Характеристика коллоидных растворов

Коллоидные растворы представляют собой улып-рамикрогетерогенную систему, в которой структурной единицей является комплекс молекул, атомов и ионов, называемых мицеллами.

Размер частиц дисперсной фазы коллоидных растворов (от гр. holla — клей и eidos — вид) находится в пределах от 1 до 100 нм (0,1 мкм). Ядро мицеллы образуется вследствие скопления отдельных молекул гидрофобного вещества. Двойной слой ионов, которые окружают ядро (адсорбционный и диффузный), возникает в результате или адсорбции ионов, или же вследствие диссоциации поверхностно размещенных молекул ядра под влиянием внешней среды. Соединения, из которых образуются ионы двойного слоя, называются ионогенными группами.

Соответственно правилу Фаянса на поверхности ядра лиофобной мицеллы адсорбируются преимущественно те ионы, которые имеют с ядром общие химические элементы. Все эти ионы называются потенциал определяющими ионами. Электрически заряженные частицы, ограниченные адсорбционным слоем, называются гранулой. Ионы, которые нейтрализуют гранулу, образуют вокруг ядра ионную атмосферу, распределяясь между адсорбционным и диффузным слоями. Эти ионы называются противоионами. Как правило, в адсорбционном слое мицеллы размещаются потенциалопределяю-щие ионы, а в диффузном — противоионы. Таким образом, мицеллу можно рассматривать как комплекс гранулы и противоио-нов (рис. 112). Подробное строение мицелл рассматривается в курсе физколлоидной химии.

В фармацевтической практике применяются, главным образом, гидрозоли, то есть дисперсные системы, где дисперсионной средой является вода.

Рис. 112. Строение мицеллы

В связи с большим размером частиц коллоидные растворы обладают характерными свойствами: малая диффузионная способность, низкое осмотическое давление, малая способность к диализу, способность рассеивать свет во все стороны при рассматривании растворов в отраженном свете (образуется характерный конус Тинда-ля). Мицеллы в коллоидном растворе находятся в хаотическом движении. Для них характерно броуновское движение.

Коллоидные растворы являются седиментационно устойчивыми системами. Седиментация — это процесс оседания частиц под действием силы тяжести. Оседанию частиц в коллоидных растворах препятствует броуновское движение, которое распределяет частицы по всему объему.

Коллоидные растворы — агрегативно и термодинамически неустойчивые системы, так как частицы обладают избыточной поверхностной энергией. В результате уменьшения поверхностной энергии может происходить коагуляция коллоидных растворов. Коагуляция

— это процесс соединения между собой частиц в дисперсных системах с образованием более крупных комплексов.

Укрупнение частиц в коллоидных растворах возникает под воздействием молекулярных сил сцепления и поверхностного натяжения жидкости. Силы межмолекулярного притяжения содействуют сцеплению частиц при их столкновении, а силы поверхностного натяжения жидкости — уменьшению поверхности соприкосновения жидкости с частицами. Однако, несмотря на это, типовые коллоидные растворы сохраняют свою устойчивость на протяжении определенных сроков, что можно объяснить наличием факторов, препятствующих соединению коллоидных частиц. Один из таких факторов

— наличие у коллоидных частиц одноименных электрических зарядов, благодаря чему они отталкиваются, а, следовательно, не соединяются в большие агрегаты. Коллоидные растворы могут быть устойчивыми только в присутствии третьего компонента — стабилизатора, который, адсорбируясь на поверхности раздела частица-среда, предупреждает коагуляцию. Устойчивость коллоидных систем улучшается и за счет возникновения сольватных слоев из молекул растворителя.

Коллоидные растворы — неравновесные системы: они не обладают свойствами обратимости (если коллоидный раствор упарить или осадить электролитом, а потом снова добавить воду, то коллоидный раствор не получится). Необходимо также иметь в виду, что при длительном хранении может происходить так называемое «старение», которое проявляется в слипании частиц, что приводит к их коагуляции. Это явление также отличает коллоидные растворы от истинных.

Устойчивость коллоидных растворов нарушается за счет самопроизвольного слипания частиц, при добавлении электролитов (которые, гидратируясь, отнимают воду от мицеллы коллоидного раствора, то есть нарушается водная оболочка вокруг коллоидных частиц, в результате чего частицы укрупняются и происходит их оседание), при изменении температуры, рН среды, воздействия света.

Устойчивость системы обеспечивается наличием заряда на поверхности частицы (диссоциация вещества, адсорбция одноименных ионов), сольватным слоем, оболочкой из ВМС, ПАВ вокруг частиц дисперсной фазы, препятствующей их слипанию.

Механизм стабилизирующего действия ВМС и ПАВ заключается в том, что они адсорбируются на поверхности частиц и ориентируются на границе раздела фаз таким образом, что полярной частью обращены к полярной жидкости, а неполярной — к неполярным частицам, образуя на поверхности фазы мономолекулярный адсорбционный слой. Ионы ПАВ, адсорбируясь на поверхности раздела, обладают поверхностной активностью, при этом повышаются силы отталкивания между частичками и снижается их поверхностное натяжение, что способствует агрегативной устойчивости. Кроме того, вокруг пленки ПАВ, окружающей частичку, ориентируются молекулы сольватного слоя (в воде — гидратная оболочка). Такие коллоиды называются «защищенными».

Поскольку размер частиц защищенных коллоидов таков, что они не проходят через физиологические мембраны, они лишены способности всасываться, а их препараты, следовательно, проявляют только местное действие.