Sistemas Dispersos



En la forma farmacéutica solución, el o los principios activos
se hallan en un grado de división máximo (molecular o
iónico), disueltos en un vehículo adecuado que puede ser por
ej. acuoso o hidroalcohólico.
Desde el punto de vista biofarmacéutico la disolución de los
principios activos en los fluidos biológicos es un factor
indispensable para poder atravesar las membranas biológicas
y absorberse.
El empleo de la forma farmacéutica solución facilita ese
proceso.
Sistemas Dispersos
Muchas veces, la forma farmacéutica solución resulta
galénicamente irrealizable:

Por problemas de estabilidad de los principios activos que
pueden alterarse en solución;

porque el principio activo es poco soluble a la concentración
que se utiliza para preparar el medicamento;

porque interesa acelerar, disminuir o prolongar la acción del
medicamento.
Se recurre entonces al empleo de Sistemas Dispersos.
Fase dispersa
Fase dispersante
Sistemas Dispersos



Son aquellos sistemas constituidos por dos fases o más no
miscibles entre sí. Una de las fases está uniformemente
distribuida en forma de partículas o gotas finamente divididas
en el seno de otra fase que las engloba o encierra.
La fase subdividida:
FASE INTERNA – DISPERSA – DISCONTINUA (es la fase que
conforma las partículas o gotitas)
La fase que engloba o encierra las partículas o gotas:
FASE EXTERNA–DISPERSANTE– CONTINUA (es el medio en que
las partículas se encuentran dispersas)
Sistemas Dispersos

Desde el punto de vista fisicoquímico estos sistemas son
termodinámicamente inestables.

Las características más representativas de estos sistemas son:


La existencia de una superficie de separación entre la dos fases
llamada interfase
La superficie de contacto entre las partículas y el medio de
dispersión (área interfasial) es muy elevada. En esta interfase se
concentra la mayor cantidad de energía del sistema.
Gran inestabilidad
El exceso de energía libre, asociada a la gran superficie existente
entre las partículas y el medio, da lugar a que las partículas
tiendan a aglomerarse, para reducir su energía libre interna.
Clasificación de los Sistemas Dispersos

De acuerdo al estado físico de la materia.

Desde el punto de vista estructural.

De acuerdo al tamaño de las partículas.
De acuerdo al estado físico de la materia
Pueden existir sistemas dispersos de:








Líquido en gas: aerosoles líquidos, nebulizaciones, niebla.
Sólido en gas: aerosoles sólidos, humos.
Gas en líquidos: espuma.
Sólido en líquidos: dispersiones coloidales, suspensiones.
Líquido en líquido: emulsiones.
Gas en sólido: lava, piedra pómez.
Sólido en sólido: oro coloidal.
Cristales líquidos: estado intermedio entre sólido cristalino y
líquido.
Desde el punto de vista estructural




Sistemas incoherentes
Sistemas coherentes
Sistemas incoherentes: formados por dos fases bien definidas.
La fase dispersa se puede encontrar en forma de partículas
sólidas (dispersiones coloidales y suspensiones) o en forma de
gotitas (emulsiones).
Sistemas coherentes: formados por dos fases entremezcladas.
Las partículas dispersas se contactan entre sí formando una
estructura tridimensional en las que ambas fases se
interpenetran, dando al sistema propiedades fisicoquímicas y
reológicas específicas. Ej: geles.
De acuerdo al tamaño de las partículas



Dispersiones groseras: mayor de 1 micrón, se
pueden ver a simple vista o con microscopio óptico.
Dispersiones coloidales: partículas que tienen un
tamaño entre 1 micrón -1 nm, visibles al
ultramicroscopio y al microscopio electrónico.
Soluciones: menor a 1 nm.
Estabilidad de los sistemas dispersos
Es necesario formularlos adecuadamente para obtener
preparados estables.
Factores de los que depende la estabilidad de los sistemas
dispersos:

Grado de dispersión de la fase interna.

Viscosidad.

Carga eléctrica de las partículas dispersas.

Temperatura.
Estabilidad de los sistemas dispersos

Grado de dispersión de la fase interna:

Si el grado de dispersión de la fase interna es elevado y
homogéneo, aumenta la estabilidad del sistema.

Viscosidad:

El agregado de sustancias con propiedades reológicas a un
sistema disperso favorece la estabilidad. Al aumentar la
viscosidad del medio dificulta la movilidad de las partículas
impidiendo que se aproximen.
Estabilidad de los sistemas dispersos




Carga eléctrica de las partículas dispersas:
Las partículas dispersas en un medio líquido tienden a cargarse
eléctricamente por adsorción de iones del medio o por pérdida de iones
de la partícula. Se forma una doble capa eléctrica que origina fuerzas de
repulsión entre partículas de cargas eléctricas similares (evitando su
acercamiento).
Temperatura:
El aumento de la temperatura reduce la estabilidad de los sistemas
dispersos al disminuir la viscosidad y aumentar la movilidad de las
partículas o gotitas dispersas.
Dispersiones Coloidales
(coloides: de la palabra griega
que significa goma o cola)

Estos sistemas coloidales están constituidos por dos fases, y para
cada partícula existe una superficie de separación entre ella y el
medio. En esta interfase se manifiestan las propiedades
características de los sistemas coloidales.
FASES

Fase interna, dispersa o discontinua.

Fase externa, dispersante o continua.
Clasificación de las Dispersiones Coloidales

Se clasifican en función del grado de atracción entre la fase
dispersa y el medio dispersante.

Si el medio dispersante es un líquido, estos sistemas coloidales
se llaman soles.
Estos soles se clasifican:


LIÓFOBOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFOBAS: (del
griego: aversión al líquido). Poca atracción entre la fase dispersa
y el medio dispersante. Son los coloides verdaderos. Si el medio
de dispersión es agua, se denominan HIDROFOBOS
LIÓFILOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFILAS : (del
griego: afición al líquido). Gran atracción entre la fase dispersa y
el medio dispersante. Si el medio de dispersión es agua se
denominan HIDROFILOS
Propiedades de los sistemas coloidales
La fase interna por su tamaño le confiere al sistema propiedades
características: cinéticas, ópticas y eléctricas.

Propiedades ópticas:
- Dispersión de la luz (Efecto Tyndall)

Propiedades cinéticas:
- Movimiento Browniano

Propiedades eléctricas:
- Las partículas coloidales están cargadas eléctricamente con respecto al
medio dispersante.
Propiedades ópticas: Efecto Tyndall
 Al hacer pasar un rayo de luz a través de una
dispersión coloidal, el rayo de luz se ve en forma clara y
nítida al atravesar el coloide, fenómeno que no sucede
en una solución.
Este efecto se debe a que las partículas coloidales son lo
suficientemente grandes como para dispersar la luz.
A partir del estudio de esta propiedad (nefelómetro), es
posible obtener datos de la forma, tamaño e
interacciones de las partículas coloidales
EFECTO TYNDALL
Propiedades cinéticas
Movimiento Browniano:
Cuando se observa un coloide con un microscopio, se
observa que las partículas dispersas se mueven al azar
en la fase dispersante.
Lo que en realidad se ve son los reflejo de las partículas
coloidales, ya que su tamaño permite reflejar la luz.
Propiedades eléctricas: potencial zeta

Todo sólido sumergido en un líquido tiende a cargarse
eléctricamente en su superficie:

1- Por adsorción de iones del medio.

2- Por ionización de grupos funcionales en su superficie (en este
caso, el pH del medio juega un papel importante).
Doble capa eléctrica
POTENCIAL Z
Representación de la Doble Capa Eléctrica
////////////////// Sólido //////////////////
////////////////// Sólido //////////////////
z
Capa
fijada
Capa difusa
(móvil)
Doble capa eléctrica de una partícula

Partícula cargada positivamente: S, capa de Stern; G, capa de
Gouy-Chapman; N, zona de electroneutralidad.

La partícula positiva atrae iones negativos. Sólo una parte de estos
iones de signo opuesto a la partícula quedan firmemente adheridos
a su superficie formando una capa monomolecular de contraiones
llamada Capa de Stern o Capa fija.

Los demás iones se distribuyen en distintos niveles de acuerdo a la
carga de la partícula formando la Capa difusa o de Gouy-Chapman.

Hay un punto de la capa difusa donde la carga de la partícula no se
hace sentir más; se lo denomina punto de neutralidad.

La resultante de la capa difusa es de la misma magnitud pero de
signo contrario a la capa fuertemente adherida o fija.

Como no se puede medir la carga de la partícula, se mide la
diferencia de potencial que hay entre la zona de separación de la
capa fija y de la capa difusa, y el punto de neutralidad.

A ese potencial se lo denomina potencial Z, y es la verdadera
estimación de la carga de la partícula.

El potencial Z se determina por varios métodos entre ellos por
electroforesis. Es un parámetro importante en relación a la
estabilidad del sistema coloidal
Determinación del potencial Z


La electroforesis es probablemente el
método de más amplia aplicación
para la determinación del potencia Z.
Consiste en el paso de una corriente
eléctrica a través de la dispersión,
puesta en una célula adecuada,
como la que se señala en la figura
(célula Burton).
Las partículas cargadas emigran al
electrodo de carga opuesto y, de
acuerdo con la dirección y velocidad
de migración, puede determinarse el
signo y la magnitud del potencial
zeta.
Purificación de las dispersiones coloidales
Los métodos son:

Diálisis: es el pasaje a través de una membrana. Las partículas

Electrodiálisis: La dispersión coloidal (conteniendo electrolitos para
coloidales quedan retenidas en la membrana y pasa la solución verdadera.
Se utilizó primero pergamino, luego celofán, y actualmente nitrato y
acetato de celulosa.
eliminar) se coloca entre dos membranas. A los costados de las
membranas hay un compartimiento con agua. Se coloca un electrodo en
cada compartimiento, al aplicar una FEM hay migración de iones de la
dispersión coloidal hacia el agua. La dispersión coloidal queda privada de
la solución verdadera.
Coloides hidrófobos
(Características)









No modifican la viscosidad, ni la tensión superficial del medio
dispersante.
Alta sensibilidad a los electrolitos que influyen sobre la carga
eléctrica que circunda a la partícula.
Inestabilidad por efecto de la diálisis (eliminación total de
electrolitos hace al sol inestable).
Pequeñas cantidades de electrolitos estabilizan un coloide
hidrófobo.
Presentan efecto Tyndall debido a la diferencia en el índice de
refracción de las fases dispersa y dispersante. Las partículas
coloidales por su tamaño pequeño reflejan la luz produciendo
este efecto (fácilmente detectadas con el ultramicroscopio).
No se ven al microscopio ordinario, sí al electrónico.
Partículas generalmente inorgánicas.
No se forman espontáneamente.
Presentan movimiento Browniano (movimiento errático de las
partículas). Consiste en un movimiento desordenado continuo
con trayectorias de zig-zag (mantiene a las partículas dispersas).
Estabilización de coloides hidrófobos

1. Con una pequeña cantidad de electrolitos.
Se forma una doble capa eléctrica sobre la superficie de las partículas.
Las partículas se cargan todas iguales, se repelen, evitando la
coagulación (aumenta el potencial zeta).
Según la concentración de electrolitos que se agregue a un coloide éstos
pueden actuar:

Como peptizantes : cantidades pequeñas de electrolitos (dispersan las
partículas coloidales).

Como coagulantes: cantidades grandes de electrolitos producen
coagulación. El potencial Z disminuye, tiende a 0, y se rompe el equilibrio del
sistema.

2. Con coloides protectores:
son coloides hidrofílicos que forman alrededor de cada partícula un
retículo altamente hidrofílico (película protectora), que evita el choque de
partículas.
Coloides hidrófobos
A) SUSPENSIONES:
SÓLIDO FINAMENTE DIVIDIDO EN UN
MEDIO ACUOSO U OLEOSO
B) EMULSIONES: son sistemas de al menos dos fases
en los cuales un líquido se dispersa en otro líquido en la
forma de glóbulos o gotitas pequeñas.
EMULSIONES
UTILIDAD Y APLICACIONES
Ciertos agentes medicinales que tienen un sabor
desagradable se han hecho más aceptables por vía
oral cuando se formulan como emulsiones. Por lo
tanto, el aceite mineral (un laxante), el ácido valproico
(un anticonvulsionante), las vitaminas liposolubles, los
aceites vegetales y las preparaciones para
alimentación entérica se formulan a menudo en la
forma de una emulsión (O/W) para mejorar su sabor.
La utilidad de las emulsiones depende de su habilidad
para penetrar en la piel.
EMULSIONES
PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS EMULSIONES
•Medio dispersante (fase continua).
•Glóbulos dispersos (fase discontinua).
•Emulsionante (estabilizante)
 Partículas sólidas finamente divididas insolubles en la fase dispersa y el
medio dispersante, pero con una cierta afinidad por éstas.
 Sustancias anfifílicas con una cierta afinidad con la fase dispersa y el medio
dispersante y que son solubles en, por lo menos, una de las fases
(tensioactivos).
PARTÍCULAS SÓLIDAS FINAMENTE DIVIDIDAS
EMULSIONES ESTABILIZADAS POR TENSIOACTIVOS
BALANCE HIDROFÍLICO-LIPOFÍLICO (HLB)
Es un concepto ideado por Griffin (1949). En una
emulsión, el valor del HLB del emulsionante intenta
estimar la atracción simultánea que experimenta
por las fases acuosa y oleosa.
BALANCE HIDROFÍLICO-LIPOFÍLICO (HLB)
HLB bajo
HLB ≈ 10
HLB alto
•Aceite en agua.
o/w
•Agua en aceite.
w/o
EMULSIÓN DEL TIPO ACEITE EN AGUA
EMULSIÓN DEL TIPO AGUA EN ACEITE
emulsionante
Coloides hidrofílicos



Existe otro tipo de preparaciones farmacéuticas constituidas por
una dispersión de macromoléculas fuertemente hidrofílicas
debido a la presencia de grupos polares.
Estos sistemas adquieren consistencia espesa cuando la
concentración de la fase dispersa tiene determinado valor
(diferente en cada caso), y se los llama Mucílagos o Coloides
Hidrofílicos.
Las sustancias capaces de formar dispersiones acuosas
homogéneas altamente hidrofílicas pertenecen a distintas
especies químicas y suelen conocerse como agentes espesantes.
Características de los coloides hidrofílicos







Viscosidad superior a la del medio dispersante. Moléculas
fuertemente hidratadas que aumentan la viscosidad del medio.
Tensión superficial un tanto menor que la del medio dispersante.
Poca sensibilidad frente a los electrolitos (no modifican
mayormente su aspecto por el agregado de sales).
Más estables con el tiempo (por su gran hidrofília y carga
eléctrica); no separan la fase dispersa. Salvo si someten a cambios
bruscos de temperaturas y de pH.
Presentan efecto Tyndall débil (no es fácil detectarlo con el
ultramicroscopio).
Por pérdida de agua pueden formar geles, pero son fácilmente
redispersables (coloides reversibles o emulsoides). Sol a Gel y de
Gel a Sol.
No presentan movimiento browniano notable, las moléculas están
inmovilizadas por el manto de hidratación.
Coloides de asociación


“soluciones micelares”. Son dispersiones
límpidas y termodinámicamente estables.
Se forman micelas de tensiaoctivo, en el agua,
de tamaño coloidal.
TENSIOACTIVOS
TENSIOACTIVOS

Los tensioactivos tienden a concentrarse en la interfase alterando
la energía libre de la superficie, reduciendo la tensión superficial
del sistema.

Son moléculas que tienen una parte polar (cabeza hidrofílica) y
otra no polar (cola hidrófoba).

Para que una molécula sea tensioactiva su afinidad por la
interfase es mayor que por cada una de las fases.
Coloides de asociación


Cuando se preparan dispersiones de concentración creciente de
un tensioactivo de predominio hidrofílico (HLB elevado), a partir
de cierta concentración llamada CMC (concentración micelar
crítica) las moléculas de tensioactivo se agrupan en forma de
micelas.
Se producen cambios en las propiedades físicas del sistema, que
indican que se ha alcanzado la CMC.
Coloides de asociación

Los tensioactivos se agregan a partir de una
determinada concentración llamada concentración
micelar crítica (CMC), dando lugar a partículas de
tamaño coloidal, con diámetro equivalente en los
límites de 30-100 Å o sea de dimensiones coloidales,
por eso se los denomina coloides de asociación o
asociaciones coloidales.
Coloides de asociación





La figura muestra la acción de un
tensioactivo sobre la tensión
superficial (γ). Al aumentar la cc. de
tensioactivo en agua, la tensión
superficial disminuye (línea ab)
debido a que las moléculas se
adsorben en la superficie del agua.
Al agregar más tensioactivo se
alcanza el punto (b) donde las
moléculas están empaquetadas por
completo en la superficie.
La parte hidrofílica hacia el agua y la
lipofílica hacia el aire.
Si se continua agregando
tensioactivo, no caben más
moléculas en la superficie y se
agregan en micelas. La tensión
superficial no disminuye más y
permanece cte.
La cc. en la que comienza la micelación se llama CMC.
Micelas


Las micelas pueden estar integradas por un número grande de
moléculas de tensioactivo, el tamaño es variable y depende de la
naturaleza del tensioactivo, de la concentración, de la temperatura y
de iones presentes.
El número de agregación n es el número de moléculas de
tensioactivo (monómero) presentes en una micela.
Inserción en las micelas




Inserción a nivel profundo : hidrocarburos (A).
Inserción menos profundo: alcoholes y ácidos grasos (B y C).
Inserción en superficie: por ejemplo, ftalato de metilo (D).
Inserción en cadenas de óxido de etileno: cuando se trata de
tensioactivos polioxietilenados (E).
Micelas invertidas


En líquidos no polares, los tensioactivos pueden formar micelas
invertidas, donde las cabezas polares se dirigen hacia el centro y la
parte no polar hacia el medio dispersante.
Como ejemplo podemos citar: dioctilsulfosuccinato de sodio y los
monoésteres del sorbitano, cuando se dispersan en aceites u otros
líquidos no polares.
Micelas

La facilidad de formar micelas depende del tensioactivo y decrece
en el siguiente orden:
no iónico > anfótero > iónico.

Las micelas no son agrupados estáticos, se disocian, se reagrupan,
se disocian nuevamente con gran rapidez.
Micelas



Las micelas formadas en soluciones diluidas de tensioactivo son
aproximadamente esféricas.
Al aumentar la concentración las micelas aumentan de tamaño. Siendo
demasiado grandes para conservar la forma esférica, adoptan
estructura elipsoidal, cilíndricas y finalmente laminares.
Estas fases afectan: la viscosidad, la reología de la formulación y la
solubilidad del principio activo.
Micelas
Micelas: (a) esféricas, (b) elipsoidal, (c) cilíndricas, (d) vermiforme.
Dibujo cedido por el Ing. Dr. Ricardo Pasquali. Farmacotecnia I
La “solubilización” micelar se emplea en Farmacia:

se llevan a cabo “solubilizaciones acuosas” de iodo,
antisépticos fenólicos, hormonas esteroides, vitaminas
liposolubles, antibióticos, sulfamidas, barbitúricos, aceites
y esencias.
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SISTEMAS DISPERSOS - chemestryeleven2014