Układ dyspersyjny
Układ dyspersyjny jest mieszaniną składającą się z co najmniej dwóch faz – fazy rozproszonej (rozdrobnionych cząstek danej substancji) oraz fazy rozpraszającej (ośrodka dyspersyjnego), w której cząstki tej substancji są rozproszone. Faza rozproszona i faza rozpraszająca mogą występować we wszystkich stanach skupienia z wyjątkiem układu gaz-gaz, który występuje wyłącznie w przypadku roztworów właściwych (powietrze).Układy dyspersyjne różnią się między sobą stopniem rozdrobnienia cząstek (stopniem dyspersji). Cząstki rozdrobnione o większych rozmiarach charakteryzują się mniejszym stopniem dyspersji, i odwrotnie – cząstki rozdrobnione o mniejszych rozmiarach cechują się większym stopniem dyspersji w ośrodku rozpraszającym.
Piana morska – przykład układu dyspersyjnego. Źródło: Wikimedia.org
- roztwory właściwe (roztwory rzeczywiste) – układy o rozdrobnieniu drobinowym; mieszaniny jednorodne (homogeniczne), w których faza rozproszona składa się z cząstek o rozmiarach mniejszych od 1 nm (atomy, cząsteczki, jony);
- koloidy (zole, liozole) – układy o rozdrobnieniu pośrednim; mieszaniny niejednorodne (heterogeniczne), w których faza rozproszona składa się z cząstek o rozmiarach 1 nm – 1 μm; koloid sprawia wrażenie mieszaniny jednorodnej (homogenicznej) ze względu na duże rozdrobnienie cząstek fazy rozproszonej; cząstki fazy rozproszonej nie ulegają sedymentacji; mieszaniny stabilne;
- zawiesiny (suspensje) – układy o rozdrobnieniu mechanicznym; mieszaniny niejednorodne (heterogeniczne), w których faza rozproszona składa się z cząstek o rozmiarach większych od 1 μm; rozproszone cząstki zawiesin o gęstości większej od gęstości cieczy ulegają sedymentacji pod wpływem siły grawitacji lub sił bezwładności; mieszaniny te cechują się mało stabilnością z termodynamicznego punktu widzenia.
Koloidy i zawiesiny wykazują efekt Tyndalla, polegający na uginaniu się promieni świetlnych na cząstkach fazy rozproszonej, wskutek czego stają się one widoczne w postaci tzw. stożka Tyndalla.
Efekt Tyndalla. źródło: Pixabay.com
Zawiesiny (suspensje)
Mianem zawiesiny określa się przeważnie mieszaninę, w której fazę rozproszoną stanowią cząstki ciała stałego, a ośrodkiem rozpraszającym jest substancja w ciekłym stanie skupienia, np. błoto (cząstki gleby, gliny lub mułu zawieszone w wodzie), sproszkowana kreda lub mąka zawieszona w wodzie; zawiesiny substancji leczniczych.W zależności od rodzaju cząstek fazy rozproszonej i rodzaju ośrodka rozpraszającego wyróżnia się ponadto następujące mieszaniny:
- aerozol – odmiana gazozolu, czyli mieszaniny, w której fazę rozproszoną stanowią substancje w ciekłym stanie skupienia, a ośrodkiem rozpraszającym jest substancja w gazowym stanie skupienia (np. powietrze); cząstki aerozolu nie ulegają sedymentacji pod wpływem siły grawitacji, gdyż odpychają się wzajemnie ze względu na obecność jednoimiennych ładunków elektrycznych na ich powierzchni;
- kurz – mieszanina, w której fazę rozproszoną stanowią substancje w stałym stanie skupienia (np. sproszkowane ziarna piasku, grudki ziemi, pył), a ośrodkiem rozpraszającym jest substancja o gazowym stanie skupienia (powietrze);
- piana – mieszanina, w której fazę rozproszoną stanowi gaz, a ośrodkiem rozpraszającym jest ciecz; powstawaniu piany w cieczach spowodowane jest obecnością substancji powierzchniowo czynnych, które zwiększają lepkość i zmniejszają napięcie powierzchniowe;
- emulsja – dwufazowy układ dwóch cieczy (polarnej i niepolarnej) nie mieszających się ze sobą; np. mleko (fazę rozproszoną stanowią drobne kropelki tłuszczu, ośrodkiem rozpraszającym jest woda); majonez (emulsja składająca się z oliwy, żółtek jaj, octu winnego lub soku z cytryny) lub lotion (emulsja typu olej w wodzie);
- żwir – okruchowa skała o luźnej postaci zbudowana z różnych skał i minerałów;
- granit - skała o budowie jawnokrystalicznej zbudowana z kwarcu, skalenia potasowego, plagioklazu i biotytu.
Zawiesina mąki w wodzie. Wikimedia.org
Zastosowanie zawiesin
Zawiesiny farmaceutyczne, jak np. antybiotyki (penicylina, chloramfenikol) stanowią jedną z postaci leku (formy aplikacyjnej leku):- w postaci płynnej leku fazę rozproszoną stanowią cząstki substancji leczniczej, a fazą rozpraszającą może być woda, roztwór wodny, alkohole (np. glicerol, etanol) lub olej;
- w postaci półstałej leku (np. maści) cząstki substancji leczniczej są rozpuszczone, zemulgowane lub rozproszone w substancji zwanej podłożem maściowym;
- w postaci stałej leku (np. czopków) cząstki substancji leczniczej są rozpuszczone lub zawieszone w podłożu czopkowym.
Podczas sporządzania zawiesin leków wykorzystuje się substancje pomocnicze:
- koloidy (np. guma arabska, bentonit) zwiększające lepkość fazy rozpraszającej, co wpływa na zmniejszenie szybkości opadania osadu cząstek fazy rozproszonej (sedymentacji);
- nadające cząstkom fazy rozproszonej ładunku elektrycznego, co utrudnia proces sedymentacji; cząstki naładowane wzajemnie się odpychają i nie ulegają agregacji;
- stabilizatory umożliwiające utrzymanie właściwości fizykochemicznych zawiesiny;
- konserwanty zapobiegające rozwojowi drobnoustrojów (np. kwas benzoesowy, benzoesan sodu);
- bufory warunkujące utrzymanie prawidłowego pH zawiesiny.
Wodna zawiesina cząstek asfaltu (emulsja asfaltowa) używana jest w budownictwie do gruntowania podłoża oraz w produkcji powłok izolacji przeciwwilgociowej; w budownictwie drogowym używana jest do zwiększania trwałości połączeń warstw asfaltu oraz utwardzania nawierzchni drogowej.
Maść z palmitynianem retinolu na podłożu wazelinowym. Źródło: Wikimedia.org
Bibliografia
- “Nowa Encyklopedia Powszechna PWN”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997;
- Stanisław Jalnicki, Adolf Fiebig, Małgorzata Sznitowska, Teresa Achmatowicz; “Farmacja stosowana – podręcznik dla studentów farmacji”; Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2003;
- Tadeusz Gałamon; “Chemia – repetytorium dla maturzystów i kandydatów na wyższe uczelnie na kierunkach przyrodniczych i akademiach medycznych”; Wydawnictwo Medyk, Warszawa 2004;
- Loretta Jones, Peter Atkins; “Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009;
- promil
