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LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA FARMACÉUTICA DEPARTAMENTO DE FISICOQUÍMICA

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TEMA

SISTEMAS DISPERSOS

OBJETIVO ACADÉMICO

Introducción al estudio de los sistemas coloidales

El alumno aprenderá métodos básicos para la preparación de sistemas coloidales, la evaluación de su estabilidad, el uso del diagrama ternario en la formulación de un producto farmacéutico y la evaluación de una propiedad fisicoquímica importante como es la viscosidad


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PREPARACION Y ESTABILIDAD DE SISTEMAS COLOIDALES

(Evaluación cualitativa de propiedades eléctricas y de estabilidad)

Objetivo Principal.

Aprender la terminología propia del área de los sistemas dispersos. Preparar dispersiones coloidales por métodos de agregación y disgregación. Conocer algunas de las propiedades que identifican a los sistemas coloidales

Cuestionario previo.

1. Sistemas dispersos y clasificación. Definir y dar ejemplos de cada caso. 2. Componentes de un sistema coloidal y características del componente principal. 3. ¿Propiedades y características que identifican a un sistema coloidal? 4. Descripción breve de los Métodos de agregación y de disgregación para la preparación de

sistemas coloidales. 5. Describa la teoría de la “doble capa eléctrica”, ¿Qué establece la Regla de Schulze-Hardy? 6. Anexar la serie liotrópica de Hoffmaister. ¿Qué información proporciona y cuál es su utilidad? 7. Definición de los términos SOL y GEL, características de c/u. Tipos o clasificación.

Técnica experimental. PRIMERA PARTE: MÉTODOS DE PREPARACIÓN.

PREPARACIÓN DE SOLES

Sol de Yoduro de Plata.

Se prepararan dos disoluciones: una de yoduro de potasio y otra de nitrato de plata a una cierta concentración. Estarán colocadas en la campana de extracción para su utilización. Elaboración del sol de plata: Matraz 1: colocar 8 ml de KI 0.1 N y diluir con agua destilada a 25 mL. Matraz 2: colocar 4 ml de AgNO3 0.1 N y diluir con agua destilada a 25 mL.


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Poco a poco y agitando, verter la solución de AgNO3 sobre la de KI; dejar en reposo de 10 minutos. Realizar las pruebas de estabilidad (tabla 2).

En la réplica del experimento, proceder en forma inversa al mezclar las soluciones compare tiempo y aspectos de la formación del sol.

Sol de Azul de Prusia.

Las disoluciones de cloruro férrico y ferrocianuro de potasio se encontraran en la campana de

extracción.

Según se indica en la tabla 1, depositar disoluciones de K4Fe(CN)6 y de FeCl3 a distintos tubos de ensayo, por separado (etiquetar correctamente).

Tabla 1. Cantidad requerida de cada disolución en cada tubo.

Serie 1 Serie 2 Tubo Núm. FeCl3 (%) 5 ml K4Fe(CN)6 (%) 5 ml

1 0.0001024 0.0002 2 0.001024 0.002 3 0.01024 0.02 4 0.1024 0.2 5 1.24 2 6 2.05 4

Añadir cada solución de la serie 1 (cloruro férrico) a su par de la serie 2 (ferrocianuro de potasio), agitar para homogenizar (registrar lo que ocurre al entrar las soluciones en contacto).

Dejar en reposo de 10 minutos, comparar cada mezcla. Filtrar los 3 últimos tubos, recibiendo el primer filtrado en tubos limpios y secos. Describir el “precipitado” en el papel filtro al inicio y final de la filtración, así como durante el

lavado. Lavar el “precipitado” residual en el filtro con agua, recibiendo en otro tubo o recipiente. Para el tubo 5, el primer filtrado se completa con el agua de lavado a 8 ml, para la prueba de

estabilidad (tabla 3).


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PREPARACIÓN DE GELES

Gel de Gelatina.

En un recipiente, sobre 3 ml de agua destilada se espolvorean cuidadosamente 0.3g de grenetina, el sistema se deja reposar 5 min. Observe y anote. Se agrega agua hirviendo (aproximadamente 12 ml) y se agita hasta disolución completa. El volumen del líquido se completa a 20 ml con agua templada, se homogeniza la mezcla y se vierte en tubos para la prueba de estabilidad (tabla 4).

Gel de Almidón.

En un recipiente, espolvorear lentamente 0.9 g de almidón sobre 25 ml de agua destilada en agitación lenta. Una vez dispersado homogéneamente el sistema, se calienta gradualmente a ebullición con agitación continua, evitar la formación de grumos. Se mantiene en ebullición (62-72 °C) durante 5 minutos. El líquido se trasvasa a tubos de ensayo de acuerdo a la tabla 4 para las pruebas de estabilidad.

PRUEBAS DE ESTABILIDAD.

Utilice los sistemas coloidales preparados, para realizar estas pruebas.

Yoduro de plata.

Preparar una serie de 5 tubos con 2 ml del sol de AgI y agregar los volúmenes de las soluciones indicadas en la siguiente tabla:

Tabla 2.- Electrolitos para la prueba de estabilidad del sol de plata

Tubo Núm. CaCl2 (1 M)

Na2SO4 (1M)

AgNO3 (0.1 M)

KI (0.1 M)

blanco ----- ----- ----- ----- 1 0.4 ml ----- ----- ----- 2 ----- 0.4 ml ----- ----- 3 ----- ----- 0.4 ml ----- 4 ----- ----- ----- 0.4 ml

Registrar observaciones.


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Azul de Prusia.

En 3 tubos depositar 2 ml de sol de azul de Prusia (filtrado 5) y agregar los volúmenes de las soluciones indicadas en la siguiente tabla.

Tabla 3.- Electrolitos empleados para cada filtrado indicado, de azul de Prusia.


Na2SO4 (1M)

Al(NO3)3 (1 M)

blanco ----- ----- ----- 1 0.4 ml ----- ----- 2 ----- 0.4 ml ----- 3 ----- ----- 0.4 ml

Gelatina y Almidón.

Preparar 1 serie de 7 tubos con 2 ml del gel de gelatina y otra para el gel de almidón, de la siguiente manera:

Tabla 4.- Electrolitos usados para la gelatina y el gel de almidón.


Na2SO4 (1M)

Al(NO3)3 (1 M)

blanco ----- ----- ----- 1 0.5 ml ----- ----- 2 1.5 ml ----- ----- 3 ----- 0.5 ml ----- 4 ----- 1.5 ml ----- 5 ----- ----- 0.5 ml 6 ----- ----- 1.5 ml

Si no se observan cambios inmediatos, dejar en reposo de 24 hrs. los 14 tubos (ambos geles).

INFORME. I. Breve introducción II. RESULTADOS.

1. Anotar sus observaciones en tablas IMPORTANTE: Para todos los casos anotar la apariencia inicial y final (materias primas y productos), así como los cambios observados durante el proceso de preparación o prueba realizada.

2. Acompañar la tabla con la interpretación de lo observado


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3. Determinar la carga de los coloides a partir de las pruebas de estabilidad. III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO COMPLEMENTARIO. 1. ¿Qué diferencias técnicas observó en los métodos de elaboración utilizados? 2. ¿Influye la concentración de las materias primas para la elaborar coloides? 3. ¿Explique lo observado al filtrar el sol de Prusia? 4. ¿Qué es peptización? ¿Dónde ocurrió peptización y cuál fue el agente peptizante? 5. ¿Se puede reconstituir un gel? 6. ¿Cuál es el efecto de la temperatura en la preparación de un gel? 7. ¿Cómo relacionar los efectos de repulsión entre partículas con la estabilidad de las dispersiones

coloidales? 8. ¿Cuáles son las reacciones o interacciones para la formación de los soles elaborados?

Estructuras de la gelatina y el almidón gelatinizados.

V. BIBLIOGRAFÍA

DIAGRAMA TERNARIO

FORMULACIóN DE JABONES Y GEL

Objetivo Principal.

Elaborar el diagrama de equilibrio de fases para cada uno de los sistemas, aplicando el triángulo de Gibbs-Roozeboom (Método de Diagrama Ternario).

Cuestionario previo.

1. ¿Qué es un diagrama ternario y cual su utilidad? 2. Técnicas y materiales para preparación de geles (resumen) 3. Técnicas y materiales para preparación de jabones (resumen) 4. Definir: número de acidez, número de saponificación y HLB. ¿Para que se emplean? 5. Plantear las reacciones o mecanismos que ocurrirán al preparar los productos.


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Técnica experimental.

En el diagrama ternario que se adjunta, se trazará la trayectoria de elaboración de los siguientes productos: jabón líquido y gel antibacteriano. Monitorear y registrar los cambios de apariencia. Con base a la tabla 1, se calcularán las proporciones de los tres constituyentes en la mezcla, la suma de éstas debe ser 100% o 1 (en término de fracción volumen, masa o mol). Para el gel alcohólico, sólo se indicará su posición en el diagrama.

a) JABÓN LÍQUIDO

Sustancias: Trietanolamina, agua destilada, ácido Oleico

En un vaso de precipitados agregar 70 ml de agua (A), adicionar 15 ml de ácido Oleico (AO) y finalmente, mediante bureta y agitación moderada se añade 1 mL de Trietanolamina (TEA), dejar en agitación hasta que el sistema sea homogéneo, repetir el procedimiento varias veces (adición de un mililitro de TEA) hasta obtener el jabón (líquido amarillo traslúcido). Completar el cálculo de la tabla 1.

Tabla 1.- Registro porcentual de los cambios de composición del sistema ternario A/OA/TEA.

b) Gel alcohólico

Sustancias: Agua, Alcohol, Carbopol y Trietanolamina

Cuidados: El Carbopol (0.25 g) se añade al alcohol absoluto (60 ml) espolvoreándolo lentamente y por tiempos espaciados (si es necesario) bajo agitación moderada, una vez que la solución tiene apariencia ligeramente turbia y grumos mínimos, se agrega agua (40 ml). Después de agitar toda la mezcla por espacio de 5 minutos, se agrega TEA gota a gota, hasta la formación del gel. Indicar su composición en el diagrama ternario.

Sistema Sistema Binario

Agua/Aceite (mL)

TEA (mL)

Vf A %

AO %

TEA %

Observaciones

1

85

0 85 82.35 17.65 0.0 2 2 86 81.40 17.44 3 4 87 10.46 4 6 88 5 8

Etc. Ect.


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IMPORTANTE: Para todos los casos anotar la apariencia inicial y final (materias primas y productos), así como los cambios observados durante el proceso de preparación o prueba realizada. INFORME. I. Breve introducción II. RESULTADOS.

4. Anotar observaciones y datos en tablas. 5. Acompañar las tablas con la interpretación de lo observado. 6. Indicar la trayectoria seguida para elaborar cada producto, en el diagrama ternario.

III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO COMPLEMENTARIO. 8. Escribir las reacciones de saponificación efectuadas. 9. Proponer el mecanismo de formación del gel alcohólico 3.- Importancia económica y social en la Industria farmacéutica en México. V. Bibliografía Consultada

VISCOSIDAD I Viscosímetro de Ostwald.

Objetivo Principal. Conocer el fundamento y el manejo del viscosímetro de Ostwald. Estudiar el efecto de la concentración de la solución, forma y tamaño de la molécula sobre la viscosidad del líquido puro. Objetivos Secundarios. Determinar la viscosidad intrínseca y el volumen de hidratación de la molécula de glicerol, en solución acuosa, mediante el uso del viscosímetro de Ostwald. Cuestionario previo. 1. Defina que es viscosidad y comente a que se refieren los términos de viscosidad absoluta y

viscosidad dinámica..


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2. Tipo de fluidos de acuerdo a su viscosidad. 3. Tipo de Viscosímetros. 4. Fundamento y operación del viscosímetro de Ostwald. 5. Escriba y explique la ecuación de Poiseuille. 6. ¿Qué significan los términos: viscosidad relativa, viscosidad específica y viscosidad intrínseca,

en la ecuación de Einstein para el cálculo de viscosidad? 7. ¿Qué relación hay entre la viscosidad intrínseca y el peso molecular? Escriba la ecuación que

los relaciona. Cuando se aplica. 8. Investigar el valor de viscosidad del agua a diferentes temperaturas, en tablas.

Técnica experimental.

Calcular la concentración en moles/dm3 de las soluciones de glicerol (5, 10, 15, 20 y 25 % p/v). Determinar la densidad de las soluciones de glicerol (5, 10, 15, 20 y 25 % p/v) preparadas y la

del agua destilada a la temperatura de trabajo. De acuerdo al instructivo del viscosímetro Cannon 100, cargar con agua el equipo y medir el

tiempo de flujo. Registrar la temperatura de trabajo A la misma temperatura y mismo procedimiento se trabaja con las soluciones de glicerol.

Ecuación de Pouseuille de referencia para calcular viscosidad absoluta de cada solución.

INFORME. I. BREVE INTRODUCCIÖN II. OBJETIVO.

III. RESULTADOS. 1. Agrupe sus datos en una tabla como la siguiente:

T____ oC agua______g/cm3 agua______ cp tagua_____s []__________

Glicerol C (M)

sol

(g/cm3)

t sol (s) t sol (s) prom

abs rel sp sp / C (L/mol)

vh L/moléc.

H2O

º

º º

s ss

t

t


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2. Determine el volumen fraccionario de la fase dispersa ().

3. Calcule el volumen de hidratación (Vh).

4. Construya una gráfica de sp /C vs C; determine la viscosidad intrínseca [].

IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. V. CUESTIONARIO COMPLEMENTARIO.

1. Factores afectan la viscosidad de un fluido o disolución, tipo de efecto que producen. 2. ¿Qué indica el volumen de hidratación? 3. ¿Qué es el volumen fraccionario de la fase dispersa? 4. ¿La viscosidad es una propiedad extensiva o intensiva? Para el experimento efectuado,

explicar por qué la viscosidad de las disoluciones varía con el cambio de concentración del glicerol.

5. ¿Para qué tipo de líquidos se emplea el viscosímetro de Ostwald? 6. Importancia de caracterizar la viscosidad de las sustancias. 7. BIBLIOGRAFIA

Viscosímetros tipo Ostwald


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Viscosidad II (Viscosímetro rotatorio, introducción a la Reología,)

Objetivo Principal. Conocer el fundamento de operación y el manejo del viscosímetro rotatorio. Objetivos Secundarios. Determinar la viscosidad de un producto viscoso y clasificar tipo de fluido. Cuestionario Previo.

1. Investigar fundamento de los viscosímetros rotatorios. 2. Escriba y explique la ecuación de Newton para la viscosidad. 3. Características de un fluido tipo no-newtoniano y subclasificación. 4. Definir los conceptos: cizalla, fuerza de cizalla, esfuerzo de corte 5. Resumen de Norma ASTM Brookfield (ASTM) se envía por correo. 6. Aplicaciones de la Reología

Problema. Determinar el intervalo de respuesta del viscosímetro Brookfield, con el producto elegido y

calcular su viscosidad, clasificarlo.

Procedimiento experimental. Parte 1. Determinación del intervalo de respuesta del viscosímetro 1. Verter el producto (400 a 500 ml) en un vaso de precipitados. 2. De acuerdo a las instrucciones de manejo, colocar el huso # 7 en el equipo y registrar la lectura

con 4 velocidades angulares (rpm). 3. Repetir la operación del paso anterior con cada uno de los husos restantes. 4. Anotar en una tabla las lecturas, indicando huso y velocidad angular. Parte 2. Cálculo de la viscosidad del fluido. 1. El instructivo del equipo indica el cálculo de la viscosidad a partir de las lecturas obtenidas con

el aparato (Brookfield RV). El equipo Cannon MV 2000 permite lectura directa. 2. Incluir los resultados en la tabla anterior. 3. Determinar tipo de fluido elaborando las gráficas vs r.p.m, de acuerdo a cada uso.


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HUSOS LV HUSOS RV

Cuestionario Complementario. 1. ¿Cómo se establece el intervalo de respuesta del aparato? 2. ¿Cuál es el intervalo de respuesta del aparato utilizado? 3. ¿Qué registra el viscosímetro utilizado y en qué unidades se expresa? 4. ¿Con los resultados obtenidos es posible identificar si el fluido estudiado es newtoniano o no

newtoniano? En caso afirmativo, comenta que tipo es y qué características tiene. 5. ¿Qué diferencia hay entre un equipo RV o LV? 6. ¿Qué es un reómetro y en qué se diferencia a un viscosímetro rotatorio? 7. ¿Se logró el objetivo?, concluye

Equipo Brookfield

Viscosímetro digital Cabezales de Viscosímetro

Brookfield


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8. ¿Hubo lecturas fuera de la escala (inferior o superior) del equipo? En caso afirmativo proponer una explicación.

9. ¿Cómo se realiza el cálculo de la viscosidad? Equipo Cannon MV 2000

10.¿Fue posible obtener lecturas con todos los husos y a todas las velocidades de rotación (rpm)? ¿a qué atribuyes el comportamiento?

BIBLIOGRAFÍA 1. Adamson, A.W., “Physical Chemistry of Surfaces”, John Wiley & Sons Inc., 1990. 2. Christmann, K., “Introduction to Surface Physical Chemistry”, Steinkopff Verlag Darmstadt, 1991. 3. Davies, J.T. and Rideal, E.K., Interfacial Phenomena, Academic Press, (1963) (1961) 4. Hinestrosa, L. V., Introducción al Estudio de Interfases y Coloides, Ed. Facultad de Química 5. Kengsington A., N., The Physic and Chemistry of Surfaces, Dover Publications Inc, NY, 1968, 6. Martin, A.N., "Physical Pharmacy (Physical Chemical Principles in the Pharmaceutical Sciences)", Ed. Lea & Febiger, 1993. 7. Morris, J.G., “Fisicoquímica para Biólogos (Conceptos Básicos para las Facultades de Medicina, Farmacia y Biología)”, Editorial Reverté S.A., 1993. 8. Mortimer, R.G., “Physical Chemistry”, Benjamin/Cummings Pub. Co., 1993. 9. Rosen, M.J., “Surfactants and Interfacial Phenomena”, John Wiley & Sons, 2 ed., 1989. 10. Baudi Dergal, S., Química de los Alimentos, Alambra Mexicana, 1ra. Ed., 1981 11. Fennell E., D. and Wennerstrom, H., The Colloidal Domain Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology, (Pg) MeetWiley-VCH, Second Edition 12. Mysels, K.J., "Introduction to Colloid and Surface Chemistry", Interscience Publications, N.Y. 1967. 13. Ross, S. and Douglas M., I., Colloidal System and Interfaces (Pg), Wiley Intercience Publication, John Wiley & Sons 14. Shaw, D.J., "Introducción a la Química de Coloides y Superficies”, Ed. Alhambra, 1977. 15. Toral, M.T., Fisicoquímica de Superficies y Sistemas Dispersos, Ediciones URMO, 1973, 16. Cuadernos FIRP (via internet).

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