5.1.3. Поверхностно-активные вещества. Применение поверхностно-активных веществ в фармации

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — это вещества, которые способны накапливаться в поверхностном слое и увеличивать общее количество адсорбированного вещества. Отсюда следует, что коэффициент поверхностного натяжения раствора с поверхностно-активными веществами _ПАВменьше, чем коэффициент поверхностного натяженияσраствора без этих веществ. Иначе накопление ПАВ в поверхностном слое не приводило бы к уменьшению поверхностной энергииU_п, и накопления этих веществ в поверхностном слое не происходило бы.

Следствие: «хорошие» ПАВ обладают и малой растворимостью, что не позволяет им уходить в глубину раствора. По определению, у раствора с ПАВ поверхностная концентрация адсорбента α_ПАВбольше поверхностной концентрации адсорбтиваαбез них.

Характерной особенностью строения молекул ПАВ является их дифильность. Молекулы состоят из двух частей (рис. 5.3) — полярной группы («головки») и неполярного углеводородного радикала («хвоста»).

Рис. 5.3.Дифильная молекула

В фармации поверхностно-активные вещества находят многообразные применения. Первое — они составляют основу косметических средств (мыло). Второе — ПАВ используются как переносчики биологически активных веществ через клеточные мембраны организма. Третье — ПАВ используются для формирования поверхностей твердых лекарственных форм (капсул и таблеток).

5.2. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа

Стремясь сократиться, поверхностные области жидкости создают дополнительное поверхностное давление р_п. Для вычисления давления используемпервое начало термодинамики, которое в отсутствие передачи теплоты записывается какΔU_п=–А. По определению, изменение поверхностной энергииΔU_п =σΔS, а работа против внешних силА ₌–р_пΔV. Отсюда найдемдавление под изогнутой поверхностью(часто говорятискривленной).

(5.6)

Это давление зависит от кривизны поверхности жидкости R. Наиболее простой случай — давление под сферической поверхностью. В этом случаеS ₌4πR²;V ₌4πR³/3. Вычисляем:

(5.7)

(5.8)

Окончательно для давления под сферической поверхностью находим:

(5.9)

В общем случае для жидкости с поверхностью произвольной кривизны можно в каждой точке провести соприкасающиеся с этой точкой окружности с радиусами R₁иR₂. Тогда:

(5.10)

Формулы (5.9) и (5.10) называютсяформулами(законами)Лапласа.

5.3. Процессы испарения и конденсации

Испарение, как явление, состоит в том, чтомолекулы жидкости покидают ее поверхность. Покидающие жидкость молекулы преодолевают притяжение соседних молекул и совершают работу против этих сил притяжения. Эта работа называетсяработой выхода испарения.

Вышедшие из жидкости молекулы образуют газ, который называется паром. Выходящие молекулы совершают работу против сил внешнего давления, связанную с увеличением объема при переходе в газообразное состояние. Совершить работу выхода и преодолеть силы внешнего давления способны только молекулы с энергией больше средней. Из-за этого, при испарении, средняя энергия молекул жидкости понижается и, в силу основного уравнения молекулярно-кинетической теории(см.гл. 1), понижается также и температура жидкости.

Явление перехода молекул пара обратно в жидкость называется конденсацией. Очевидно, что чем больше плотность пара, тем большее количество молекул возвращается в жидкость. Если число испаряющихся молекул за достаточно длительное время равно числу конденсирующихся молекул, то пар называется насыщенным. Зависимость давления от объема для систем с двумя и более фазами вещества называетсяфазовой диаграммой.Фазовая диаграмма«жидкость–пар–газ» приведена нарис. 5.4.

Рис. 5.4.Диаграмма равновесных состояний: жидкость (1) — газ (2) — жидкость и насыщенный пар (3) — ненасыщенный пар (4)