SISTEMA DISPERSO Fase interna, discontinua o dispersa Fase externa, continua o dispersante

Tipos de sistema dispersoTIPO DE DISPERSION

TAMAÑO DE PARTICULA

EJEMPLO

Molecular (disolución)

< 1 nm Glucosa en agua

Coloidal 1 nm – 0,5 µ∗ Gelatina en agua

Grosera > 0,5 µ Suspensiones y emulsiones

Límite superior: 0,1 µ a 1 µ según distintas fuentes bibliográficas.

mµ 1 10 100 1000 10.000 100.000 1.000.000

µ 0.001 0,01 0,1 1 10 100 1000

mm 0,000001 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1

Átomos Moléculas Coloides

Partículas suspendidas

Bacteria

Microscopio

Clasificación

Sistemas líquidos Soluciones (sistemas homogéneos)

Sistemas dispersos (no homogéneos, 2 o más fases) Sistemas sólido-líquido Sistemas coloidales Liófilos Liófobos Suspensiones Geles Magmas Suspensiones groseras Sistemas líquido-líquido Emulsiones

Caracteres distintivos:

• Afinidad

• Estabilidad

Coloides

• Son sistemas dispersos de sólido en líquido, donde el sólido tiene un tamaño comprendido entre 1 y 500 mµ (macromoléculas o agregados moleculares).

• Las micelas se encuentran en el rango de tamaño coloidal.

ClasificaciónLiofobos, verdaderos,

irreversibles, suspensoides

Liofilos, protectores, reversibles (mucílagos),

emulsoidesNo aumenta la viscosidad Aumenta la viscosidad

No disminuye la tensión superficial

Disminuye la tensión superficial

Efecto Tyndall y movimiento browniano

Sin efecto Tyndall ni movimiento browniano

Sensible a la presencia de electrolitos

Menor sensibilidad a electrolitos

Coloides liofilos

• Afines al solvente• Termodinámicamente estables• Partículas solvatadas• Pérdida de estabilidad:

– Por adición de elevadas cc de electrolitos (efecto salino)

– Por mezcla de coloides hidrófilos con cargas opuestas (coacervación)

Coloides liofobos

• No afines al solvente• Termodinámicamente inestables• Estabilización:

– Haciendo que las partículas adquieran carga eléctrica por agregado de pequeñas cantidades de electrolitos (adsorción)

– Empleando coloides protectores– Agregando tensioactivos

Formación y estabilidad• Hay que aplicar una energía suficiente para vencer la

energía de superficie.• Cualquier expansión de la superficie del líquido requiere

trabajo que se acumulará en el sistema como energía libre.

W = γ . ∆A• La tensión superficial mide la energía libre de la molécula

en la superficie.• La tensión interfacial = entre dos líquidos, entre sólido y

liquido o entre líquido y gas. Es la energía que se opone al aumento de superficie.

• Para formar un sistema disperso estable debemos disminuir la tensión interfacial. Para esto se emplean los tensioacivos.

Propiedades• Los sistemas dispersos se caracterizan por

tener una elevada relación superficie/volumen con mucha energía libre. Las propiedades superficiales son importantes:– Adsorción– Carga eléctrica– Tensión superficial

• Otras propiedades importantes:– Cinéticas (movim browniano, difusión, sedimentac)– Ópticas (efecto Tyndall)– Eléctricas

Interfases sólido-líquido• Humectación: desplazamiento en una superficie

sólida del aire que lo rodea por un líquido. • Cuando las fuerzas de adhesión (del líquido al

sólido) > las de cohesión (de las moléculas de líquido entre sí) el líquido se esparce sobre el sólido.

• Cuando las fuerzas de adhesión son < que las de cohesión, no se extiende.

• Los humectantes aumentan la adhesión.

Interfases líquido-líquido• Adsorción: hay sustancias que se

adsorben en la superficie o interfase (tensioactivos) disminuyendo la tensión superficial y permitiendo que se mezclen las dos fases.

• La parte hidrófila de la molécula del tensioactivo se orienta hacia el agua.

• Los tensioactivos son iónicos o no iónicos, dependiendo de las características de la parte polar.

Estabilidad. Teoría DLVO• Explica la estabilidad en función de las fuerzas de atracción y

repulsión entre las partículas.• Fuerzas de atracción:

– fuerzas de Van der Waals• Fuerzas de repulsión: por adquisición de cargas eléctricas:

– por grupos ionizables– adsorción preferente de iones del medio– adsorción de tensioactivos.– defectos en el cristal.

• Doble capa eléctrica:Atracción sobre la superficie de iones de signo contrario (contraiones). En una segunda capa volvemos a encontrar iones del mismo signo que la molécula.A cierta distancia de la superficie tenemos electroneutralidad.

Factores que afectan la estabilidad de coloides

• Temperatura• Presencia de impurezas• Adición de electrolitos de signo contrario• Presencia de estabilizadores adsorbidos• Repulsión electrostática

Mucílagos

• Son formas farmacéuticas líquidas acuosas espesas que se estiran en hilos y tienen evidentes propiedades adhesivas, características debidas a la presencia de un principio gomoso que puede estar disuelto parcialmente o simplemente hidratado o hinchado.

Reología de los sistemas dispersos

• REOLOGÍA: parte de la física que estudia las propiedades del flujo y de deformación de los fluidos en movimiento.

• LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON: la viscosidad está relacionada con la fuerza de deformación y la velocidad de deformación.

• Fricción interna: sólidos: infinita; gases: nula; líquidos: intermedia.

Comportamiento newtoniano• Cuando aplico una fuerza sobre un líquido se deforma a

velocidad proporcional a la fuerza y fluye. La energía entregada se disipa como calor para vencer la fricción interna que se opone al flujo. No tiene capacidad de retornar como los cuerpos elásticos.

• La viscosidad es una medida de la resistencia a la deformación, se mide en poise (viscosidad dinámica o absoluta).

• F/α = µ . dv/dx• Viscosidad cinemática = µ/δ (Stokes)

F/α dv/dx

Viscosidades de algunos fluidos:Fluido Viscosidad dinámica a

20º C (cP*)Densidad a 20º C

(g/cm3)Agua 0,89 – 1,002 1Metanol 0,544 0,79Etanol 1,074 – 1,20 0,79Etilenglicol 16,1 1,04Glicerol 934 - 1490 1,26Acetona 0,306 0,79Cloroformo 0,58 1,48Ácido acético 1,056 1,05Aceite de oliva 84 0,91Aceite de ricino 986 0,96Solución de sacarosa 58,5 (60%) 1,32 (85%)

* = mPa.seg

Comportamiento no newtoniano• Fluidos plásticos (cuerpos de Bingham) • Fluidos pseudo plásticos• Fluidos dilatantes• Comportamientos tiempo dependientes:

– TIXOTROPÍA: disminución de la viscosidad aparente reversible con el tiempo. Cuando cesa la fuerza de deformación vuelve al estado original, pero demanda tiempo.

– REOPEXIA: cuando cesa la fuerza, el sistema se recupera de forma anómala, sufriendo un entrecruzamiento de los sistemas.

Plásticos

Reograma: F/α

dv/dx

F/α = f + µ dv/dx

Ejemplo: suspensiones concentradas.

Pseudoplásticos

F/α Reograma µ 3 % 2 % 1 % F dv/dx

Ejemplo: dispersiones acuosas de hidrocoloides.

Dilatantes

F/α µ µ o dv/dx cc

Ejemplo: dispersiones que contienen altas concentraciones de partículas pequeñas (50%).

Aplicaciones en vía oral:• La reología de los sistemas líquidos dispersos

es importante porque se debe evitar la sedimentación de partículas durante el reposo (alta viscosidad), pero por agitación debe disminuir la viscosidad de modo que el volcado desde el frasco sea fácil.

• También importa en la tecnología de recubrimiento de formas farmacéuticas sólidas donde suele suspenderse un pigmento en jarabe y debe obtenerse una distribución uniforme sobre la forma farmacéutica.

Medida de la viscosidad• Para flujos newtonianos solo es necesario medir la

viscosidad en un punto ya que es constante, para lo que se puede usar el método capilar (viscosímetro de Ostwald) midiendo el tiempo que tarda en escurrir entre dos marcas del capilar, el de Saybolt que mide el tiempo que tarda en escurrir por un orificio y el de Stokes que mide la velocidad de caida de una esfera.

• Para flujos no newtonianos es necesario obtener un reograma que se puede hacer con un viscosímetro rotacional (Brookfield) o de oscilación que miden resistencia al giro o la oscilación de un elemento que puede moverse a distintas velocidades.

Viscosímetros de Saybolt y de Ostwald:

Determinación de viscosidad:• Ley de Poiseuille:η = π r4 t P / 8 L V

η = K t P

P = h ρ

v1/v2 = t1/t2

Reómetro de extrusión capilar

<>

Ley de Poiseuille:

Viscosímetro rotacional