ánh sáng 3.3 TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO 3.3.1 Thí nghiệm tích điện hệ keo 3.3.1.1 Hiện tượng điện di hay điện chuyển 3.3.1.2 Hiện tượng điện thẩm 3.3.1.3 Điện chảy điện sa lắng 3.3.2 Cấu tạo lớp điện kép 3.3.3 Cấu tạo hạt keo 3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới điện động học ξ 3.3.4.1 Ảnh hưởng chất điện ly trơ 3.3.4.2 Ảnh hưởng bán kính ion 3.3.4.3 Ảnh hưởng chất điện ly không trơ (dễ bị hấp phụ) 3.3.4.4 Ảnh hưởng nồng độ hạt nhiệt độ BÀI 4: ĐỘ BỀN VỮNG CỦA SỰ KEO TỤ 4.1 ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO 4.1.1 Độ bền động học 4.1.2 Độ bền tập hợp 4.1.2.1 Lực hút phân tử 4.1.2.2 Lực đẩy tĩnh điện 4.1.3 Những phương pháp làm cho hệ keo bền vững 4.2 SỰ KEO TỤ 4.2.1 Keo tụ chất điện ly 4.2.1.1 Keo tụ trung hịa điện tích 4.2.1.2 Keo tụ ảnh hưởng nồng độ chất điện ly 4.2.1.3 Ngưỡng keo tụ chất điện ly 4.2.1.4 Ảnh hưởng bán kính ion chất điện ly keo tụ 4.2.2 Một số tượng keo tụ khác 4.2.2.1 Keo tụ thay đổi nhiệt độ 4.2.2.2 Keo tụ tác động học 4.2.2.3 Hiện tượng keo tụ đặc biệt 4.2.2.4 Keo tụ hỗn hợp chất điện ly 4.2.2.5 Keo tụ tương hỗ hai hệ keo 4.2.3 Động học keo tụ BÀI 5: HÊ BÁN KEO VÀ HỆ PHÂN TÁN THÔ 5.1 HỆ BÁN KEO 5.1.1 Phân loại xà phòng 5.1.2 Trạng thái hoạt động xà phòng nước 5.1.3 Ứng dụng dung dịch xà phịng 5.2 HỆ PHÂN TÁN THƠ 5.2.1 Nhũ tương (Emulsions) 5.2.1.1 Phân loại nhũ tương 5.2.1.2 Phương pháp nhận biết nhũ tương 5.2.1.3 Độ bền vững nhũ tương 5.2.1.4 Phân loại chất nhũ hóa 5.2.1.5 Cơ chế hoạt động chất nhũ hóa 5.2.1.6 Sự chuyển tướng nhũ tương (sự đảo pha) 5.2.2 Hỗn dịch 5.2.3 Khí dung (Aerosol) BÀI 6: CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT 6.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.1 Sức căng bề mặt chất lỏng 5.1.2 Áp suất bão hòa bề mặt chất lỏng 6.1.2.1 Hiện tượng mao dẫn 6.1.2.2 Hiện tượng ngưng tụ mao quản 6.1.3 Hiện tượng thấm ướt bề mặt 6.1.4 Sức căng bề mặt dung dịch chất tan 6.1.4.1 Chất tan dung dịch chất không hoạt động bề mặt 6.1.4.2 Chất tan dung dịch chất hoạt động bề mặt 6.2 PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 6.2.1 Chất hoạt động bề mặt loại anion 6.2.1.1 Xà phịng kim loại hóa trị I 6.2.1.2 Xà phịng kim loại hóa trị II 6.2.1.3 Muối sunfat alcol béo ion kim loại 6.2.2 Chất hoạt động bề mặt cation 6.2.2.1 Muối amoni bậc 6.2.2.2 Muối amin 6.2.3 Các chất HĐBM không phân ly thành ion 6.2.3.1 Ester rượu đa chức acid béo 6.2.3.2 Span Tween 6.3 ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HĐBM 6.3.1 Sự thấm ướt 6.3.2 Tác nhân hòa tan 6.3.3 Tác nhân nhũ hóa 6.3.4 Tác nhân tạo bọt 6.3.5 Khả tẩy rửa 6.3.6 Khả tạo mixen BÀI 7: SỰ HẤP PHỤ 7.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 7.1.1 Định nghĩa 7.1.2 Độ hấp phụ 7.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ 7.1.4 Phân loại chất hấp phụ 7.1.4.1 Đặc trưng hấp phụ vật lý 7.1.4.2 Đặc trưng hấp phụ hóa học 7.1.5 Tốc độ hấp phụ 7.2 SỰ HẤP PHỤ CỦA CHẤT KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN 7.2.1 Phương trình hấp phụ Langmuir 7.2.1.1 Thuyết hấp phụ Langmuir 7.2.1.2 Thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 7.2.2 Phương trình hấp phụ thực nghiệm Freundlich 7.2.3 Ứng dụng hấp phụ 7.3 HẤP PHỤ CHẤT TAN TRÊN BỀ MẶT RẮN 7.3.1 Hấp phụ phân tử 7.3.2 Xác định phương trình thực nghiệm Freundlich 7.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ phân tử 7.3.3.1 Ảnh hưởng dung môi 7.3.3.2 Ảnh hưởng chất hấp phụ 7.3.3.3 Ảnh hưởng chất hấp phụ 7.3.3.4 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ 7.3.4 Một số ứng dụng hấp phụ phân tử 7.4 SỰ HẤP PHỤ CHẤT ĐIỆN LY 7.4.1 Ảnh hưởng bán kính ion 7.4.2 Ảnh hưởng điện tích ion 7.4.3 Hấp phụ chọn lọc 7.5 HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION 7.5.1 Định nghĩa 7.5.2 Đặc điểm hấp phụ trao đổi ion 7.5.3 Dung lượng trao đổi ion 7.5.4 Ứng dụng nhựa trao đổi ion CHƯƠNG 2: ĐỘNG HÓA HỌC BÀI 8: ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC 8.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG HỌC 8.1.1 Tốc độ phản ứng 8.1.2 Định luật tác dụng khối lượng 8.1.3 Bậc phản ứng 8.1.4 Chy kỳ bán hủy 8.1.5 Hạn dùng thuốc 8.2 ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN 8.2.1 Khảo sát phản ứng bậc không 8.2.1.1 Thiết lập phương trình động học 8.2.1.2 Đặc điểm số tốc độ phản ứng bậc không 8.2.1.3 Phương pháp xác định số tốc độ phản ứng bậc không 8.2.2 Khảo sát phản ứng bậc 8.2.2.1 Thiết lập phương trình động học 8.2.2.2 Phương trình động học phản ứng bậc 8.2.2.3 Đặc điểm phản ứng bậc 8.2.2.4 Phương pháp xác định số tốc độ phản ứng bậc 8.2.3 Khảo sát phản ứng bậc 8.2.3.1 Phản ứng có tương tác phân tử loại 8.2.3.2 Phản ứng có tương tác phân tử khác loại 8.2.3.3 Đặc điểm phản ứng bậc hai 8.2.3.4 Phương pháp xác định số tốc độ bậc hai 8.2.4 So sánh loại phản ứng (bậc 0, bậc 1, bậc 2) 8.2.5 Phương pháp xác định bậc phản ứng 8.2.5.1 Phương pháp thử sai 8.2.5.2 Phương pháp dựa vào chu kỳ bán hủy 8.3 ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG PHỨC TẠP 8.3.1 phản ứng thuận nghịch 8.3.2 Phản ứng song song 8.3.3 Phản ứng nối tiếp 8.4 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 8.4.1 Qui tắc Van’t Hoff 8.4.2 Quy tắc Arrhenius 8.5 XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA THUỐC 8.5.1 Phương pháp thử dài hạn 8.5.2 Phương pháp thử cấp tốc BÀI 9: XÚC TÁC 9.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 9.1.1 Định nghĩa 9.1.1.1 Phản ứng xúc tác đồng thể 9.1.1.2 Phản ứng xúc tác dị thể 9.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CHẤT XÚC TÁC 9.2.1 Chất xúc tác bất biến 9.2.2 Chất xúc tác tham gia với lượng nhỏ 9.2.3 Chất xúc tác không làm thay đổi cân 9.2.4 Chất xúc tác làm gia tăng tốc độ phản ứng 9.2.4.1 Giai đoạn đầu 9.2.4.2 Giai đoạn sau 9.3 PHẢN ỨNG XÚC TÁC ACID – BASE 9.3.1 Trường hợp ion H+ hay OH tham gia phản ứng 9.3.1.1 Trường hợp ion H+ tham gia phản ứng 9.3.1.2 Trường hợp ion OH tham gia phản ứng 9.2.3 Ảnh hưởng pH tốc độ phản ứng 9.3.2.1 Trong môi trường acid 9.3.2.2 Trong môi trường base 9.4 PHẢN ỨNG XÚC TÁC ENZYME 9.4.1 Khái niệm men (Enzyme) 9.4.2 Cơ chế phản ứng xúc tác men CHƯƠNG 3: ĐIỆN HÓA HỌC BÀI 10: ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY 10.1 CÁC LOẠI VẬT DẪN ĐIỆN 10.1.1 Vật dẫn kim loại 10.1.2 Chất bán dẫn 10.1.3 Vật dẫn điện dung dịch chất điện ly 10.2 ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY 10.2.1 Khái niệm độ dẫn điện 10.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện 10.2.3 Các cách biểu thị độ dẫn điện 10.2.3.1 Độ dẫn điện riêng 10.2.3.2 Độ dẫn điện đương lượng 10.2.3.3 Độ dẫn điện độc lập ion 10.3 LÝ THUYẾT VỀ LỰC HÚT TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC ION 10.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ION TRONG DUNG DỊCH NƯỚC 10.5 ỨNG DỤNG CỦA PHÉP ĐO ĐỘ DẪN 10.5.1 Đo độ dẫn điện riêng dung dịch 10.5.2 Xác định độ tan muối khó tan 10.5.3 Xác định độ phân ly α số điện ly chất điện ly yếu 10.5.4 Định lượng nồng độ dung dịch cách đo độ dẫn điện 10.5.4.1 Nguyên tắc chung phương pháp 10.5.4.2 Định lượng acid – base dựa vào phản ứng trung hòa 10.5.4.3 Định lượng nồng độ dựa theo phản ứng tạo kết tủa 10.6 Ý NGHĨA CỦA PHÉP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN BÀI 11: ĐIỆN CỰC VÀ PIN 11.1 ĐIỆN CỰC VÀ THẾ ĐIỆN CỰC 11.1.1 Cặp oxy hóa khử oxy hóa khử 11.1.2 Sự hình thành điện cực 11.1.3 Sự phát sinh điện điện cực (phương trình Nernst) 11.1.4 Phân loại điện cực 11.1.4.1 Điện cực loại 11.1.4.2 Điện cực loại 11.1.4.3 Điện cực loại 11.1.4.4 Điện cực loại Nếu chất nhũ hóa tạo màng đơn lớp ion háo hạt nhỏ tích điện lực đẩy tương hỗ tăng lên Hệ trở nên bền vững Những chất HĐBM không ion hóa hấp phụ đặc biệt ion từ dung dịch, làm cho bề mặt giọt tích điện, nhờ giọt bền Màng đa phân tử: chất keo ưa nước từ thiên nhiên (gelatin, gôm Arabic, Aragant) tạo màng đa lớp phân tử quanh giọt dầu phân tán nước Hiện chất nhũ hóa tổng hợp có nhiều nên loại chất dùng Màng đa lớp phân tử áo bao quanh giọt nhỏ, có khả chống lại ngưng kết Ngoài số phân tử chất tan nước làm cho độ nhớt môi trường phân tán tăng lên, nhũ dịch tăng độ bền Màng hạt rắn: hạt rắn có kích thước nhỏ có khả thấm ướt nước dầu, nên có tác dụng chất nhũ hóa Các hạt rắn làm thành lớp áo bề mặt giọt nhũ tương ngăn cách liên kết giọt lại với Bột rắn nhũ hóa phải có kích thước thích hợp, ln ln nhỏ kích thước hạt nhũ tương Nếu chất nhũ hóa thấm nước lớp bảo vệ xuất trước Khi tạo nhũ tương D/N Nếu chất nhũ hóa dễ bị dầu thấm ướt áo bẻo vệ xuất pha dầu chất nhũ hóa cho nhũ tương N/D Như vậy, màng hạt rắn tạo điều kiện hình thành nhũ tương, ngồi giọt phân tán Có chất tác nhân nhũ hóa cho nhũ dịch D/N hay N/D cịn tùy thuộc thứ tự trộn lẫn Hình 5.1 Các màng bảo vệ chất nhũ hóa Nhũ tương D/N Màng đơn lớp phân tử Màng đa lớp phân tử Màng hạt rắn Hình 5.2 Các loại màng hạt rắn quanh giọt nhũ tương (I) (II) Trường hợp giọt bảo vệ, Trường hợp không tạo nhũ nhũ tương hình thành tương, giọt khơng bảo vệ Khi muốn điều chế nhũ tương D/N, trước hết phân tán bentonit nước cho hạt phân tán hút tạo bột nhão, sau thêm dầu vào nghiền tiếp Nếu muốn điều chế nhũ dịch N/D phân tán bentonit dầu Sau thêm dần nước vào Trong thực tế việc điều chế nhũ tương phá bỏ nhũ tương quan trọng Trong ngành Dược, người Dược sĩ quan tâm tới việc điều chế nhũ tương thuốc thích hợp, để che giấu mùi vị tăng tác dụng thuốc Nhũ tương D/N thường dùng trong, loại nhũ tương N/D hay dùng ngồi (như cream, dầu nước thơm), Với tính chất chất nhũ hóa cho dầu béo, người ta hay dùng lòng đỏ trứng, gelatin, dextran… Vì phải biết rõ tác dụng chất nhũ hóa định dùng pha chế Ngược lại ngành công nghiệp, việc phá bỏ nhũ tương vấn đề quan trọng đặt Ví dụ: dùng acid mạnh để thu nhựa cao su từ nhũ tương mủ cao su Nấu nóng, ly tâm với tốc độ cao, đưa nhũ tương vào điện trường biện pháp hữu hiệu để phá vỡ nhũ tương công nghiệp dầu mỏ để tách dầu nước khỏi nhũ tương N/D 5.2.1.6 Sự chuyển tướng nhũ tương (sự đảo pha) Sự chuyển tướng nhũ tương trình chuyển biến tương hỗ loại nhũ tương từ D/N N/D điều kiện thích hợp Q trình tiến hành cách vừa khuấy mạnh, vừa thêm chất nhũ hóa thích hợp Ví dụ: cho CaCl2 với lượng thích hợp vào hệ nhũ tương D/N nhũ hóa xà phịng natri, xà phịng natri kết hợp với CaCl2 thành xà phòng canxi, chất nhũ hóa loại N/D Sau thêm dầu để điều chỉnh tỷ lệ thể tích pha dầu nhiều pha nước, khuấy mạnh thu nhũ tương N/D Sự chuyển tướng nhũ tương sử dụng để phá bỏ nhũ tương ban đầu thành nhũ tương cần tách pha nhũ tương tự nhiên 5.2.2 Hỗn dịch Hỗn dịch hay huyền phù, dịch treo thường hệ phân tán dị thể rắn lỏng, thuộc hệ phân tán thơ Nhiều tính chất huyền phù giống tính chất hệ keo cường độ tính chất khác Ví dụ: huyền phù sa lắng nhanh hệ keo, có chuyển động Brown yếu, khơng có khả khuếch tán, huyền phù khơng nhiễu xạ ánh sang kích thước hạt lớn bước sóng ánh sang Khi chiếu ánh sáng qua huyền phù, ta thấy huyền phù đục, hạt phản chiếu ánh sang theo hướng Huyền phù có độ bền động học nhỏ, hạt to dễ sa lắng Tuy dịch treo làm thuốc cho thêm chất cao phân tử, hoạt chất hoạt tính bề mặt để tăng độ bền, song để lâu phân lớp Vì vậy, người ta phải để nhãn dòng chữ “Lắc kỹ trước dùng” loại thuốc 5.2.3 Khí dung (Aerosol) Thường hệ phân tán khí chất phân tán trạng thái rắn lỏng phân tán môi trường khí Các hệ rắn/khí hệ keo (như khói) hệ thơ, kích thước hạt lớn đám bụi Trong thực tế thường bụi, khói lẫn lộn với nhau, điều kiện xuất Hệ phân tán lỏng khí thường gọi sương mù, sương mù hạt phân tán có dạng hình cầu Hạt keo khí thường mang lượng điện tích nhỏ nhiều so với hạt keo môi trường lỏng Bằng thực nghiệm, người ta thấy hạt MgO, ZnO, Fe2O3 mang điện tích âm, hạt SiO2, P2O5, than, tinh bột mang điện dương Sự hình thành đám mây, sương mù gây nhiều tượng thời tiết thiên nhiên, có ảnh hưởng nhiều tới nông nghiệp, sinh sản phát triển động, thực vật Sự hình thành đám bụi khí xả nhà máy, gây nhiễm mơi trường Vấn đề khí bụi nhà máy vấn đề kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng tới sức khỏe người lao động Người ta dẫn hệ keo khí qua thiết bị lọc bụi gọi Cyclon Dòng hạt bụi có tốc độ lớn qua Cyclon bị thay đổi tốc độ hướng chuyển độngsẽ bị sa lắng xuống bị sa lắng xuống Biện pháp điện chuyển để lọc keo khí, dùng cơng nghiệp để khử bụi ống khói, khí thải sau: Hình 5.3 Thiết bị lọc bụi phương pháp điện cơng nghiệp Thiết bị gồm: dây catot có mật độ dòng điện lớn Anot thành ống kim loại Điện áp hai cực khoảng 70 – 100 kV Điện tử từ catot bay vào khí ion hóa phân tử khí Các phân tử bị ion hóa hạt keo hấp phụ Do hạt keo mang điện âm chuyển nhanh anot, sau điện tích rơi xuống Việc điều chế hệ phun mù điều trị mũi, họng để tăng hiệu trị liệu dang ngày ứng dụng rộng rãi Người ta dùng khí dung bình xịt để đưa thuốc kháng sinh dạng rắn lỏng thành hạt nhỏ, phun thành dòng vào nơi bị viêm nhiễm để tăng cường khả cần điều trị Ví dụ: Khí dung hydrococtizol, dexamethason phun vào họng bệnh nhân Huyền phù Neomyxin Oropy Oropyvalon để xịt vào đường mũi Thuốc phun mù Salonpas xịt vào vết thương đau cơ, khớp CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 1/ Định nghĩa hệ bán keo gì? Những yếu tố ảnh hưởng tới cân hệ bán keo? 2/ Nêu dạng tồn đặc điểm Mixen xà phòng nước 3/ Nêu đặc điểm nhũ tương so với hệ keo 4/ Trình bày chế tác dụng ba loại chất nhũ hóa điển hình 5/ So sánh độ bền tác dụng nhũ tương với hệ keo CHƯƠNG BÀI CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT MỤC TIÊU HỌC TẬP Trình bày khái niệm sức căng bề mặt dung dịch Trình bày tượng ngưng tụ mao quản Trình bày tượng thâm ướt Phân loại chất hoạt động bề mặt Trình bày ảnh hưởng chất tan đến sức căng bề mặt dung dịch Nêu ứng dụng chất hoạt động bề mặt đời sống 6.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6.1.1 Sức căng bề mặt chất lỏng Sức căng bề mặt (SCBM) chất lỏng lượng tự diện tích bề mặt, cơng cần thiết để làm tăng bề mặt lên diện tích định Xét bề mặt phân cách hai pha lỏng – khí Các phân tử A lịng chất lỏng chịu lực tương tác phía lỏng – lỏng Còn phân tử B lớp bề mặt lực tương tác phân tử lỏng – khí nhỏ lỏng – lỏng Vì lực tác dụng vào phân tử B kéo B hướng vào lòng chất lỏng gây nên sức căng bề mặt chất lỏng B Hình 6.1 Lực tương tác phân tử bề mặt phân tử lịng chất lỏng Thí nghiệm: từ M’N’ kéo căng đến MN ta tạo màng chất lỏng khung MNM’N’ Ta tạo lượng dư bề mặt khung MNM’N’ màng có xu hướng giảm diện tích bề mặt cách keo MN di động phía M’N’ Hình 6.2 Dụng cụ làm tăng bề mặt màng chất lỏng Nếu tác dụng lực F vào MN, để làm giảm kéo căng bề mặt màng chất lỏng đến vị trí M’N’ lực F có cơng với lượng dư bề mặt Như thế, ta phải tiêu tốn công để chống lại co kéo bề mặt, cơng độ tăng lượng dư bề mặt dGs Ngồi ra, cơng dùng để thắng lực tương tác phân tử bề mặt nên công tỷ lệ với độ tăng diện tích tiếp xúc Ta có: W dGs ζ.dS (6.1) Trong ζ hệ số tỉ lệ gọi sức căng bề mặt (SCBM) dS dG s ζ Khi Nên nói SCBM lượng tạo đơn vị bề mặt Như SCBM lượng tự nằm diện tích bề mặt 1cm2, cơng cần thiết để làm tăng diện tích bề mặt lên diện tích định 1cm2 Thứ nguyên SCBM erc/cm2 (1erc = dyn.1cm) vậy: SCBM = erc.cm-2 SCBM = dyn.cm-1 Bảng 6.1 Sức căng bề mặt số hợp chất hóa học TT Chất lỏng Nhiệt độ ( C) SCBM ζ (erc/cm ) Ethanol 20 21,6 Benzene 20 28,9 Glycerin 20 66,0 Nước 20 72,75 Thủy ngân 20 485 Hydro -252 Oxy -198 17 Thiếc 900 510 Vàng 1200 1120 Trên bề mặt lỏng – khí, nước có sức căng bề mặt 72,75 erc/cm2, 18 -20 C Thủy ngân co SCBM 485 erc/cm2, huyết người từ 46 – 47 erc/cm2 Khi tăng nhiệt độ SCBM giảm Ở nhiệt độ tới hạn, bề mặt phân chia lỏng – biến SCBM = 5.1.2 Áp suất bão hòa bề mặt chất lỏng Có hai giọt chất lỏng bán kính r1 r2, áp suất bão hòa hai gioit5 chất lỏng p1 p2, để đơn giản, ta coi khí lý tưởng áp suất bão hịa bán kính hai giọt chất lỏng liên quan theo phương trình sau: ln p2 p1 k 1 r2 r1 (6.2) Nếu r1 > r2 p2 > p1 Khi thay giọt chất lỏng bề mặt phẳng tức r1 p1 = pphẳng p2 plồi Khi liên quan áp suất bề mặt phẳng có tương quan sau: (6.3) Như vậy, áp suất bão hòa bề mặt phẳng ln nhỏ áp suất bão hịa bề mặt lồi (r > 0) Áp suất bão hịa bề mặt lõm (r < 0) ln nhỏ áp suất bão hòa bề mặt phẳng 6.1.2.1 Hiện tượng mao dẫn Trường hợp nhúng mao quản thủy tinh nước có tượng nước dâng lên bên mao quản khoảng có chiều cao h Ngấn mép nước mao quản ln có dạng lõm, áp suất bão hịa bề mặt lõm nhỏ áp suất bão hịa bề mặt phẳng Hình 6.3 Mao quản thủy tinh nhúng nước p1 < p2 6.1.2.2 Hiện tượng ngưng tụ mao quản Vì áp suất bão hịa mao quản hẹp ln nhỏ áp mặt phẳng, nhiều chưa đạt bão hòa bão hòa bề mặt phẳng, bão hịa q bão hịa pha lỏng nằm mao quản hẹp nghĩa nước đọng lại mao quản, trình gọi tượng ngưng tụ mao quản Từ suy ra: ngưng tụ mao quản hẹp xảy sớm mao quản lớn Hiện tượng ngưng tụ mao quản sở tượng hấp phụ nước mao quản hẹp lỗ xốp chất hấp phụ xốp silicsgel chất hút ẩm 6.1.3 Hiện tượng thấm ướt bề mặt Khi chất lỏng tiếp xúc với bề mặt rắn ta có tượng sau: - Nếu chất lỏng bao phủ toàn bề mặt rắn gọi thấm ướt hồn tồn Ví dụ: nhỏ vài giọt nước bề mặt rắn bóng sạch, nước bao phủ bề mặt rắn Ta có thấm ướt hoàn toàn - Ngược lại, chất lỏng tụ lại thành giọt dày bề mặt rắn, ta gọi thấm ướt khơng hồn tồn - Nếu chất lỏng tạo thành hạt hình cầu bề mặt rắn khơng thấm ướt, giống giọt thủy ngân bề mặt rắn Quan sát lực tương tác phân tử rắn – lỏng, khí – rắn lỏng – khí mà ta thấy tượng thấm ướt với mức độ khác Khi chất lỏng tiếp xúc với bề mặt rắn tạo góc khác gọi góc thấm ướt θ < 90 θ = 90 θ > 90 Hình 6.4 Những trường hợp thấm ướt khơng hồn tồn 1: Pha lỏng 2: Pha khí 3: Pha rắn Tại điểm A điểm tiếp xúc pha lỏng (1), khí (2), rắn (3) Có lực tương tác: - ζ l k : lực căng bề mặt lỏng – khí - ζ r k : lực căng bề mặt rắn – khí - ζ r l : lực căng bề mặt rắn – lỏng Ba lực nằm vector tương ứng với tiếp tuyến chất lỏng bề mặt phân chia Khi góc thấm ướt ổn định, hai lực ζk-r ζ l-r tác dụng lên bề mặt vật rắn có phương đối Lực ζ l k tạo với bề mặt vật rắn góc Vì ta có: ζk Suy ra: r cosθ ζl r ζl k.cosθ ζk rr ζl ζl (6.4) k Cos đặc trưng cho khả thấm ướt bề mặt Vì góc biến đổi từ - 180 nên cos biến thiên từ đến -1 Chất lỏng thấm ướt hoàn toàn hay cos = hồn tồn khơng thấm ướt = 180 hay cos = -1 Do đó, cos lớn chất lỏng dễ thấm ướt bề mặt, muốn cos lớn ζ k r phải lớn ζ l r phải nhỏ Những bề mặt thấm ướt tốt (cos > 0) gọi bề mặt ưa lỏng, trái lại bề mặt có cos < gọi bề mặt kỵ lỏng Thấm ướt trình làm giảm lượng tự hệ có pha tiếp xúc, thấm ướt tốt chất lỏng chảy lan bao bề mặt rắn Như thế, thấm ướt trình thay bề mặt có SCBM lớn ( ζr-k ) bề mặt có SCBM nhỏ ( ζ l r ), trình thấm ướt làm giảm lượng tự bề mặt nên q trình tỏa nhiệt Những bề mặt thấm ướt gọi bề mặt ưa lỏng, bề mặt không thấm ướt gọi bề mặt kỵ lỏng Ta chuyển bề mặt từ kỵ lỏng sang ưa lỏng ngược lại cách đưa vào hệ tác nhân thấm ướt (thường chất HĐBM) Tác nhân thấm ướt chất có khả làm giảm lực căng bề mặt dung dịch xuống lực căng bề mặt chất rắn Hiện tượng thấm ướt ứng dụng nhiều thực tế để điều chế, bảo vệ hệ keo, nhũ tương thuốc, tuyển quặng kỹ nghệ nhuộm màu 6.1.4 Sức căng bề mặt dung dịch chất tan 6.1.4.1 Chất tan dung dịch chất không hoạt động bề mặt Trong dung dịch, phân bố chất tan dung mơi nồng độ chất tan ảnh hưởng lớn tới sức căng bề mặt hệ Nếu chất tan phân ly dung dịch, ion chất điện ly tương tác với phân tử dung môi tạo nên tượng solvat hóa Trong nước ion bị hydrat hóa mạnh, nghĩa chúng bị phân tử dung mơi kéo sâu vào lịng dung dịch Kết quả, lượng chất tan bề mặt nhỏ lòng dung dịch sức căng bề mặt dung dịch lớn sức căng bề mặt dung môi nguyên chất ( ζ dd ζ dm ) Nếu chất tan không điện ly không bị solvate hóa mạnh chất tan phân bố lớp bề mặt lòng dung dịch nhau, ζ dd ζ dm Ví dụ: hịa tan đường Saccaroza vào nước SCBM dung dịch dung môi không thay đổi Trong hai trường hợp trên: chất tan làm tăng chút SCBM dung dịch không làm thay đổi SCBM dung dịch, người ta gọi chúng chất không hoạt động bề mặt 6.1.4.2 Chất tan dung dịch chất hoạt động bề mặt Một số chất hữu có cấu tạo gồm hai phần: Gốc hydrocacbua nhóm chức: -NO2, -COOH, -OH, -SO3H Do gốc hydrocacbon kỵ nước tức không tương tác tương tác yếu với nước Nên có mặt chúng nước làm yếu tương tác phân tử dung môi Lúc này, chất tan thường tập trung tích tụ lớp bề mặt nhiều lịng dung dịch Vì thế, SCBM dung dịch nhỏ SCBM dung moi tinh khiết ( ζ dd ζ dm ) Người ta gọi chất chất HĐBM Ký hiệu chất hoạt động bề mặt a: Những phân tử có phần thân dầu chiếm ưu b: Những phân tử có cân dầu – nước c: Những phân tử có phần thân nước chiếm ưu Hình 6.5 Tương quan thân dầu – nước chất HĐBM Ký hiệu chất HĐBM gồm vịng trịn tương ứng cho nhóm phân cực thân nước, nét đậm gạch dài gốc R thân dầu Tùy theo độ dài mạch hydrocacbon chất nhóm chức có tính thân nước khác mà chất phân bố dung dịch vị trí định Trong mơi trường có pha dầu – nước, phần gốc R chất HĐBM nằm pha dầu phần thân nước (nhóm chức) nằm pha nước Các chất HĐBM có khả tập trung bề mặt ngăn cách pha làm giảm SCBM dung dịch Khả làm giảm SCBM dung dịch nhiều hay phụ thuộc nồng độ chất HĐBM chiều dài mạch cacbon gốc R Biểu diễn phụ thuộc SCBM dung dịch vào nồng độ chất tan dung dịch, nêu hình 6.7 thay đổi SCBM nồng độ chất tan Hình 6.6 Sự phân bố chất HĐBM dung dịch Khả làm giảm SCBM chất HĐBM dung dịch phụ thuộc vào chiều dài số lượng mạch hydrocacbon gọi hoạt tính bề mặt Chất điện ly Dung mơi tinh khiết Chất HĐBM Hình 6.7 Sự thay đổi SCBM theo nồng độ chất tan dung dịch Năm 1884, traube tìm qui tắc thực nghiệm sau: Ở nồng độ thấp, khảo sát dung dịch acid béo có dãy đồng đẳng, thêm nhóm –CH2 vào mạch hydrocacbon hoạt tính bề mặt tăng khoảng đến lần Sau này, người ta thấy qui tắc Traube hoạt tính bề mặt cho chất HĐBM có nhóm chức amin rượu 6.2 PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Theo nguồn gốc chất hoạt động bề mặt (HĐBM) chia làm hai loại: Các chất HĐBM có nguồn gốc tự nhiên đất sét, cao lanh gôm, nhựa cây, lịng đỏ trứng (lecithin) Cholesterol Các chất HĐBM có nguồn gốc nhân tạo (tổng hợp), loại quan trọng có nhiều ứng dụng thực tế, loại chất HĐBM phân chia làm dạng sau: 6.2.1 Chất hoạt động bề mặt loại anion Đây loại chất HĐBM phân ly thành anion mơi trường hoạt động, loại hợp chất sau đây: 6.2.1.1 Xà phịng kim loại hóa trị I Là loại muối acid béo ion kim loại hóa trị I, ví dụ: Natri stearat: C17H35COONa; Kali oleat: C17H33COOK Trong môi trường hoạt động, muối phân ly thành anion có tác động + C17H33COONa C17H33COO + Na Xà phịng Na thường gây kích ứng da chất nhũ hóa nhũ tương D/N 6.2.1.2 Xà phịng kim loại hóa trị II Là loại muối acid béo ion kim loại hóa trị II, ví dụ: Canxi stearat: (C17H35COO)2Ca; Magnesium oleat: (C17H33COO)2Mg Trong môi trường hoạt động, muối phân ly thành anion có tác động +2 (C17H33COO)2Ca (C17H33COO)2- + Ca Xà phòng Ca thường gây kích ứng da chất nhũ hóa nhũ tương N/D 6.2.1.3 Muối sunfat alcol béo ion kim loại Điển hình loại Natri lauryl sunfat: C12H25OSO3Na Hợp chất dễ tan nước, dễ tạo bọt (dùng kem đánh răng), dùng làm chất trợ tan, bền môi trường nước cứng 6.2.2 Chất hoạt động bề mặt cation Đây loại chất HĐBM phân ly thành cation dương mơi trường hoạt động, loại kể hợp chất sau: 6.2.2.1 Muối amoni bậc Phân tử chất có nhiều nhóm hydrocacbua gắn vào amin bậc 4, hòa tan nước hợp chất phân ly thành ion dương đóng vai trị hoạt động, ví dụ: + - C16H33(CH3)3NCl C16H33(CH3)3N + Cl Chất HĐBM loại dễ gây thấm, giúp bề mặt vi khuẩn dễ thấm chất sát khuẩn dễ bị tiêu diệt 6.2.2.2 Muối amin Là muối acid amin hữu cơ, hòa tan nước chất phân ly thành ion dương đóng vai trị chất hoạt động - C18H37NH3Cl C18H37NH3+ + Cl 6.2.3 Các chất HĐBM không phân ly thành ion 6.2.3.1 Ester rượu đa chức acid béo Rượu đa chức bị ester hóa với acid béo hữu tạo thành mono ester ester nhiều lần diester, trimester Đây chất HĐBM không phân ly thành ion, ví dụ: HO-CH2-CH2-OH + C17H35COOH HO-CH2-CH2-O-CO-C17H35 +H2O Trong phản ứng trên, propadiol có hai nhóm OH, có nhóm OH bị ester tạo sản phẩm monoester (có phần thân dầu acid béo phần thân nước nhóm rượu cịn lại) Nếu hai nhóm OH bị ester tạo sản phẩm diester (có hai phần thân dầu acid béo phần thân nước phần cịn lại) hoạt tính bề mặt diester có phần thân dầu khác với monoester Đây loại chất HĐBM mà môi trường hoạt động khơng phân ly thành ion, khơng kích ứng da thường dùng mỹ phẩm 6.2.3.2 Span Tween a Span: Là sản phẩm ester hóa sorbitan acid béo, moi6 trường hoạt động không phân ly thành ion, có tác dụng nhũ hóa nhũ dịch N/D (CHOH)3CH2OCH2OH + C17H35COOH (CHOH)3(CH2O)2COOC17H35 + H2O b Tween: Là sản phẩm ester hóa span polioxietilen, mơi trường hoạt động khơng phân ly thành ion, có tác dụng nhũ hóa nhũ dịch D/N 6.3 ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HĐBM Trong ngành Dược chất HĐBM chủ yếu dùng làm tác nhân thấm ướt, hịa tan, nhũ hóa, tạo bọt, khả tẩy rửa khả tạo mixen 6.3.1 Sự thấm ướt Nhiều chất rắn không thấm ướt chất lỏng, SCBM thấp so với SCBM chất lỏng Ví dụ: ζ H O 72dyn/cm,ζ polyetylen 31dyn/cm Vì thế, người ta dùng chất HĐBM khác dung dịch nước, để làm giảm SCBM dung dịch nước xuống gần 31 dyn/cm, chúng dễ thấm ướt 6.3.2 Tác nhân hòa tan Trong dung dịch, diện số chất HĐBM hòa tan nhiều hoạt chất Ví dụ: hịa tan hocmon estron dung môi tăng thêm chất HĐBM như: natri caprilat, natri laurat, Tween 20, Tween 60,… ưu điểm tác nhân tăng độ hòa tan thuốc, tăng tác dụng sinh học độ bền thuốc 6.3.3 Tác nhân nhũ hóa Khi sử dụng chất HĐBM làm tác nhân nhũ hóa, định loại nhũ tương dầu nước (D/N), điều giúp cho cấu trúc nhũ tương điều chế thích hợp Một số chất nhũ hóa tổng hợp Sanimal H, M, L Triton B sử dụng hiệu chế phẩm thuốc trừ sâu để tạo thành nhũ tương D/N pha loãng với nước 6.3.4 Tác nhân tạo bọt Bọt hệ không bền vững, tạo bọt kèm theo gia tăng bề mặt phân cách khí – lỏng lớn Vì thế, tạo bọt xảy sức căng bề mặt hệ nhỏ Điều thực cách thêm xà phòng natri vào nước, chất HĐBM khác Nước tinh khiết không tạo bọt, có chứa xà phịng chất HĐBM tạo bọt Một chất HĐBM trình hoạt động làm giảm sức căng hệ nhiều có khả tạo bọt tốt 6.3.5 Khả tẩy rửa Khả tẩy rửa tổng hợp tính chất đặc trưng xà phòng như: khả thấm ướt, khả nhũ hóa, khả hịa tan khả tạo bọt giúp chất bẩn bị tách khỏi bề mặt sợi vải va hòa tan vào nước dễ dàng 6.3.6 Khả tạo mixen Trong dung dịch xà phịng tồn dạng ion phân tử mixen Mixen tập phân tử xà phòng phân ly không phân ly Khi nồng độ xà phòng dung dịch đạt tới mức độ định, gọi nồng độ tới hạn mixen (NĐTHM) hệ hình thành mixen hình cầu, mạch hydrocacbon quay đầu vào cịn nhóm phân cực thân nước quay tạo thành khối cầu Khi nồng độ xà phòng dung dịch cao mixen có cấu tạo dạng Trong mixen hình tấm, mạch hydrocacbon quay đầu vào cịn nhóm phân cực thân nước quay tạo thành lớp song song Kết mixen hình tạo thành gồm hai lớp phân tử xà phịng có mạch hydrocacbon hướng vào cón nhóm thân nước quay tạo thành hai mặt song song CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 1/ Nêu định nghĩa sức căng bề mặt 2/ Giải thích khả làm giảm sức căng bề mặt chất hoạt động bề mặt 3/ Nêu đặc điểm khác giống chất HĐBM 4/ Phân loại chất HĐBM: cấu tạo, tính chất 5/ Nêu ứng dụng chất HĐBM