La adsorción en superficies sólidas

Mojada

La adsorción en superficies sólidas está involucrada en los fenómenos de humectación y detergencia. La tendencia de las moléculas de líquidos a moverse desde la superficie hacia el bulto y disminuir la superficie de la interfaz líquido-gas se explica por el hecho de que las moléculas de líquido experimentan una atracción muy débil de las moléculas de gas en la interfaz. Hay un número limitado de moléculas de gas en una unidad de volumen en la fase gaseosa en comparación con la de la fase líquida. Cuando un líquido entra en contacto con el sólido, las fuerzas de atracción entre el líquido y las fases sólidas comienzan a desempeñar un papel importante. En este caso, el comportamiento del líquido dependerá del equilibrio entre las fuerzas de atracción de las moléculas en el líquido y las fuerzas de atracción entre las fases líquida y sólida. En el caso del mercurio y el vidrio, las fuerzas de atracción entre las moléculas de mercurio y el vidrio son mucho menores que las fuerzas de atracción entre las moléculas de mercurio. Como resultado, el mercurio se unirá como una sola gota esférica. En contraste, para el agua y el vidrio (o mercurio y zinc), las fuerzas de atracción entre las moléculas sólidas y líquidas son mayores que las fuerzas entre las moléculas del líquido en sí mismas, por lo que el líquido puede humedecer la superficie del vidrio.

La acción más importante de un agente humectante es reducir el ángulo de contacto entre la superficie y el líquido humectante. El ángulo de contacto es el ángulo entre una gota de líquido y la superficie sobre la que se extiende. Como se muestra en la figura 15-24, el ángulo de contacto entre un líquido y un sólido puede ser 0 °, lo que significa una humectación completa, o puede acercarse a 180 °, en el cual la humectación es insignificante. El ángulo de contacto también puede tener cualquier valor entre estos límites, como se ilustra en la Figura.

El ángulo de contacto entre una gota de agua y una superficie grasa se produce cuando el líquido aplicado, el agua, humedece la superficie grasosa de forma incompleta. Cuando se coloca una gota de agua sobre una superficie de vidrio escrupulosamente limpia, se extiende espontáneamente y no existe ángulo de contacto. Este resultado puede describirse asignando al agua un alto coeficiente de dispersión en vidrio limpio, o indicando que el ángulo de contacto entre el agua y el vidrio es cero. Si el agente humectante apropiado se agrega al agua, la solución se extenderá espontáneamente sobre una superficie grasosa. Para que un agente humectante funcione eficientemente, en otras palabras, para exhibir un ángulo de contacto bajo, debe tener un HLB de aproximadamente 6 a 9

La humectabilidad de las superficies de la tableta influye en la desintegración y disolución y en la posterior liberación de los ingredientes activos de la tableta. Un aglutinante para tabletas es un material que aporta cohesión a una tableta para que la tableta permanezca intacta después de la compresión.

La influencia de los aditivos en el coeficiente de dispersión de una formulación de recubrimiento de película sobre una superficie modelo de tableta Uno de los requisitos del recubrimiento de película de tableta es que se debe lograr una buena adhesión del recubrimiento a la tableta. Las propiedades de la formulación del recubrimiento, así como las de la tableta, pueden influir en la adhesión. El requisito previo para una buena adhesión es la dispersión de las gotas atomizadas sobre la superficie de la tableta y la penetración limitada de la solución de recubrimiento en los poros de la tableta. Ambos están controlados por la energía superficial de la tableta y la solución de recubrimiento.

La doble capa eléctrica

Considere una superficie sólida en contacto con una solución polar que contiene iones, por ejemplo, una solución acuosa de un electrolito. Además, supongamos que algunos de los cationes se adsorben en la superficie, dándole una carga positiva.

Quedan en solución el resto de los cationes más el número total de aniones agregados. Estos aniones son atraídos a la superficie cargada positivamente por fuerzas eléctricas que también sirven para repeler el enfoque de cualquier catión adicional una vez que se completa la adsorción inicial. Además de estas fuerzas eléctricas, el movimiento térmico tiende a producir una distribución igual de todos los iones en solución. Como resultado, se establece una situación de equilibrio en la que algunos de los aniones en exceso se acercan a la superficie, mientras que el resto se distribuye en cantidades decrecientes a medida que uno se aleja de la superficie cargada. A una distancia particular de la superficie, las concentraciones de aniones y cationes son iguales, es decir, prevalecen las condiciones de neutralidad eléctrica. Es importante recordar que el sistema en su conjunto es eléctricamente neutro, aunque haya regiones de distribución desigual de aniones y cationes. Tal situación se muestra en la figura 15-28, donde aa es la superficie del sólido. Los iones adsorbidos que dan a la superficie su carga positiva se denominan iones que determinan el potencial. Inmediatamente adyacente a esta capa superficial hay una región de moléculas solventes fuertemente unidas, junto con algunos iones negativos, también fuertemente unidos a la superficie. El límite de esta región viene dado por la línea bb en la figura 15-28. Estos iones, que tienen una carga opuesta a la de los iones que determinan el potencial, se conocen como contraiones o gegeniones. El grado de atracción de las moléculas de solvente y los contraiones es tal que si la superficie se mueve con relación al líquido, el plano de corte es bb en lugar de aa, la superficie verdadera. En la región delimitada por las líneas bb y cc, hay un exceso de iones negativos.

El potencial en bb sigue siendo positivo porque, como se mencionó anteriormente, hay menos aniones en la capa fuertemente unida que los cationes adsorbidos en la superficie del sólido. Más allá de cc, la distribución de iones es uniforme y se obtiene neutralidad eléctrica. Por lo tanto, la distribución eléctrica en la interfaz es equivalente a una doble capa de carga, la primera capa (que se extiende de aa a bb) fuertemente unida y una segunda capa (de bb a cc) que es más difusa. La llamada doble capa difusa, por lo tanto, se extiende desde aa hasta cc. Son posibles dos situaciones distintas de la representada en la figura 15-28: (a) Si los contraiones en la capa solvatada fuertemente unida son iguales a la carga positiva en la superficie sólida, entonces se produce neutralidad eléctrica en el plano bb en lugar de cc. (b) Si la carga total de los contraiones en la región aa –bb excede la carga debido a los iones que determinan el potencial, entonces la carga neta en bb será negativa en lugar de menos positiva, como se muestra en la Figura 15– 28) Esto significa que, en este caso, para que se obtenga neutralidad eléctrica en cc, debe haber un exceso de iones positivos en la región bb –cc.

El estudiante debe apreciar que si el ion determinante potencial es negativo, los argumentos que se acaban de dar siguen siendo válidos, aunque ahora habrá iones positivos en la capa estrechamente unida.

11.3 Interacciones catión-anión

La interacción entre un anión orgánico grande y un catión orgánico puede dar como resultado la formación de un precipitado relativamente insoluble. La complejación, la precipitación o la separación de fases pueden ocurrir en estas circunstancias, y el producto se ve afectado por cambios en la fuerza iónica, la temperatura y el pH. Los ejemplos de interacciones catiónico-anión incluyen aquellas entre procainamida y fenitoína sódica, procaína y tiopental sódico, e hidrocloruro de hidroxizina y bencilpenicilina (Esquema 11.1). La naturaleza de muchas de estas interacciones no se ha estudiado en detalle. En ausencia de esto, es necesario predecir posibles incompatibilidades a partir del conocimiento de las propiedades físicas del medicamento y otros componentes en la formulación. A veces, como cuando las inyecciones de clorpromazina y morfina se mezclan, la incompatibilidad no se debe a una interacción entre los dos fármacos sino a la interacción fármaco-bactericida; El clorocresol contenido en la inyección de morfina se precipita con la clorpromazina, posiblemente por una interacción anión-catión. La nitrofurantoína sódica debe diluirse antes de su uso con dextrosa al 5% o con agua estéril para inyección; los p-hidroxibenzoatos de alquilo (parabenos), fenol o cresol, que tienden a precipitar la nitrofurantoína, deben estar ausentes. Los diagramas de fase como el que se muestra en la figura 11.6 son útiles para determinar regiones de incompatibilidad y compatibilidad en mezclas de cationes-aniones porque la mezcla no siempre está contraindicada. El ejemplo que se muestra aquí es para mezclas de cromoglicato de disodio (DSCG, cromoglicato de sodio) que es un fármaco di aniónico con un tensioactivo catiónico, bromuro de tetradecildimetilamonio (C14BDAC). Como se puede ver, la interacción es fuertemente dependiente de la concentración. En algunas regiones, debajo de la línea AB, los dos iones coexisten. Los pares de iones (ver más abajo) se forman en la región sombreada debajo de AB. Por encima de esta línea de productos de solubilidad, se produce turbidez en la región sombreada. Al aumentar la concentración de tensioactivo, el complejo se solubiliza para enmascarar la interacción.

La incompatibilidad de los medios de contraste orgánicos de yoduro y los medicamentos antihistamínicos (añadidos para reducir las reacciones anafilácticas) se debe a la acidez de las soluciones antihistamínicas, lo que resulta en la precipitación del yoduro orgánico.5 Una de las antihistaminas, la prometazina, reaccionó fuertemente con todo el contraste. medios de comunicación, probablemente porque su solución tenía el pH más bajo de las drogas estudiadas. No es solo con fluidos IV que tales interacciones pueden ocurrir. Se han citado ejemplos de la mezcla desaconsejable de jarabes; por ejemplo, precipitación inmediata en una mezcla prescrita de un jarabe que contiene cloxacilina sódica y un jarabe que contiene las bases codeína y prometazina. La precipitación fue seguida por una pérdida del 20% en la actividad antibiótica en 5 horas y una pérdida del 99% en 5 días. Es probable que las reacciones de doble descomposición involucradas sean las que se muestran en la figura 11.7. Los complejos que se forman no siempre están completamente activos. Un ejemplo bien conocido es el complejo entre el sulfato de neomicina y el laurilsulfato de sodio que se formará cuando la crema acuosa BP se use como vehículo para el sulfato de neomicina. La crema acuosa comprende un 30% de pomada emulsionante, que en sí misma es una mezcla de cera emulsionante que contiene 10% de lauril sulfato de sodio o un tensioactivo aniónico similar. Las interacciones tampoco son siempre visibles. La formación de precipitados visibles depende en gran medida de la insolubilidad de las dos especies combinadas en la mezcla particular y del tamaño al que crecen las partículas precipitadas. Las interacciones entre medicamentos y macromoléculas iónicas son otra fuente potencial de problemas. La heparina sódica y el lactobionato de eritromicina están contraindicados en mezcla, al igual que la heparina sódica y el clorhidrato de clorpromazina o el sulfato de gentamicina. Las tablas de incompatibilidades abundan con tales ejemplos. La interferencia con los grupos sulfato reduce la actividad anticoagulante de la heparina.

...