Fisicoquímica de Superficies En el desarrollo de formas de dosificación farmacéuticas es muy frecuente que sea conveniente o necesario producir dispersiones multifásicas mezclando dos o más ingredientes que no son miscibles entre sí ni capaces de formar soluciones homogéneas. Algunos ejemplos de estas dispersiones incluyen las suspensiones (sólido en líquido), las emulsiones (líquido en líquido) y las espumas (vapor en líquidos). Debido a que estos sistemas no son homogéneos ni termodinámicamente estables con el transcurso del tiempo mostrarán cierta tendencia a separase cuando se almacenan para producir la menor área posible de contacto entre ambas fases. Una manera de prevenir o lentificar esta tendencia natural de separación de las fases consiste en añadir materiales que puedan acumularse en la interfase para proporcionar algún tipo de barrera energética contra la agregación y la coalescencia. Se dice que estos materiales muestran actividad de superficie o que actúan como agentes tensioactivos. Los sólidos, líquidos y soluciones presentan muchas propiedades que son explicables solo en función de la acción de sus superficies. Entre estas propiedades se incluyen a las tensiones superficiales e interfasiales; la adsorción, dispersión de un líquido en una superficie, filmes superficiales insolubles, entre otras.

Fisicoquímica de Interfases Fase: porción homogénea de un sistema, en la cual las propiedades se mantienen constantes. Interfase: región tridimensional intermedia entre dos fases en contacto. Líquido/líquido  Propiedades y composición especial Líquido /sólido  Gas/líquido  Gas/sólido Superficie: concepto geométrico bidimensional y aparente. Frontera entre dos fases.

Fisicoquímica de Interfases fuerzas de cohesión descompensadas Fase (g) Fase (l) fuerza resultante hacia el interior del liquido tensión superficial la superficie libre tiende a disminuir su extensión para disminuir la energía libre superficial y hacer el sistema mas estable. Esta es la razón por la que las gotas de líquido tienden a adoptar forma esférica. el líquido presenta una resistencia a la penetración superficial

TENSIÓN SUPERFICIAL :  F  2 l F =  2 l [ N m-1] dx dw = F dx Tensión superficial y energía libre superficial: Trabajo requerido para incrementar el área unidad de una superficie, isotérmica y reversiblemente. dw =  2 l dx =  dA [ J m-2] N m m2 J m2 = = Nm-1

TENSIÓN SUPERFICIAL :  dG =  dA La disminución del área interfacial es un proceso espontáneo. Es una propiedad de los líquidos, derivada de las fuerzas de cohesión entre las moléculas que lo componen. Cada líquido posee un valor característico y propio de tensión superficial y será mayor cuanto mayor sean las fuerzas intermoleculares. Las fuerzas de atracción entre sus moléculas explican porque los líquidos tratan de minimizar su superficie libre formándose en ella una película con características propias. La superficie contraída es el estado con mínima energía libre superficial

TENSIÓN SUPERFICIAL :  T = 20°C contra agua Cuando la tensión interfacial entre dos líquidos es cero, éstos son totalmente miscibles.

TENSIÓN SUPERFICIAL :  Varía con: Temperatura  Soluto: - tipo - concentración

TENSIÓN SUPERFICIAL y Temperatura  La tensión superficial se ve afectada en forma inversamente proporcional con respecto a la temperatura T TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS: Temperatura en ºC Tensión superficial en Dinas.cm-1 15 73.49 20 72.75 25 71.98 30 71.18

TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto ¿como influye el agregado de un soluto (adsorbato) en la tensión superficial de un liquido (adsorbente)? ADSORCIÓN Aumentan  I NaCl, glicina, solutos superficialmente inactivos SOLUTOS Disminuyen  II alcoholes y ácidos grasos IIa jabones y detergentes solutos superficialmente activos

TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto - aminoácidos - sales de bases y ácidos inorgánicos Solutos de tipo I - alcoholes - ácidos orgánicos Solutos de tipo II - sales de ácidos orgánicos (jabones) - sales de sulfatos de alquilo - sales de sulfonatos de alquilo - sales de aminas cuaternarias - compuestos de polioxietileno Solutos de tipo IIa (tensioactivos)

TIPO I TIPO II Aumentan  Disminuyen  TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto TIPO I TIPO II Son excluídos de la interfase Se concentran en la interfase Aumentan  Disminuyen  Adsorción negativa Adsorción positiva

 TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto Efecto de la Concentración  (mN/m) I II IIa Efecto del Dominio Hidrofóbico Concentración (M)  (mN/m) Concentración (M) C2: etanol C4: butanol C6: hexanol Cuanto mas larga es la cadena hidrocarbonada mayor es su efecto sobre la tensión superficial

TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto Exceso Interfacial (  )    área de interfase soluto i nT = soluto i total ni = soluto i en la fase  ni  = soluto i en la fase  ni = soluto i en la interfase Exceso Interfacial ni = nT - (ni + ni)

+ Actividad superficial: Ecuación de Adsorción de Gibbs TENSIÓN SUPERFICIAL y soluto Actividad superficial: Ecuación de Adsorción de Gibbs EXCESO SUPERFICIAL 2 (mol/cm2) Tipo II + ISOTERMAS DE ADSORCION DE GIBBS c Tipo I

+ Isoterma de adsorción de Gibbs  Concentración (M) 2 Tipo II (mol/cm2) Tipo II Tipo I + c  (mN/m) I II IIa Concentración (M)

TENSIÓN SUPERFICIAL y solutos TIPO II A : agentes tensioactivos o surfactantes o anfifilos Poseen dominios hidrofóbicos e hidrofílicos en su estructura + Dominio hidrofóbico: cadena hidrocarbonada (no tiene afinidad por el agua) Dominio hidrofílico: grupo polar (fuerte afinidad por el agua) 1 carga Acido graso 2 cargas Fosfolípidos

+ Monocapas Bicapas y Liposomas Monocapas y Micelas TENSIÓN SUPERFICIAL y solutos TIPO II A : agentes tensioactivos o surfactantes Se asocian para formar agregados macromoleculares + Modelos de membranas biológicas Monocapas Bicapas y Liposomas Monocapas y Micelas Formas farmacéuticas Importancia fisiológica

TENSIÓN SUPERFICIAL y solutos TIPO II A : agentes tensioactivos o surfactantes Anfípatas A baja concentración (50-100 uM) producen una marcada disminución de la tensión superficial) A mayor concentración (1-5 mM) forman en la solución estructuras relativamente estables, llamadas micelas.

solutos TIPO II A : agentes tensioactivos o surfactantes Los surfactantes disueltos en agua se acumulan en la superficie y forman una monocapa o película. PELICULAS DE LANGMUIR

Monocapas de Extensión Anfípatas escasamente solubles (ácidos grasos) con ayuda de solventes adecuados (benceno) se extienden sobre superficies acuosas condensadas expandidas Acido esteárico Acido oleico trans cis

Estudio experimental de monocapas de extensión

 P = o - i Estudio experimental de monocapas de extensión Diagrama  - A de una película de ácido palmítico (C16)  P = o - i presion superficial superficie de un grupo H-C-H 0.21 nm2/molécula