Bài giảng Hóa lý dược

Chia sẻ: Codon_08 Codon_08 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

310
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa lý dược được giới hạn trong nội dung: Các nguyên tắc hóa lý của dung dịch và cân bằng pha, động hoá học và xúc tác, điện hoá học, các hệ phân tán hiện tượng bề mặt và hấp phụ dung dịch cao phân tử. Cùng tìm hiểu để nắm bắt nội dung thông tin tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa lý dược

TR Ư Ờ N G Đ Ạ I HỌC Y Dược T H Á I NGUYÊN B ộ MÔN HOÁễDƯỢC BÀI GIẢNG H O Á LÝ DƯ Ợ C (LƯU HÀNH NỘI BỘ) TM y N ÍỈIY Ế N . N VM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
C hương I G IỚI THIỆU MÔN HOÁ LÝ DƯỢC MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG N H IỆT ĐỘNG HỌC l ẳ G IỚ I T H IỆ U M Ô N HOÁ LÝ DƯỢC : l ẳl , Đ ịn h n g h ĩa v à n ộ i d u n g c ủ a m ô n h ọ c h o á lý : Hoá lý là m ôn khoa học tru n g gian giữa hoá học và v ật lý: Nghiên cứu môi quan hệ giữa hai dạng biến đổi hoá học và v ậ t lý của vật chất, giữa các tín h ch ất hoá lý với th àn h phần hoá học và cấu tạo của vật chất, nghiên cứu cd chế, tốc độ của các quá trìn h biến đổi cũng như các yếu tô’ bên ngoài ản h hưởng đến quá trìn h đó. Hoá lý được h ìn h th àn h trong quá trìn h p h á t triể n p h â n ngành và liên ngành của 'hoa học. Bốn ngành hoá học lớn tồn tạ i hiện nay là Hoá vô cơ, Hoá hữu cơ, Hoá phân tích và Hoá lý. Khoa học p h á t triể n càng cao càng có sự xen p h ủ nh au giữa các ngành. N gày nay Hoá lý được coi là m ôn k h o a học liê n n g à n h , ngày càng th â m n h ậ p đ an x en vào các ng àn h liên qu an đến hoá học như luyện kim, mỏ, địa chất, môi trường, hũá thực phẩm , v ật liệu, y dược... Góp ph ần tích cực th ú c đẩy sự tiến bộ của các ngành này, N ội d u n g của m ôn học hoá lý'. Các giáo trìn h hoá lý thường bao gồm nội d u n g n h ư s a u : Cấu tạo chất: N ghiên cứu cấu tạo nguyên tử, ph ân tử và các trạn g th á i tập hợp của các chất. Nhiệt động lực hoá học. nghiên cứu sự ứng dụng của hai nguyên lý n h iệ t động học để khảo sá t các hiệu ứng n h iệt của p h ả n ứng, xác định khả n ă n g tự diễn biến của các quá trìn h hoá học, cân b ằn g và sự chuyển dịch cân bằng của các p h ản ứng hoá học, các quá trìn h chuyển pha.-. Động hoá học - xúc tác : N ghiên cứ u tốc độ p h ả n ứ n g v à các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ph ản ứng, đặc biệt của n h iệ t độ, của ch ất xúc tá^ĩ.ễ. N ghiên cứu p h ả n ứng được kích thích bằng á n h sáng vừng nhìn th ấy và tử ngoại là nội dung của quang hoá học. 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đ iện hoá học : N ghiên cứu các tín h c h ấ t của d u n g dịch điện ly va các q u á tr ìn h đ iện cực (phản ứng hoá học xả y ra tại bề m ặt phản cách pha rắn lỏng). Hoá keo, chính xác hơn là hoá lý học về các hệ phân tán và cac hiện tượng bề mặt: Nghiên cứu các điều kiện tạo th à n h và tín h chât cua các tiểu ph ân trong hệ phân tán, các m àng làm bền giữa các pha, tương tác tiếp xúc... Gần đây p h á t triển môn cơ hoá lý học, lưu biên học là nhũng hưống mối trong Hoá lý học các hệ ph ân tán. Hũá học cao phãn tử: Nghiên cứu các quá trìn h trù n g hợp và trù n g ngưng cao p h ân tử, tính chất cơ lý và hoá lý của cao phân tử. Hoá học cao phân tử có thể được coi là môn học liên ngành giữa hoá hữu cơ và hoá lý. 1.2. S ơ lư ợ c lịc h s ử p h á t t r i ể n h o á lý : K hái niệm "Hoá lý" được Lomonoxov đưa r a đầu tiên năm 1752, nhưng khoa học này chỉ thực sự hình th àn h p h á t triể n vào th ế kỷ XIX, th ế kỉ XX là thòi kỳ p h á t triển các nội dung chuyên sâu. N h iệ t động học r a đời gắn liền với lịch sử c h ế tạo động cơ nhiệt. N guyên lý 1 vằ nguyên lý 2 của nhiệt dộng học được r ú t ra từ nghiên cứu của các n h à khoa học Carnot (1796 1832), C lausius (1822 1888), Thom son (1824 - 1907). Cân bằng và qui tắc pha được Gibbs công bô' năm 1878. V a n 't Hoff (1884) đưa ra nguyên lý về cân bằng động khi nghiên cứu cân bằng đồng thể. Hess (1840) đã nghiên cứu về hiệu ứng nhiệt của các p h á n ứng hoá học. Thomson và B erthelot có n h iều nghiên cứu về n h iệt hoá học. T rong th ế kỷ XX, nhiệt động học tập tru n g nghiên cứu phản ứng hoá học, N erst (1901 1911) đưa ra nguyên lý 3 của n h iệt động học giúp cho việc tín h to án dễ dàng các đại lượng n h iệt động học cơ bản của nhiều ph ản ứng. L ý th u y ế t d u n g dịch được nghiên cứu n h iề u ỏ t h ế kỷ XIX. Hiện tượng th ẩ m th ấ u được Nolte (1748), Traube (1867), V an 't Hoff (1845 1920) nghiên cứu. R aoult (1830 - 1910) đã th iế t lập các định lu ậ t về áp s u ấ t hơi trê n dung dịch. T h u y ết điện ly được A rrhenius đưa ra năm 1SS9, N e rst đã phát triể n đưa ra lý th u y ế t th ế điện cực. Gibbs đưa ra k h á i niệm hoạt độ thay cho nồng độ ion trong dung dich. Lý th u y ết th ế điện cực đ ã th ú c đẩy sự Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
nghiên cứu về các pin điện. Trong th ế kỷ XX các n h à khoa học chú ý đi sâu nghiên cứu về lý thuyết chất điện ly m ạnh, Đ ộng hoá học được b ắ t đầu từ n g h iên cứ u tốc độ các p h ả n ứ ng hữ u cơ tro n g p h a lỏng vối sự mở đầu củ a W illiam son, W ilhelm i (1812 - 1864), B erthelot, Guldberg, W aage (1833 - 1902). V an't Hoff và A rrhenius trong n h ữ n g n ă m 1880 đ ã đư a ra k h á i niệm về n ă n g lượng h o ạ t hoá, giải th ích ý nghĩa của bậc p h ả n ứng trên cơ sỏ lý thuyết động học. T ro n g t h ế k ỉ XX đối tượng n g h iên cứu được tậ p tru n g vào các p h ả n ứng phức tạp như p h ả n ứng quang hoá vói các công trìn h của Bondestein (1871 1942), E instein (1879 1955). P h ả n ứng dây chuyền được S em enov (1896) v à H inshelw ood (1926) n g h iê n cứu. Lý th u y ế t tốc độ tuyệt đôì của p h ả n ứng hoá học được Evring, Evans và Polanyi nghiên cứu tro n g n h ữ n g n ă m 1940. 1.3. Đ ặ c đ iể m n ộ i d u n g m ô n H o á lý d ư ợ c : Do đặc điểm về mục đích và yêu cầu của từng trường đại học nội d un g n êu trê n c ủ a h o á lý có th ể được tách m ột số p h ầ n tr ìn h bày th à n h các giáo tr ìn h riê n g n h ư cấu tạo ch ất, h o á keo, h o á học cao p h â n tử... H iện n ay , tro n g ch ư d n g trìn h giảng dạy củ a trư ờ n g đ ạ i học Dược p h ầ n n h iệt động học được giảng trong môn V ật lý đại cương, cấu tạo chất và n h iệt động hoá học đã được trìn h bày trong môn Hoá đại cương - Vô cơ. Do đó Bài giảng Hoá lý được giối hạn trong nội dung: các nguyên tắc hoá lý của dung dịch và cân bằng pha, động hoá học và xúc tác, điện hoá học, các h ệ p h â n tá n h iệ n tư ợ ng b ề mặt» v à h ấ p phụ^dung d ịch cao p h â n tử. Một số k h á i niệm và các đại lượng cơ bản của nhiệt động học được nhắc lại, tó m t ắ t th eo q u a n điểm H oá lý tro n g p h ầ n m â đ ầ u tạ o th u ậ n lợi k h i tìm hiểu nội dung của môn học. Các nội dung của Hoá lý Dược nêu trê n là m ột p h ầ n kiến thức cơ sở cần th iế t khi học tậ p môn hoá phân tích, kiểm nghiệm thuốc (các phương p h á p p h â n tích h o á lý), ch iết x u ấ t hoá th ự c v ậ t c ũ n g n h ư các m ôn học th u ộ c c h u y ê n n g à n h công nghệ dược (sản x u ấ t n g u y ê n liệu làm thuốc, bào c h ế các d ạn g th u ố c), n g h iên cứu sìn h dược học, dược động học... S ự th â m n h ậ p đ a n xen củ a H oá Lý vào các lĩn h vực k h o a học của n g à n h dược được tó m t ắ t tro n g sơ đồ dưới đây. 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
N ội d u n g m ô n h o á lý N ộ i d u n g c á c m ô n dut S ơ đồ 1 : ứ n g d ụ n g k iế n th ứ c h o á lý tro n g các lĩn h vự c k h o a h ọ c c ủ a n g à n h DựỢc. T ư n a m 1981, ngoai cac Sâch H oa L ý v iê t c h u n g cho s in h v iê n các trư ờ n g đ ạ i học, m ộ t số trư ờ n g Đ ại học Dược v à K h o a Dược c ủ a trư ờ n g Đ ại học đ ã cho x u ấ t b ả n sách h o á lý d à n h riê n g ch o s in h v iê n v à c á n bộ dược, n h ư 2 tà i liệ u s a u : ' 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Các nguyên tắc hoá lý của dược học: Physicochem ical principles of pharm acy.A .T. Florence (school o f pharmacy, university o f London.) and D.Attwood (deparment o f pharmacy, university o f Manchester). x . . í t bản năm 1981, tá i bản 1990. Dược v ậ t lý (các nguyên tắc hoá lý trong các lĩnh vực dược học) : Physical pharm acy: physical chemical principles in th e pharm aceutical sciences. Alfred M artin (college o f pharmacy, university o f Texas) xua't bản năm 1993. H iện nay tro n g nưốc sách giáo khoa Hoá lý đã được viết chung hoặc tác h riêng từ n g nội dung làm tài liệu học tậ p cho sinh viên các trường đại học có chuyên ngành hoá học hoặc liên quan đến hoá học, do các cáh bộ thuộc trư ờng đại học biên soạn. Giáo trìn h Hoá Lý. Nguyễn Đ ình Huề. NXB Giáo Dục 2002 (Đại học S ư p h ạ m Hà Nội). H oá Lý. T rầ n V ăn N hân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn V ăn Tuế. NXB Giáo Dục 2001 (Đại học Khoa học Tự nhiên, Đ ại học Quốc gia Hà Nội). H oá Lý Hoá Keo. Nguyễn H ữu Phú, NXB Khoa học Kỹ th u ật. 2003 (Đại học Bách Khoa H à Nội). Trường đại học Dược từ năm 1970 đã có sách Hoá lý là tậ p hợp các bài giảng cho sinh viên : H oá Lý. M ai Long, NXB Y học H à Nội 1970. - Thực tậ p H oá Lý. M ai Long, NXB Y học H à Nội 1970. Hoá Lý Dược. Đào M inh Đức, P hạm V ăn Nguyện, N guyễn Quang Thường, N guyễn T hị Thơm. Trường Đại học Dược H à Nội 1997. H oá Lý Dược. Đào M inh Đức. Trường Đ ại học Dược H à Nội 2004. Thực tậ p H oá Lý. Đào M inh Đức, N guyễn Thị Thơm. Trường đại học Dược H à Nội 2004. H iện n ay giáo trìn h Hoá Lý Dược đang được sửa đổi, h o àn th iện để in sách giáo khoa p h ù hợp vối chương trìn h đào tạo dược sĩ, tiếp cận sự p h á t triể n khoa học hiện đại của ngành dược. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG c ơ BAN CUA N H IỆ T Đ Ộ N G H Ọ C : 2.1. M ộ t sô k h á i n i ệ m cơ b ả n : N h ắc lại m ộ t số k h á i niệm đã n ế u trong "Vật lý đ ạ i cương v à Hoá đại cương ■vô cơ": Hệ nhiệt động: là m ột v ật th ể h ay m ột tậ p hợp^các v ậ t th ể được k h ả o s á t, b ao-gồm m ột s ố rế t lộỉi các tiê u phân, (phan tư, nguyen tư, electron...) có kích thước không gian v à thời g ia n tồ n tạ i đ ủ lố n đ ê có thê tiế n h à n h các p h é p đo th ô n g thường các th ô n g sô đ ặc tr ư n g cho trạ n g th á i củ a h ệ (như nhiệt độ, áp suât, thê tích...). C ác v ậ t th ê n ă m xung q u a n h được gọi là mõi trư ờ ng xung q u an h h a y m ôi trư ơ n g ng o ái. Hệ cô lập-. L à h ệ không tra o đổi c h ấ t v à n ă n g lư ợ n g với môi trường ngoài và có th ể tích không đổi (trừ trường hợp áp suẫt ngoài băng không). H ệ kín-. L à h ệ không tra o đổi ch ấ t n h ư n g có k h ả n ă n g tr a o đổi n ă n g lư ợng vối m ôi trư ờ n g ngoài. H ệ mở: L à h ệ có k h ả n ăn g tra o đổi v ậ t c h ấ t v à n ă n g lư ợ n g vối môi trường ngoài. T hể tích của hệ kín và hệ mở có th ể thay đổi. Ví d ụ : P h ả n ứ ng giũa Zn và HC1 sinh H 2 trong 1 bình kín chịu áp s u ấ t có vỏ cách n h iệt, vật ch ất và năn g lượng không trao đổi được vối bên ngoài, là hệ cô lập. Cũng phản ứng trên n ếu thực hiện trong một xy lan h có piston, n ă n g lượng có th ể được tra o đổi với môi trư ờ ng đưối d ạn g s in h công do d ã n nở th ể tích, n h ư n g v ậ t c h ấ t (Ho) k h ô n g trao đổi được với b ê n ngoài, h ệ l à h ệ k ín . N ếu p h ả n ứ n g tr ê n x ả y r a tro n g m ột b ìn h hỏ, h ệ là h ệ hở. T h u ố c p h u n m ù là m ột h ệ k ín . K hi ấ n n ắp , v an được mở ra , lúc n à y b ìn h th u ố c là m ộ t h ệ mở. Do tro n g b ìn h có áp s u ấ t của k h í n én hoặc k h í h o á lỏ n g n ê n thuốc được đẩy ra đến nơi điều trị trê n cơ thể. N goài các k h á i niệm trê n còn có các k h á i n iệ m th ư ờ n g g ặ p tro n g h o á lý n h ư s a u : Hệ đồng th ể : L à h ệ tro n g đó k hông tồ n tạ i các b ề m ặ t p h â n cách, các tín h c h ấ t c ủ a h ệ k h ô n g th a y đổi hoặc th a y đổi liê n tụ c t ừ đ iểm này đ ến đ iểm k h ác tro n g hệ. D ung dịch ỉà m ột ví d ụ về h ệ đ o n g th e 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hệ dị t h ể : Ngược lại vối hệ đồng th ể là hệ dị th ể trong đó có bê m ặt p h â n cách. Ví dụ : hỗn hợp nước đá với nước lỏng ; hỗn hợp muôi tan quá bão hoà. Hệ đồng nhất', Là hệ có th àn h phần và tín h c h ấ t ở mọi phần của hệ như n h a u và ngược lại là hệ không đồng nhất. Hệ đồng th ể có th ể là đồng n h ấ t hoặc không đồng nhất: Ví dụ dung dịch lỏng là hệ đồng thể nhưng nếu các ch ất ta n chưa được phân tá n đểu nồng độ, tỉ trọ n g trong các p h ầ n của d u n g dịch k h ô n g n h ư nh au , nhiệt độ trên lớp bề m ặt khác với lốp dưới... dung dịch sẽ là hệ không đồng n h ấ t. K h á i niệm đồng th ể , dị th ể , đồng n h ấ t, k h ô n g đồng n h ấ t thường gặp tro n g Dược học. Ví dụ, khi h o à ta n đường sacaro se, glucose trong nước bằng cách hoà ta n nguội (treo túi đường ngập trong p h ầ n trên của nước k h ô n g k h u â y trộ n ). S au k h i đường hoà ta n h ế t bỏ tú i v ải th u được d u n g dịch đường là h ệ đồng th ể n h ư n g không đồng n h ấ t, chỉ đồng n h ấ t sau khi khuấy trộ n kỹ. Tương tự, khi hoà ta n các keo bạc (Protargon, A rgiron) b ằ n g cách rắ c các m ả n h nhỏ bạc keo lê n b ề m ặ t nưốc. S au k h o ản g mươi p h ú t th u được dung dịch đồng th ể , chỉ đồng n h ấ t sau khi khuấy. N hư vậy dung dịch thuôc khi điểu chế là hệ đồng th ể nhưng chưa chắc đã đồng nhâ't (nếu không khuấy kỹ). K h á i niệm đồng n h ấ t tro n g n g àn h Dược có n g h ĩa rộ n g hơn, liên q u a n tới c h ấ t lư ợng thuốc, sự đồng đều giữa các lô s ả n x u ấ t, giữa các đơn vị p h â n liều thuốc. T huốc bộtchứa n h iều loại dược c h ấ t, t á được là bộLkép đồng n h ấ t. K hôi b ộ t v à hỗn hợp côm đem d ập v iên n é n đ ể đ ả m bảo p h â n liều chính xác cần p h ải đảm bảo đồng n h ấ t như ng không p h ả i là hệ đồng thể. Ví dụ: điển h ìn h về hệ dị th ể là các hệ p h â n tá n thô, n h ư hỗn dịch n h ũ tương. Yêu cầu về cảm quan phải đồng n h ất. Với hỗn dịch nhũ tương lỏng, ph ải lắc trước khi dùng để đảm bảo đồng n h ất. H ệ p h â n tá n keo có kích thước tiể u p h â n p h â n tá n t ừ 0,001m cm đến 0 ,lm c m được coi là h ệ siêu vi dị th ể. T ro n g h ệ p h â n t á n keo đã x u ấ t hiện bể m ặ t riêng của các tiểu p h ân keo (micell). Trạng thái nhiệt động : L à trạ n g th á i v ĩ m ô c ủ a h ệ được xác định b ằn g tậ p hợp t ấ t cả các tín h c h ấ t lí học và h o á học c ủ a nó, có th ể đo được trực tiếp hay gián tiếp (như khôi lượng, th ể tích, n h iệ t độ, áp suất, nồng 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
độ d u n g dich...). Sự th a y đổi b ấ t kỳ tín h c h ấ t n ào cu a h ẹ đ eu d a n đ en sự th ay đổi tr ạ n g th á i n h iệ t động củ a hệ. - Trạng thái cân bằng nhiệt động: là trạ n g th á i co cac tin h c h a t đạc trư n g cho h ệ k h ô n g th a y đổi theo thờ i gian. Quá trình nhiệt động: L à sự th a y đổi trạ n g th á i n h iệ t đ ộ n g của hệ. K hi h ệ ch uyển từ trạ n g th á i n ày san g tr ạ n g t h á i khác, h ệ đ a thực h iện 1 q u á trìn h . Quá trình vòng kín hay chu trình:_ìà q u á t r ì n h h ệ x u â t p h á t từ trạng -thái ban đầu, đi qua 1 loạt các trạng thái trung gian, CUÔ1 cung lại trở về tr ạ n g th á i b a n đầu. Quá trình hở: là quá trình trong đó trạng thái đâu và CUÔ1 cua hệ không tr ù n g n h au . Quá trình cân bằng', là q u á trìn h đi q u a h à n g lo ạ t các t r ạ n g th ái cân b ằ n g h a y các tr ạ n g th á i chỉ sa i lệch vô cùng n h ỏ so với tr ạ n g t h á i cân bằng. Do đó n h ữ n g th ô n g số n h iệ t động của h ệ k h i th ự c h iệ n q u á trìn h cân b ằ n g k h ô n g b iế n đổi hoặc biến đổi vô cùng chậm . Q u á t r ì n h c â n bằn g còn được gọi là q u á tr ìn h g ần tĩn h . Quá trình th u ậ n nghịch : là quá tr ìn h h ệ có th ể trở v ề tr ạ n g th á i đầu th e o đ ú n g con đường nó đã đi qua m à k hông đ ể lạ i m ộ t b iế n đổi nào tro n g 'môi trường. Thông s ố nhiệt động', bao gồm th ô n g sô' tr ạ n g t h á i v à th ô n g sô' quá trìn h . N ói ch u n g các th ô n g số trạ n g th á i th ư ờ n g là các h à m tr ạ n g th á i của h ệ. M ột đại lư ơ n g n h iệ t động là h à m tr ạ n g th á i c ủ a h ệ n ế u sự biến th iê n c ủ a đại lượng đó không p h ụ thuộc vào đưòng đi h a y cá ch tiế n h à n h quá trình, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái CUỐI của hệ. N h ữ n g đ ại lượng v ậ t lý, hoá lý đ ặc trư n g cho tr ạ n g t h á i n h ư th ể tíc h V, áp s u ấ t p , n h iệ t độ T, nội n ăn g u , hoá t h ế n .ề. là các th ô n g s ố tr ạ n g th ái h ay h à m trạ n g th á i. Các đại lượng v ậ t lý, hoá lý dặc trư n g cho q u á trìn h n h ư n h iệ t q, công A là các th ô n g số q u á tr ìn h k h ô n g p h ả i là h à m trạ n g th á i, do q v à A có sự p h ụ thuộc vào cách tiế n h à n h q u á t r ì n h ng o ài sự p h ụ th u ộ c vào t r ạ n g th á i đ ầ u và cuối củ a hệ. T h ô n g số k h u ế c h độ là n h ữ n g th ô n g số tỷ lệ th u ậ n vối k h ố i lượng và có t ín h c h ấ t cộng tín h n h ư th ể tích, nội n ă n g ... T h ô n g s ố cường độ k h ô n g p h ụ th u ộ c v ào kh ố i lượng và k h ô n g có tín h c h ấ t cộng tín h . Ví dụ n h ư : N h iệ t độ, á p s u ấ t, nồng độ... 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn