Тема 2. Фазовое равновесие.

Учение о фазовом равновесии рассматривает вопросы, связанные с физико-химией фазовых переходов (испарение, кипение, сублимация, плавление, отвердевание, конденсация пара, растворение, кристаллизация из растворов, экстракция и т. д.) в одно- и многокомпонентных системах. Уже из этого перечисления видна тесная связь учения о фазовом равновесии с фармацевтической практикой, в особенности в области фармацевтической технологии и анализа. Так, в частности, термодинамика фазовых переходов является теоретической базой перегонки (простой, фракционной, ректификации, перегонки с водяным паром), жидкостной экстракции, получения настоек, вымораживания и других процессов, применяемых при получении лекарственных веществ из растительного сырья. Определение с помощью термического анализа температур плавления эвтектических смесей лекарственных веществ позволяет предусмотреть их физическую совместимость или несовместимость. Изучение диаграмм плавления и свойств эвтектических смесей, образующихся при отвердевании двойных смесей, позволяет улучшить качество лекарств, повысить их биодоступность.

Закон распределения третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкостями лежит в основе не только жидкостной экстракции, как технологического метода выделения веществ из растворов, но и распределительной хроматографии (в том числе хроматографии на бумаге). Коэффициент распределения веществ между водой и н-октанолом и его логарифм (параметр гидрофобности) являются важнейшими параметрами при изучении всасывания лекарственных веществ и проникновения их сквозь клеточные мембраны.

Изучив данную тему и выполнив лабораторные работы, относящиеся к ней, студент должен знать:

· основные понятия теории фазовых равновесий (фаза, компонент, число независимых компонентов, вариантность);

· правило фаз Гиббса;

· виды фазовых диаграмм и принципы их построения;

· законы Нернста, Рауля, Коновалова, Дальтона, правило Алексеева;

· физико-химические основы экстракции и различных видов перегонки;

· причины образования и свойства азеотропных растворов и эвтектических смесей.

Студент должен уметь:

¨ строить и анализировать диаграммы кипения, плавления, растворения;

¨ проводить жидкостную экстракцию;

¨ рассчитывать коэффициент распределения и степень ассоциации веществ в растворе;

¨ рассчитывать число операций экстрагирования, необходимых для достижения заданной степени извлечения растворенного вещества;

¨ определять температуру гетерогенизации и критическую температуру растворения жидкостных смесей;

¨ с помощью правила рычага определять соотношение масс различных фаз в гетерогенных системах;

¨ определять состав эвтектик и азеотропов и температуры их фазовых переходов;

¨ с помощью правила фаз рассчитывать вариантность (число степеней свободы) гетерогенных систем.

Студент должен приобрести или закрепить навыки:

* приготовления и отмеривания растворов;

* титрования;

* пользования термометрами;

* пользования справочной литературой;

* табулирования экспериментальных данных;

* построения и анализа графиков (диаграмм).

Вопросы для самоподготовки

1. Фазовое равновесие. Основные понятия (фаза, компонент, число не­зависимых компонентов, вариантность системы, фазовые переходы). Правило фаз Гиббса.

2. Фазовые диаграммы (диаграммы состояния). Диаграмма состояния однокомпонентной системы и её анализ (на примере воды).

3. Уравнение Клапейрона для фазовых переходов (вывод).

4. Уравнение Клаузиуса - Клапейрона для процесса кипения (вывод).

5. Растворы. Способы выражения концентрации и соотношения между ними. Растворы в фармации.

6. Двухкомпонентные (бинарные) смеси летучих жидкостей. Идеальные растворы. Закон Рауля.

7. Реальные растворы. Отклонения от закона Рауля. Диаграммы кипения. 1-й закон Коновалова.

8. Простая перегонка и ректификация бинарных смесей.

9. 2-й закон Коновалова. Азеотропные смеси, их виды. Примеры. Способы разделения азеотропных смесей. Получение абсолютизированного спирта.

10. Ограниченно растворимые друг в друге жидкости. Диаграмма растворимости. Критическая температура растворения (КТР). Правило Алексеева.

11. Несмешивающиеся жидкости. Закон Дальтона. Перегонка с водяным паром. Уравнение для коэффициента расхода пара (вывод).

12. Третий компонент в системе из двух несмешивающихся жидкостей. Закон распределения Нернста. Коэффициент распределения. Жидкостная экстракция в фармации.

13. Уравнения для расчета массы растворенного вещества, переходящего в экстракт и остающегося в первоначальном растворе (вывод). Степень извлечения. Расчет числа операций экстрагирования для достижения заданной степени извлечения.

14. Диаграммы плавления бинарных смесей. Кривые охлаждения. Термический анализ.

15. Диаграммы плавления смесей веществ, образующих химические соединения. Диаграммы плавления тройных смесей.

16. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Понижение (депрессия) температуры отвердевания растворов. Криоскопическая константа. Криометрическое определение молярной массы веществ.

17. Повышение температуры кипения растворов. Эбуллиоскопическая константа. Эбуллиоскопическое определение молярной массы веществ.

18. Осмос. Осмотическое давление растворов неэлектролитов и электролитов. Изотонический и осмотический коэффициенты. Уравнение Вант-Гоффа.

19. Изо-, гипо- и гипертонические растворы в фармации. Изотонирование. Осмометрическое определение молярной массы веществ.