Растворителях

11. 1. Общая характеристика

Фармацевтический раствор (Solutio) — жидкая гомогенная термодинамически устойчивая лекарственная форма переменного состава, полученная растворением одного или нескольких лекарственных веществ, предназначенная для инъекционного, внутреннего или наружного применения. Растворы, предназначенные для дозирования больным каплями, носят название капли (Guttae).

Вещества, составляющие раствор, называют его компонентами.

Растворы веществ с молекулярной массой менее 5000 г/моль называют растворами низкомолекулярных веществ (соединений), более 5000 г/моль — растворами олигомеров или высокомолекулярных веществ.

В аптеках изготавливают растворы электролитов, неэлектролитов и амфолитов. Растворы низкомолекулярных веществ являются истинными. Они характеризуются гомогенностью состава, отсутствием границы раздела между растворенным веществом и растворителем.

Растворы могут быть трех агрегатных состояний: твердые, жидкие, газообразные и могут быть получены в свою очередь растворением твердых, жидких и газообразных веществ. В аптеках изготавливают в основном растворы твердых и жидких веществ. Растворы газообразных веществ, например аммиака, формальдегида, водорода хлорида и других аптеки получают в виде препаратов промышленного производства.

Вещество, которое в процессе изготовления не меняет своего агрегатного состояния, выписано в большем количестве (объеме или массе) и растворяет наибольшее количество ингредиентов препарата, является растворителем. Если в прописи рецепта растворитель не указан, то в соответствии с ГФ изготавливают водные растворы.

Д. И. Менделеев доказал, что растворение не является простым механическим раздроблением вещества, а представляет собой сложный физико-химический процесс, при котором взаимодействуют молекулы растворителя и растворяемого вещества с образованием сольватов (в случае использования в качестве растворителя воды сольваты называют гидратами).

Гидраты, образующиеся в результате донорно-акцепторного взаимодействия, представляют собой частный случай комплексных соединений.

Часто растворяемое вещество может химически взаимодействовать с растворителем, например, аммиак в воде образует гидро-ксид аммония и др.

О физико-химическом взаимодействии можно судить по следующим признакам:

изменению объема при растворении веществ: он может уменьшаться (в случае образования спиртогидратов, например, при смешивании этанола с водой очищенной — явление контракции) или увеличиваться (при растворении большинства твердых веществ);

по тепловому эффекту растворения (количеству энергии Q, выделенному или поглощенному в процессе растворения) или изменению энтальпии (запаса внутренней энергии) системы в пределах реакции в условиях изобарного процесса (∆Н = -Q). Выделение тепла (Q > 0, ∆ H <0) — признак экзотермической реакции (энергия сольватации выше энергии, затрачиваемой на разрушение ассоциатов молекул и кристаллической решетки), поглощение тепла (О < 0, ∆ H > 0) — признак эндотермической реакции (энергия, затрачиваемая на разрушение ассоциатов молекул и кристаллической решетки выше, чем энергия сольватации).

Изменение энтальпии процесса растворения в соответствии с законом Гесса рассматривают как алгебраическую сумму эндо- и экзотермических процессов, сопровождающих растворение.

Теплоту, выделяемую при растворении 1 моля вещества, называют теплотой растворения. Так, при растворении в воде безводного меди сульфата выделяется значительное количество теплоты, а при растворении натрия хлорида температура раствора практически не изменяется.

Теплота растворения в воде некоторых неорганических лекарственных веществ, АН растворения, кДж/моль

Серебра нитрат................................................... 20, 8

Кальция хлорид............................................... -75, 3

Кальция хлорид (кристаллогидрат, 6H₂O)................. 19, 1

Меди сульфат..................................................... -66, 5

Меди сульфат (кристаллогидрат, 5Н₂0)............. 11, 6

Калия бромид................................................. 17, 0

Калия йодид.................................................... 16, 6

Калия перманганат............................................. 43, 5

Магния сульфат............................................... -85, 0

Магния сульфат (кристаллогидрат, 7Н₂0)......... 16, 2

Натрия бромид.................................................... 2, 6

Натрия тетраборат............................................. -43, 0

Натрия тетраборат (кристаллогидрат, 10H₂O) 108, 0

Натрия сульфат.................................................. -2, 3

Натрия сульфат (кристаллогидрат, 10Н₂О)............ 79, 1

Натрия хлорид................................................... 3, 8

Свинца ацетат................................................. -5, 9

Свинца ацетат (кристаллогидрат, 3Н₂О)....... 23, 0

Цинка сульфат................................................... -77, 6

Цинка сульфат (кристаллогидрат, 7Н₂О)...... 17, 9

Процесс растворения схематично может быть представлен следующим образом. Сначала идет сольватация (гидратация) поверхностно расположенных ионов или молекул, затем — разрушение кристаллической решетки и образование сольватной (гидратной) оболочки вокруг отделившихся ионов или молекул. Диффузия сольватированных (гидратированных) ионов и молекул приводит к равномерному их распределению во всем объеме растворителя.

Образование сольватов осуществляется за счет межмолекулярных сил (координационных и водородных связей, электростатического взаимодействия, ван-дер-ваальсовых сил). Сольваты менее прочны, чем обычные химические соединения, легко разрушаются при повышении температуры. Однако иногда вода гидратной оболочки прочно связана с ионами или молекулами растворяемого вещества и сохраняется в составе его кристаллов при выделении из растворов (кристаллизационная вода).

Процесс растворения сопровождается значительным возрастанием энтропии системы (AS> 0), так как резко увеличивается число ее микросостояний. Несмотря на эндотермичность растворения большинства кристаллов, изменение энергии Гиббса системы при растворении отрицательно: AG (АН - TAS)<0, и процесс протекает самопроизвольно. Самопроизвольно процесс растворения идет, как правило, медленно.

В соответствии с ГФ медленнорастворимыми считают вещества, требующие для растворения более 10 мин. Процесс растворения ускоряют, применяя предварительное измельчение, нагревание и перемешивание. Измельчение способствует увеличению общей поверхности контакта вещества с растворителем.

Растворимость твердых веществ почти не зависит от давления, но с повышением температуры в большинстве случаев она возрастает. Это объясняется тем, что нагревание усиливает колебательные движения молекул или ионов в кристаллической решетке, уменьшая ее прочность. Увеличивается скорость движения молекул растворителя, уменьшается его вязкость, увеличивается скорость движения сольватированных ионов и (или) молекул растворяемого вещества. Растворимость газов — экзотермический процесс за счет сольватации молекул. Согласно прин-

ципу Ле-Шателье растворимость газов с повышением температуры уменьшается.

Перемешивание обеспечивает доступ растворителя к веществу, способствует изменению концентрации раствора у поверхности растворяемого вещества.

Швейцарский ученый А. Фикк установил, что скорость диффузии вещества тем выше, чем выше температура и больше разница концентраций. Однако повышение температуры не всегда повышает растворимость веществ. Например, растворимость натрия хлорида с ростом температуры повышается незначительно, а растворимость кальция глицерофосфата — понижается.

Растворимость при постоянных условиях — это константа, которая характеризует концентрацию насыщенного раствора. В насыщенных растворах протекают одновременно два процесса: растворение и обратная кристаллизация вещества, которые находятся в состоянии динамического равновесия.

В ГФ под растворимостью понимают способность вещества растворяться в различных растворителях, принятых фармакопеей. Показатели растворимости в различных средах приведены в частных статьях. Если растворимость является показателем чистоты вещества, об этом в статье есть специальное указание. Часто в фармакопейных статьях растворимость вещества обозначается в условных терминах, например, «растворим», «практически нерастворим», разъяснение которых дано в таблице статьи ГФ «Растворимость». Здесь же приведена методика определения растворимости и контроль полноты растворения. Вещество считают растворившимся, если в растворе при наблюдении в проходящем свете не обнаружены частицы вещества.

В соответствии с ГФ условные термины растворимости (количество растворителя, частей для растворения в I части) имеют следующие значения:

очень легко растворимое вещество..................... ≤ 1

легко растворимое........................................ 1... 10

растворимое.................................................... 10... 30

умеренно растворимое................................. 30... 100

мало растворимое............................................. 100... 1000

очень мало растворимое............................. 1000... 10000

практически нерастворимое......................... > 10 000

Технолог при изготовлении растворов должен знать некоторые общие закономерности растворимости веществ.

Вещества с одинаковым характером связей имеют большую тенденцию к взаимной растворимости. Подобное растворяется в подобном (Similia similibus solventur). Например, вода — полярный растворитель, который благодаря дипольному характеру молекул легко растворяет полярные вещества (натрия хлорид, аммония

хлорид и др.). Высокая растворимость веществ обусловлена образованием связей (водородных или донорно-акцепторных) с растворителем.

Для сравнения растворяющей способности растворителей используют понятие диэлектрической проницаемости е, которая показывает, во сколько раз напряженность поля Е с данным веществом ниже, чем в вакууме (табл. 11. 1). Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем лучшим растворителем является жидкость для полярных веществ.

Жидкости могут растворяться одна в другой неограниченно (вода — этанол), или ограниченно (хлороформ — вода), не смешиваться (вода —масла растительные).

Важной характеристикой любого раствора является концентрация, которая показывает, в каком соотношении находятся в растворе растворитель и растворяемое вещество. В аптеках изготавливают разбавленные и концентрированные растворы. Не готовят растворы насыщенные и близкие по концентрации к насыщенным. Исключение составляет насыщенный раствор калия йодида, который используют для получения водных и глицериновых растворов йода (растворы Люголя).

Насыщенный раствор — это раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой растворяемого вещества в данных условиях. Насыщенные растворы неустойчивы, легко становятся пересыщенными при изменении внешних условий. При попадании механических включений, пыли, кристаллов этого же вещества может произойти кристаллизация.

Насыщенные и ненасыщенные растворы нельзя путать с разбавленными и концентрированными. Насыщенные растворы ма-

Т а б л и ц а 11. 1

Значения диэлектрической проницаемости некоторых дисперсионных сред

Дисперсионная среда	Диэлектрическая проницаемость, ε	Растворимость аммония хлорида, г на 100 г жидкости
Вода очищенная	80, 4	27, 3
Глицерин	56, 2	9, 0
Димексид	46, 6	10, 0
Масло оливковое	3, 00	0, 0
Хлороформ	4, 79	0, 0
Этанол	25, 7	3, 4
Эфир медицинский	4, 22	0, 0