Phân tán chất hấp phụ chất hoạt động bề mặt

KIẾN THỨC HÓA LÝ DƯỢC Hóa lý dược (Pharmaceutical Physical Chemistry): Khoa học nghiên cứu mối quan hệ tượng vật lý hóa học vật chất áp dụng ngành dược Nội dung trao đổi chia liên quan đến chủ đề hóa lý dược nghiên cứu phát triển dạng thuốc từ nguyên liệu ban đầu đến sản phẩm thuốc hoàn chỉnh: Hóa lý dược - Khái niệm liên quan đến Hóa lý dược Nhiệt động học - Động hóa học - Điện hóa học Hóa lý nguyên liệu dược (hoạt chất – tá dược - bao bì) Hiện tượng bề mặt – Chất hoạt động bề mặt Hóa lý hệ phân tán (dung dịch, hệ tiểu phân nano, hệ tiểu phân micro) Hóa lý dạng thuốc rắn, lỏng, bán rắn sol khí Biến đổi tính chất hóa lý vật chất quy trình sản xuất thuốc Kết tinh trình kết tập tạo tiểu phân có thay đổi điều kiện vật lý Kết tủa trình kết tập tạo tiểu phân từ phản ứng hóa học Entropy tiêu chuẩn tự diễn biến hệ cô lập, thước đo mức độ trật tự hệ, ký hiệu S Enthalpy hiệu ứng nhiệt trình, kí hiệu H Đơn vị mẫu chuẩn người thừa nhận Mẫu chuẩn thường có số đo 1, có tên ký hiệu tương ứng Thí dụ: Mét khoảng cách hai vạch khắc thước bạch kim pha iridum ºC đặt Viện Đo Lường Quốc Tế (Sèvre, Pháp), ký hiệu m Kilogram khối lượng khối hình trụ bạch kim pha iridum, có đường kính chiều cao 39 mm, đặt Viện Đo Lường Quốc Tế (Sèvre, Pháp), ký hiệu kg Giây khoảng thời gian tương đương với 1/86400 ngày mặt trời trung bình, ký hiệu s." "Thứ nguyên xem tổng quát hóa đơn vị, ta không coi trọng đến thể cụ thể đơn vị mà xét đến chất đơn vị Thí dụ: Km, in, dặm, hải lý đơn vị khác chúng có chất chung, khoảng cách hay chiều dài, đơn vị có thứ nguyên, ký hiệu chung L" HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Hiện tượng bề mặt: tượng gây khác lực tương tác phần tử bề mặt tiếp xúc pha so với phần tử bên pha Các tượng bề mặt: (1) sức căng bề mặt hay liên bề mặt (surface and interfacial tension), (2) tính thấm ướt bề mặt rắn (wetting of solid surfaces), (3) hấp phụ (adsorption), (4) tượng mao quản (capillary action) Sức căng bề mặt: tính chất đặc trưng chất lỏng gây nên hút lẫn phần tử xuất bề mặt phân chia hai pha (rắn – lỏng, khí – lỏng hay lỏng – lỏng) Những phần tử bề mặt phân chia thường có xu hướng bị kéo vào phía bên chất lỏng liên tục trạng thái sức căng Sức căng bề mặt định nghĩa: (1) lực căng đơn vị chiều dài bề mặt (kí hiệu σ, dyn/cm, N/m); (2) công học thực (A) lực căng làm cho diện tích bề mặt thay đổi đơn vị đo diện tích (J/m2) Thấm ướt: tượng chất lỏng lan chảy bề mặt rắn xẩy tương tác bề mặt lỏng – rắn lớn tương tác phần tử lỏng Hiện tượng mao quản: tượng chất lỏng tự dâng lên cao hạ thấp ống rỗng so với chiều cao môi trường chất lỏng đặt ống rỗng Nguyên nhân thân chất lỏng có lực dính ướt (lực làm cho chất lỏng giữ lại thành ống rỗng) sức căng bề mặt Khi lực dính ướt lớn sức căng bề mặt chất lỏng ống rỗng kéo lên cao so với bề mặt môi trường chất lỏng khoảng, ngược lại hạ thấp ống rỗng khoảng Hấp phụ: gia tăng nồng độ chất (chất bị hấp phụ) bề mặt chất khác (chất hấp phụ) Hiện tượng hấp phụ xẩy tương tác chất bị hấp phụ phần tử bề mặt chất hấp phụ lớn so với tương tác chất bị hấp phụ phần tử môi trường phân tán BÀI TẬP: CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (CHĐBM, CHẤT DIỆN HOẠT, SURFACTANT) Mô tả tượng xảy cho từ từ chất hoạt động bề mặt vào cốc thủy tinh chứa nước: Giai đoạn 1: CHĐBM hòa tan tạo dung dịch bão hòa xếp thưa thớt bề mặt lỏng - khí (đầu thân nước hướng vào môi trường nước, đuôi kỵ nước hướng vào môi trường khí), sức căng bề mặt lớn Giai đoạn 2: CHĐBM tiếp tục xếp bề mặt lỏng - khí đến bão hòa, sức căng bề mặt giảm đột ngột Giai đoạn 3: CHĐBM bắt đầu xếp hình thành micelle (đầu thân nước hướng vào môi trường nước, đuôi kỵ nước chụm vào nhau), sức căng bề mặt ổn định, thời điểm gọi nồng độ micelle tới hạn (critical micelle concentration, kí hiệu CMC) Giai đoạn 4: Tiếp tục hình thành thể micelle Tương tự, mô tả tượng xảy cho từ từ chất hoạt động bề mặt vào môi trường dầu? Phân biệt độ tan (solubility) độ hòa tan (dissolution) Độ tan (tính tan, solubility) nồng độ dung dịch bão hòa chất tan môi trường hòa tan điều kiện xác định Nói cách khác, độ tan mức độ hòa tan tối đa chất tan môi trường điều kiện xác định Chính thế, độ tan quan tâm đến lượng chất tan trạng thái dung dịch điều kiện cân hòa tan kết tinh Độ hòa tan (dissolution): đại lượng dùng để đánh giá động học trình hòa tan Độ hòa tan lượng chất tan giải phóng môi trường hòa tan theo thời gian Về mặt định lượng, độ hòa tan lượng chất tan hòa tan vào môi trường thời điểm điều kiện xác định Các khái niệm khác cần hiểu rõ liên quan đến độ tan độ hòa tan: dung dịch, chất tan, môi trường hòa tan, bão hòa, hòa tan, kết tinh, giải phóng ? VẬT CHẤT RẮN (SOLID) Vật chất rắn (solid): cấu trúc cứng kháng lại thay đổi hình dạng thể tích Vật chất rắn bốn trạng thái vật chất bản: rắn, lỏng, khí plasma Cấu trúc tinh thể (crystal structure): cấu trúc tạo phần tử liên kết chặt chẻ với lực tương tác và xếp theo trật tự hình học không gian xác định gọi mạng tinh thể, phần tử dao động nhiệt quanh vị trí cân Thông thường, cấu trúc tinh thể xếp đặc biệt nguyên tử tinh thể Chất rắn kết tinh (crystal or crystalline solid): chất rắn có cấu trúc tinh thể - Các chất rắn kết tinh cấu tạo từ chất, cấu trúc tinh thể không giống tính chất vật lí chúng có nhiều điểm khác - Mỗi chất rắn kết tinh ứng với cấu trúc tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định áp suất xác định - Chất rắn kết tinh chất đơn tinh thể chất đa tinh thể Chất đơn tinh thể có tính dị hướng, chất đa tinh thể có tính đẵng hướng Chất rắn vô định (amorphous solid): chất cấu trúc tinh thể, dạng hình học xác định Các chất rắn vô định hình có tính đẵng hướng nhiệt độ nóng chảy xác định Khi tăng nhiệt độ, chúng mềm dần chuyển sang thể lỏng 5 Điểm chuyển dịch lỏng – rắn (glass transition – điểm hóa kính, ký hiệu Tg): nhiệt độ xảy tượng chuyển dịch từ thể lỏng hay trạng thái dẻo giống cao su thành thể rắn vô định hình Hiện tượng đa hình (polymorphism): tượng tồn nhiều dạng cấu trúc tinh thể khác dạng cấu trúc rắn khác thành phần hóa học Phân biệt dung dịch (solution) hệ tiểu phân (particulate system) Dung dịch hệ đồng thể chứa thành phần phân bố môi trường phân tán lỏng mức độ phân tử, ion nguyên tử (molecule, ion or atom) Dung dịch có pha không tồn bề mặt phân chia pha Hệ tiểu phân hệ dị thể gồm pha phân tán phân bố môi trường phân tán mức độ tiểu phân (particles) ổn định Hệ tiểu phân tồn pha có bề mặt phân chia pha Ví dụ hệ tiểu phân: hệ keo, mixen, liposome, tiểu phân nano, tiểu phân micro, hỗn dịch, nhũ tương “HỆ TIỂU PHÂN = PHA PHÂN TÁN + MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN + CHẤT ỔN ĐỊNH” BÀI TẬP Phân biệt hệ đồng thể, hệ dị thể hệ đồng ? Phân biệt hệ đơn phân tán hệ đa phân tán ? Phân biệt tiểu phân hệ tiểu phân ? Phân biệt nhũ tương hỗn dịch ? Phân biệt khái niệm hòa tan (solubilization), phân tán (dispersion or top-down) kết tập (agglomeration or bottom-up) Hòa tan trình phân bố thành phần vào môi trường phân tán mức độ phân tử, ion nguyên tử Kết hòa tan tạo dung dịch Phân tán trình chia nhỏ tiểu phân kích thước lớn thành tiểu phân kích thước nhỏ môi trường phân tán Kết trình phân tán tạo hệ tiểu phân Kết tập trình liên kết phần tử kích thước nhỏ (ion, nguyên tử, phân tử tiểu phân nhỏ) thành tiểu phân kích thước lớn môi trường phân tán nhờ liên kết hóa lý Kết trình kết tập tạo hệ tiểu phân Bài tập: Kể tên liên kết hóa lý ? Phân biệt hai hệ tiểu phân: hỗn dịch (suspension) nhũ tương (emulsion) “HỆ TIỂU PHÂN = PHA PHÂN TÁN + MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN + CHẤT ỔN ĐỊNH” Hỗn dịch (suspension): hệ phân tán dị thể gồm tiểu phân rắn phân bố môi trường lỏng thường ổn định chất gây thấm HỖN DỊCH = TIỂU PHÂN RẮN (pha phân tán) + DẪN CHẤT (môi trường phân tán) + CHẤT GÂY THẤM (chất ổn định) Nhũ tương (emulsion): hệ phân tán dị thể gồm tiểu phân lỏng phân bố môi trường lỏng ổn định chất nhũ hóa NHŨ TƯƠNG = TIỂU PHÂN LỎNG (pha nội, pha phân tán) + PHA NGOẠI (pha liên tục, môi trường phân tán) + CHẤT NHŨ HÓA (chất ổn định) Phân biệt dung dịch (solution) hệ tiểu phân (particulate system) Dung dịch hệ đồng thể chứa thành phần phân bố môi trường phân tán lỏng mức độ phân tử, ion nguyên tử (molecule, ion or atom) Dung dịch có pha không tồn bề mặt phân chia pha Hệ tiểu phân hệ dị thể gồm pha phân tán phân bố môi trường phân tán mức độ tiểu phân (particles) ổn định Hệ tiểu phân tồn pha có bề mặt phân chia pha Ví dụ hệ tiểu phân: hệ keo, mixen, liposome, tiểu phân nano, tiểu phân micro, hỗn dịch, nhũ tương HỆ TIỂU PHÂN = PHA PHÂN TÁN + MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN + CHẤT ỔN ĐỊNH BÀI TẬP Phân biệt hệ đồng thể, hệ dị thể hệ đồng ? Phân biệt hệ đơn phân tán hệ đa phân tán ? Phân biệt tiểu phân hệ tiểu phân ? Phân biệt nhũ tương hỗn dịch ? Phân biệt khái niệm hòa tan (solubilization), phân tán (dispersion or top-down) kết tập (agglomeration or bottom-up) Hòa tan trình phân bố thành phần vào môi trường phân tán mức độ phân tử, ion nguyên tử Kết hòa tan tạo dung dịch Phân tán trình chia nhỏ tiểu phân kích thước lớn thành tiểu phân kích thước nhỏ môi trường phân tán Kết trình phân tán tạo hệ tiểu phân Kết tập trình liên kết phần tử kích thước nhỏ (ion, nguyên tử, phân tử tiểu phân nhỏ) thành tiểu phân kích thước lớn môi trường phân tán nhờ liên kết hóa lý Kết trình kết tập tạo hệ tiểu phân Bài tập: Kể tên liên kết hóa lý ? Phân biệt hai hệ tiểu phân: hỗn dịch (suspension) nhũ tương (emulsion) HỆ TIỂU PHÂN = PHA PHÂN TÁN + MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN + CHẤT ỔN ĐỊNH Hỗn dịch (suspension): hệ phân tán dị thể gồm tiểu phân rắn phân bố môi trường lỏng thường ổn định chất gây thấm HỖN DỊCH = TIỂU PHÂN RẮN (pha phân tán) + DẪN CHẤT (môi trường phân tán) + CHẤT GÂY THẤM (chất ổn định) Nhũ tương (emulsion): hệ phân tán dị thể gồm tiểu phân lỏng phân bố môi trường lỏng ổn định chất nhũ hóa NHŨ TƯƠNG = TIỂU PHÂN LỎNG (pha nội, pha phân tán) + PHA NGOẠI (pha liên tục, môi trường phân tán) + CHẤT NHŨ HÓA (chất ổn định) Phân biệt bão hòa (saturation) hỗn hòa (miscibility) Bão hòa (saturation) trạng thái cân thiết lập hòa tan kết tinh chất tan môi trường phân tán điều kiện xác định Khi đó, chất tan hòa tan tối đa vào dung môi Chính vậy, nồng độ bão hòa độ tan (solubility) chất tan dung môi điều kiện xác định Hệ bão hòa tồn trạng thái dung dịch (hệ đồng thể) Khi nồng độ chất tan vượt ngưỡng bão hòa xuất tiểu phân, hệ chuyển sang dị thể (hệ tiểu phân) VD Lưu huỳnh bão hòa ethanol, Canci sulfat bão hòa nước dung dịch (hệ đồng thể) Hỗn hòa (miscibility) tính chất thành phần hòa tan vào tỷ lệ tạo dung dịch đồng (hệ đồng nhất) VD Ethanol nước hòa tan vào tỷ lệ gọi hỗn hòa Bài tập: Phân biệt hệ đồng thể, hệ dị thể hệ đồng ? Phân biệt chất lưỡng tính (amphiphile) chất lưỡng điện tích (zwitterion) Chất lưỡng tính (amphiphile) thành phần hóa học vừa có nhóm thân nước (hydrophilic group) vừa có nhóm thân dầu (lipophilic group) công thức cấu tạo phân tử VD Chất hoạt động bề mặt (surfactant) Chất lưỡng điện tích (zwitterion) thành phần hóa học tồn điện tích âm (negative electrical charge) lẫn điện tích dương (positive electrical charge) công thức cấu tạo phân tử VD Acid amin, phosphatidylcholine Bài tập: - Phân biệt zwitterion amphoteric compound ? - Phân biệt chất diện hoạt (chất hoạt động bề mặt, surfactant) chất đồng diện hoạt (co-surfactant) ? - Phân biệt dung môi (solvent) đồng dung môi (co-solvent) ? - Phân biệt chất đồng diện hoạt (co-surfactant) đồng dung môi (co-solvent) hệ tiểu phân ? Chất xúc tác (catalyst): Chất xúc tác đồng thể (homogeneous catalyst) chất xúc tác dị thể (heterogeneous catalyst) Chất xúc tác (catalyst): chất làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học bảo toàn khối lượng sau phản ứng kết thúc Với diện chất xúc tác, phản ứng hóa học xẩy nhanh cần lượng hoạt hóa (activation energy) Chất xúc tác đồng thể (homogeneous catalyst): chất xúc tác pha với chất phản ứng, phản ứng xẩy hệ đồng thể VD HCl xúc tác phản ứng thủy phân ethyl acetat Chất xúc tác dị thể (heterogeneous catalyst): chất xúc tác khác pha với chất phản ứng, phản ứng xẩy bề mặt phân chia pha hệ dị thể VD Pt Au xúc tác phản ứng phân hủy HI Bài tập: Trình bày thuyết xúc tác đồng thể thuyết xúc tác dị thể ? Phân biệt hấp phụ (adsorption) hấp thụ (absorption) Hấp phụ (adsorption): trình gia tăng nồng độ chất bề mặt pha VD Acid acetic hấp phụ than hoạt Hấp thụ (absorption): trình gia tăng nồng độ chất vào bên pha VD Nước hấp thụ oxy từ không khí Bài tập: Phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học ? Phân biệt hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học ? ... hấp phụ) Hiện tượng hấp phụ xẩy tương tác chất bị hấp phụ phần tử bề mặt chất hấp phụ lớn so với tương tác chất bị hấp phụ phần tử môi trường phân tán BÀI TẬP: CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT (CHĐBM, CHẤT... căng bề mặt chất lỏng ống rỗng kéo lên cao so với bề mặt môi trường chất lỏng khoảng, ngược lại hạ thấp ống rỗng khoảng Hấp phụ: gia tăng nồng độ chất (chất bị hấp phụ) bề mặt chất khác (chất hấp. .. tồn bề mặt phân chia pha Hệ tiểu phân hệ dị thể gồm pha phân tán phân bố môi trường phân tán mức độ tiểu phân (particles) ổn định Hệ tiểu phân tồn pha có bề mặt phân chia pha Ví dụ hệ tiểu phân: