Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение


Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение.

 

 

Суспензия – это дисперсная система, в которой дисперсная среда представляет собой жидкость, а дисперсная фаза – твердое вещество, что относит ее к разряду грубодисперсных.

 

Суспензия

Классификация, типы и виды суспензий

Свойства суспензий: механические, оптические, электрокинетические, молекулярно-кинетические

Методы приготовления суспензий: диспергационный и конденсационный

Агрегация суспензий

Методы разрушения суспензий: механические, термические, химические, электрические

Применение суспензий

 




Суспензия:

Суспензия – дисперсная система, в которой дисперсная среда представляет собой жидкость, а дисперсная фаза – твердое вещество, что относит ее к разряду грубодисперсных. При этом фаз может быть несколько и представлены они чаще всего в порошкообразном виде.

Ярким примером суспензии считается цементный раствор, сюда же можно отнести краски на основе эмали, буровые промывочные жидкости. Однако наиболее востребованы суспензии в фармацевтической промышленности, т.к. представляют собой одну из самых популярных лекарственных форм.

Свое название система получила от латинского слова suspensio, означающего «подвешивание».  По своей сути суспензия – это взвесь, в которой после соединения жидкой среды и твердой фазы, представленной в виде мельчайших частиц, процессы оседания последней (седиментации) происходят очень медленно. Объясняется это тем, что, в отличие от прочих систем, размер частиц фазы все же велик (более 10 микрометров), а также малой разницей в плотности ее составляющих (фазы и среды). При условии, что концентрация порошкообразной составляющей велика, дисперсная среда образуется очень быстро.

Так, растворенная в воде мука – типичный представитель суспензии. При большой концентрации крупицы муки находятся в жидкости во взвешенном состоянии, практически не оседая на дно. С течением времени седиментация все же произойдет, появится плотный осадок, молекулы которого подвержены силе тяжести. При последующем же перемешивании суспензия вновь приобретет свое первоначальное состояние, причем достаточно быстро.

 


Классификация, типы и виды суспензий:

Разделение суспензий как дисперсной системы на классы, типы и виды проводится с учетом нескольких ключевых характеристик:

1. Природа дисперсной среды. Это может быть вода либо органическая жидкость.

2. Размер частиц дисперсной фазы. Делятся на 3 вида в зависимости от диаметра:

– грубые – не менее 1 микрометра;

– тонкие – от 0,1 до 1 микрометра;

– мути – менее 0,1 микрометра.

3. Концентрация. Объем дисперсной фазы может сделать систему разбавленной (взвесью) либо концентрированной, похожей на пасту.

Разбавленные суспензии менее устойчивы: частицы дисперсной фазы легко перемещаются в среде, непосредственно структура у системы отсутствует, как и кинетическая энергия, связывающая составляющие фазы.

В пастообразных же суспензиях действие соответствующих физических сил присутствует, что делает их связнодисперсными структурированными (имеющими пространственную сетку) системами.

Концентрация или концентрационный интервал напрямую влияет на создание структуры во взвеси, при этом для всех составляющих суспензии эти показатели индивидуальны. Они включают:

– природу дисперсной фазы;

– форму частиц, из которых фаза состоит;

– температуру соединяемых компонентов;

– наличие и формы механического воздействия на суспензию.

Наличие или отсутствие подобной структуры напрямую влияет на свойства получаемых дисперсных систем.

 


Свойства суспензий:

Различают такие основные свойства:

– механические;

– оптические;

– электрокинетические;

– молекулярно-кинетические.

 


Механические свойства суспензий:

Механические свойства паст и взвесей существенно отличаются. Так, в разбавленных суспензиях они напрямую зависят от выбранной дисперсной среды, а в концентрированных от дисперсной фазы и от числа контактов между ее частицами.

Механические свойства проявляются в том, что в разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии – это свободнодисперсные бесструктурные системы.

В концентрированных же суспензиях (пастах), наоборот, между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии – это связнодисперсные структурированные системы.

 

Оптические свойства суспензий:

Проходя через состав, световые лучи способны поглощаться, рассеиваться или отражаться. Самым изучаемым и важным оптическим параметром считается способность суспензии рассеивать свет. При рассеивании свет преобразуется частицами системы, в результате чего его направление меняется, а интенсивность падающего света меняется. Такое свойство характерно для высокодисперсных суспензий. В окрашенных суспензиях световые волны имеют свойство поглощаться, в остальных – отражаться, что придают им мутный вид.

В основе этих свойств лежит взаимодействие между энергией, получаемой в результате электромагнитного излучения дисперсной системы, и частицами, из которых состоит среда состава. К основным параметрам последних относят их:

– природу;

– размеры;

– соотношение между длиной волны электромагнитного излучения и размером молекулы.

 


Электрокинетические свойства суспензий:

Электрокинетические свойства суспензий возникают вследствие контакта между твердыми частицами суспензии, представляющими собой дисперсную фазу, и раствором электролита, с которым состав контактирует.  В результате взаимодействия образуется разность потенциалов: на поверхности суспензии они имеют одну полярность, а в слое, расположенном у самой поверхности – противоположную, что приводит к появлению двойного электрического слоя. Если концентрация электролита мала, ионы с противоположным зарядом имеют смешанный, рассеянный характер, и его выраженность напрямую зависит от этой концентрации: чем она меньше, тем ярче проявляется диффузия.

Разделение зарядов в пространстве также обуславливает основные электрокинетические свойства суспензии. Это:

– электрофорез (движение частиц в среде) – процесс, при котором фазы взаимно смещаются, ощущая воздействие электрического поля;

– электроосмос – перемещение среды, являющейся основой состава, сквозь пористую перегородку;

– появление тока;

– образование разности потенциалов в случае, когда возникает смещение обоих фаз.

Все эти явления часто возникают в грубодисперсных системах, но самый часто используемый – электрофорез.

 

Молекулярно-кинетические свойства суспензий:

Эти свойства возникают в результате хаотического теплового движения молекул дисперсной среды, которые могут быть:

– вращательными;

– поступательными;

– колебательными.

Если среда представлена жидкостью или газом, ее частицы не прекращают движение даже на секунду, в результате чего происходят их столкновения. Каждая молекула перед столкновением с другой проходит определенное расстояние, и ее средний показатель называют средней длиной свободного пробега. Т.к. кинетическая энергия у каждой молекулы индивидуальна, показатели тоже отличаются, и отклонение от среднего параметра приводит к появлению молекулярно-кинетических свойств. Однако эти свойства проявляются довольно слабо из-за того, что размеры частиц в дисперсной среде велики и не могут привести к появлению диффузии (смешиванию), броуновскому движению или осмосу. Слабая кинетическая устойчивость приводит к тому, что разделение фаз в суспензии происходит достаточно быстро и приводит к выделению плотного осадка.

 

Методы приготовления суспензий:

Суспензия представляет собой классическую дисперсную среду, поэтому получить ее можно двумя основными способами:

– диспергационным (дисперсным) – дроблением более крупных частиц фазы на мелкие;

– конденсационным (кристаллизационный) – увеличением исходного размера частиц до нужных параметров.

 

Диспергационный метод приготовления суспензии:

К диспергационному методу прибегают в том случае, когда требуется изготовить суспензию, дисперсной фазой которой выступает вещество нерастворимое или малорастворимое в выбранной среде.  Если молекулы фазы не обладают способность впитывать воду или растворяться в ней, набухать при контакте с жидкость, применяется такая техника изготовления тонкой суспензии, как взмучивание.

Процесс достаточно прост: твердую фазу слегка смачивают жидкостью, которой представлена дисперсная среда, и тщательно растирают. После добавляют чуть большее количество среды и дают образовавшейся суспензии отстояться. Под действием силы тяжести недостаточно измельченные частицы осядут на дно, образуя осадок, а более мелкие и легкие останутся во взвешенном состоянии. Верхний, мелкодисперсный слой, аккуратно отделяют, а грубодисперсный снова подвергают измельчению. Процедура может проводится несколько раз – столько, сколько потребуется для получения устойчивой суспензии.

Более быстрым этот метод становится, если при измельчении частиц используется правило Дерягина: определение правильного соотношения между твердой фазой и жидкой средой в момент растирания. Оптимальными параметрами считается 0,4-0,6 миллилитров воды или органической жидкости на 1 грамм порошкообразного вещества. В такой концентрации трение частиц друг о друга считается наилучшим, и крупные гранулы быстро и легко разрушаются до нужных размеров. Еще один важный нюанс – появление расклинивающей способности дисперсной среды, что возможно лишь при правильно выбранном соотношении.

Для получения слабо концентрированных суспензий применяют такие методы, как взбалтывание, смешивание вручную или при помощи простых механизмов (миксер). Для концентрированных составов (паст) оптимальным станет классическое растирание.

 

Конденсационный метод приготовления суспензии:

Конденсационный метод приготовления суспензии подразумевает соединение двух веществ, каждое из которых растворимо в отдельности, но при обоюдном смешивании образующее нерастворимую взвесь. Чаще всего необходимо приготовить два отдельных состава, где фаза и среда хорошо реагируют между собой, а после соединить их.

Ярким примером данного метода считается получение фармацевтического состава из разведенных в воде концентрированных спиртового экстракта или настойки. Как результат – уменьшение концентрации спиртов, что приводит к выпадению в осадок составляющих экстракта или настойки, появлению грубого осадка, ранее легко растворимого в крепком спирте, но не способного сохранить свою структуру в жидкости, где концентрация спирта мала или вовсе отсутствует.

Таким способом получают эфирные масла, смолы, липиды, воск, стеарин и прочие вещества. Контактируя со спиртами, они представляют собой истинные растворы, но выпадая в осадок превращаются в гетерогенные системы, обычно легко извлекаемые из жидкости. Последний параметр зависит от выбранного в качестве замены растворителя и водорастворимости самих составляющих.

После получения нерастворимой фазы можно готовить требуемую суспензию путем смешивания ее с выбранной дисперсной средой. Однако следует учитывать, что каждая подобная фаза имеет собственные химические и физические свойства и при неумелом или неправильном обращении способна образовать твердый осадок, для растворения которого потребуется приложить множество усилий. Поэтому вещества для ее повторного растворения следует выбирать очень тщательно и учитывать все ключевые параметры.

 

Агрегация суспензий:

Для больше устойчивости дисперсной системы в ее состав вводят стабилизаторы – вещества, препятствующие слипанию более мелких частиц в крупные с последующим оседанием их на дно под действием силы тяжести. Чаще всего используют:

– низкомолекулярные электролиты;

– коллоидные поверхностно-активные вещества;

– высокомолекулярные соединения (ВМС).

 

Методы разрушения суспензий:

В некоторых случаях суспензию требуется не только создать, но и провести обратный процесс – разрушить ее. Для этого используются различные способы.

 

Механические методы разрушения суспензий:

В основе механических методов разрушения суспензий лежит разделение дисперсной фазы от дисперсной среды при помощи механических приспособлений или устройств. Основные из них – применение отстойника, где состав хранится требуемое для выпадения осадка время, либо центрифуга, разделяющая твердые и жидкие компоненты в считанные минуты. Эти способы подходят для суспензий с малой агрегативной устойчивостью (способностью частиц к объединению) либо как завершающий этап разрушения.

 

Термические методы разрушения суспензий:

Термические методы разрушения суспензий представляют собой два классических способа воздействия:

– снижение температуры до критической – заморозка и оттаивание в естественных условиях;

– высушивание – увеличение концентрации дисперсной фазы за счет извлечения из состава жидкой среды.

Эти методы требуют наличия специального оборудования, часто с высоким энергетическим потреблением, и не рассчитаны на большие объемы, поэтому применяются исключительно в бытовых условиях.

 

Химические методы разрушения суспензий:

Химические методы разрушения суспензий требуют использования определенных химических веществ – реагентов, соединение   с которыми составляющих суспензии и приводит к изменению и разрушению ее агрегативных свойств. Разрушая способность частиц объединяться между собой (агрегацию), такие вещества снижают параметры слипания мелких частиц в крупные (коагуляцию), а их выбор зависит от исходных составляющих суспензия и стабилизатора (его наличия и вида либо отсутствия).

 

Электрические методы разрушения суспензий:

Электрические методы разрушения суспензий подходят для дисперсных систем, частицы которых обладают зарядом, т.е. их стабилизация обусловлена ионогенными компонентами. Под действием электрического поля в разрушаемом составе возникает разность потенциалов, что, в свою очередь, провоцирует направленное движение заряженных частиц с последующим оседанием тех на требуемом электроде.

Как и термические методики, подразумевает наличие дорогостоящего оборудования и серьезных затрат энергии, поэтому не нашли отражение в тех отраслях промышленности, где требуется разрушение больших объемов суспензий.

 

Применение суспензий:

Образование суспензий возможно двумя способами – искусственным, посредством рук человека, и естественным, т.е. силами природы. К последним относят образование осадочных пород и многих полезных ископаемые, появление рек посредством намыва грунта сильными и неутомимыми ручьями и родниками. Однако более широкое применение находят дисперсные системы, созданные человеком. Сегодня суспензия – это неотъемлемая часть таких областей промышленности:

– химической;

– цементной;

– керамической;

– силикатной;

– горно-металлургической;

– бумажной;

– пищевой;

– текстильной;

– косметической;

– кожевенной и прочих.

Невозможно представить современную медицину без подобных составов. Они изготавливаются из следующих порошков:  амоксиклав, урсофальк, аугментин, супракс, сумамед, энтерофурил, пирантел, клацид, мотилиум, парацетамол, амоксициллин, зиннат, немозол, гевискон, панцеф, азитромицин, празицид, нимулид, маалокс и пр.

 

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

 





Найти что-нибудь еще?










Похожие записи:



карта сайта