Вода хороший растворитель: Вода как растворитель (статья) | Академия Хана

Практическая работа. Вода — растворитель (часть 1)

Просмотр содержимого документа

«Практическая работа. Вода — растворитель (часть 1)»

Вода как растворитель

Презентация ученика 3 «Б» класса МБОУ лицея №7 г.Красный Сулин Ростовской области Локтионова Семёна

2011г.

Вода в природе

Вода – самое распространенное вещество на нашей планете. Ею заполнены океаны, моря, озера, реки. Пары воды входят в состав воздуха. Вода содержится в организмах растений и животных .

Если всю воду Земли распределить равномерным слоем по ее поверхности, то образовался бы Мировой океан глубиной 4 км.

Вода — это

Самое распространённое вещество на Земле

Находится сразу в трёх состояниях (жидком, твердом , газообразном)

Прозрачна

Способна расширятся (охлаждение, нагревание)

Растворённое вещество

вещество,

которое растворилось в растворителе

Растворитель

жидкое вещество, в котором растворяются другие вещества

Великолепный растворитель

Химическая формула Н2О

Среда зарождения и источник жизни

Многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель.

Мы хотим выяснить

От чего зависит растворимость (эксперимент) ?

Что берём?

Что наблюдаем?

Поваренная соль

?

Сахарный песок

?

Речной песок

?

Глина

?

Предлагаю провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет.

Растворимость – это содержание растворенного вещества в насыщенном растворе. Бывают:

Проведем опыт

• Наполни прозрачный стакан кипячёной водой.
• Всыпь в него чайную ложку поваренной соли.
• Помешивая воду, наблюдай, что происходит с кристалликами соли.

Соль растворилась в воде. Прозрачность не изменилась. Цвет не изменился. А вот вкус – да! Раствор стал соленый.

В пустой стакан вставь воронку с фильтром и

пропусти через неё воду с солью .

Соль вместе с водой прошла через фильтр, она не осталась на фильтре. А вкус после фильтрования прежний. Значит она растворилась.

ВОДА – РАСТВОРИТЕЛЬ

Растворитель какой выбрать |Хороший растворитель |Какой растворитель лучше

Растворитель отечественного производства является доступным продуктом, не имеющим альтернативы в своем классе. Эффективность и универсальность применения достигается благодаря особому химическому составу. Например, в состав 646 растворителя входят более 7 компонентов (толуол, этанол, бутилацетат, бутанол, этилцеллозоль, ацетон и т.д.), подобного рода сочетание позволяет растворять многие вещества органической природы, что и сделало продукт популярным на рынке.

Изначально он выпускался для разбавления нитроэмалей, нитрокрасок и эпоксидных грунтовок, но вскоре выяснилось, что растворитель «советского» типа может растворять бо`льшую группу веществ. Он широко используется для растворения смол, снижения вязкости материалов, облегчения сушки. Реагент выступает в роли структурирующего элемента для поверхности лаков и красок, обеспечивает нормальный процесс образования пленок, придавая дополнительный блеск после высыхания.

Это вещество не имеет взвесей, различных расслоений или осадка. Данный тип растворителя используется также для обезжиривания поверхностей и промывки оборудования. В отличие от разбавителя, растворитель может взаимодействовать с веществом, проникая в его структуру и растворяя пленкообразующие и прочие компоненты красок, лаков, эмалей.

Посредством растворителей «пленкообразователи» приводятся в текучую кондицию для удобства окрашивания. Нанесенное в составе растворенной им краски летучее вещество постепенно испаряется, возвращая краску в твердое состояние. Однако растворители влияют на свойства при растворении, в результате чего структуры ЛКМ могут поменяться. От растворителя в высокой степени зависит качество и надежность всего ЛКМ в целом.

Не секрет, что многие маляры, выбирая качественные и дорогие эмали, грунты, лаки, вместо родного разбавителя используют бюджетные отечественные растворители. Это не правильно и с точки зрения экономии не оправданно. Наверняка российские материалы отлично прояв­ляют себя в сочетании с некоторыми марками промышленных и бытовых красок, для которых они и создавались в свое время, но иностранные производители ЛКМ не рассчитывали в своих авторемонтных программах на его применение…

Отечественный растворитель является сложным продуктом, так как состоит из многих компонентов, которые делают его универсальным. Часть компонентов работает с одним видом ЛКМ, другая часть с другими типами красок. Такая «универсальность» в процессе использования 646-го с импортными материалами может принести нам немало сюрпризов.

Следует учитывать и то обстоятельство, что разработчик ЛКМ, закладывая в рецептуру определенные растворители, просчитывает логическую последовательность и скорость химических реакций. Сначала испаряется быстрая часть растворителей, затем уходят разбавители и только потом остальная часть растворяющих веществ. Растворитель 646 крайне реактивен, входящие в его состав вещества испаряются очень быстро, что приводит к мгновенному высыханию и появлению пленки на поверхности слоя. У маляра возникает ощущение, что слой просох полностью, и он наносит следующий. На самом же деле первый слой под образовавшейся пленкой не успевает досыхать.

Например:

• Если мы говорим о грунте, то он попросту не успевает просохнуть. При обработке грунт тут же забьет все поры абразива.




• Если 646 растворитель добавить в эмаль, то он может стать одной из причин проявления «яблочности» после полного высыхания окрашенной поверхности.




• Чрезмерно быстрое испарение растворителя может привести к конденсации влаги и, как следствие – помутнению, белесоватости, снижению блеска лака. Через определенное время клиент огорчится, увидев на ремонтных деталях отслоение лака от базовых эмалей.

Опытным путем установлено, что агрессивные компоненты отечественных растворителей «сжигают» некоторые особо чувствительные пигменты, находящиеся в составе современных автоэмалей. Это приводит к изменению цветности, которое часто наблюдают колористы, когда клиенты предъявляют рекламации по цвету, используя для разбавления у себя на производстве бюджетные растворители. Часто возникают конфликты при сравнении пробного выкраса клиента с оригиналом колориста.

• Надо помнить о том, что 646-й растворитель агрессивен по отношению ко многим видам пластика.

В растворителе присутствуют разного вида испаряемые компоненты (спирты, керосин и вода), которые сильно конфликтуют с современными материалами. Кроме того, при розливе продукта во влажных условиях или неправильном хранении количество воды может увеличиться в составе продукта.

• Спирты сильно воздействуют на все пигменты акриловых материалов. Они меняют цвет в краске и разрушающе действуют на отвердитель и его смолы. Добавляя в грунт и разрушая отвердитель, мы получаем существенную просадку материала.




• Наличие воды сильно вредит процессу полимеризации, при полном испарении происходит также усушка и усадка материалов. Часто наблюдаем появление ржавчины на ремонтных кузовных деталях, которые, казалось бы, совсем недавно были выкрашены.

Подводя итоги, становится понятно, что этот товар не может выступать полноценным аналогом фирменной продукции, но все же приносит определенную пользу (например, для промывки окрасочного оборудования). Если даже маляр сможет приноровиться к использованию российских растворителей для разбавления современных материалов, то нужно помнить, что при изменении условий (температуры, влажности и т.д.) результаты работы могут быть непредсказуемы.  

Как используется вода в химической промышленности – ООО ДХЗ

Почти на всех химических предприятиях используют воду как часть подвижной фазы, поэтому если вы захотите купить растворитель в Краснодаре, Москве или другом любом регионе, этот факт нужно учитывать. Вода — вездесущий растворитель, знакомый и используемый почти каждым хроматографистом, часто ошибочно полагают, что она не представляет проблем в хроматографии. Это предположение привело многих хроматографистов к кошмарам.

Воду очищают таким способом, чтобы удалить как органические, так и неорганические примеси. Когда вода произведена и расфасована должным образом, она имеет pH ~7, низкое содержание неорганических и органических примесей и не содержит бактерий.

Большинство производителей контролирует эти аспекты с помощью измерения pH, коротковолнового УФ поглощения, сопротивления и бактериальных тестов. Окончательные pH и содержание металлов в воде зависят не только от процесса производства, но также от способа упаковки и времени контакта с воздухом (т. е. от поглощения диоксида углерода). Когда открывают запечатанную бутыль с водой, в нее попадают из воздуха бактерии и питательные вещества для них. Бактерии начинают расти и размножаться. До тех пор, пока вода не будет смешана со значительным количеством органического модификатора (>15% ацетонитрила, >20% метанола и т.д.), бактерии продолжают размножаться.

К чему может привести загрязненная вода в химическом производстве?

Растворитель становится загрязненным живыми и мертвыми бактериями, фрагментами бактериальной клеточной стенки и пептидными фрагментами внутренних белков бактериальной клетки. Когда такой растворитель прокачивают через ВЭЖХ колонку, примеси либо собираются на колонке, пока она не будет перегружена и не произойдет проскок либо растворитель станет достаточно сильным, чтобы элюировать примеси. В любом случае, результатом будут неожиданные и нежелательные пики, не связанные с пробой.

Бактериальный рост обычно можно предотвратить, если смешать воду с органическим модификатором (как упоминалось выше), с буферным раствором, имеющим очень низкий pH (например, уксусная кислота с pH < 4) или очень высокий pH (например, бура с pH > 9). Следовательно, когда это возможно, слабый растворитель для обращенной фазы разделения не следует получать смешиванием чистой воды с органическим растворителем с помощью насоса. Напротив, следует поместить в резервуар для слабого растворителя воду с максимально допустимым по хроматографическим требованиям содержанием органического компонента.

Особняком стоят проблемы, создаваемые тем фактом, что в заселенной бактериями воде они находят пути в каждый укромный уголок или щель в системе высокоэффективной жидкостной хроматографии. Компоненты системы с большой площадью поверхности (входные фильтры емкостей, фритты колонок и трубок) служат местами активного размножения многочисленных бактерий. Результаты такого типа бактериального роста наблюдаются на хроматограмме в виде ложных невоспроизводимых пиков.

Решение этой проблемы требует много времени. Каждый компонент, изготовленный из нержавеющей стали, необходимо очистить разбавленным раствором азотной кислоты, а затем промыть водой и метанолом.

Особенности выбора воды для изготовления ЛКМ.

Вода — растворитель, имеющий, по-видимому, наибольшее число документированных степеней спецификации. Очень важно убедиться в том, что используемая в методе вода отвечает требованиям метода. Поскольку многие из этих спецификаций включают тесты, которые не являются стандартными для производителей растворителей, важен контакт с производителем всякий раз, когда неясно, подходит ли его вода для намеченных целей.

Источник воды для системы очистки также следует проверять. Если он содержит высокие концентрации ионных и/или органических примесей, тогда может потребоваться установить специальное устройство предварительной обработки между источником и «шлифовальным» блоком. Следует осознать, что источники воды часто питаются от городских станций очистки, и качество воды меняется в зависимости от времени года, поскольку в течение летних месяцев требуется больше обеззараживающих добавок, чем в зимние месяцы.

Презентация «Вода — растворитель» — начальные классы, презентации

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

`

Номер слайда 2

Номер слайда 3

Номер слайда 4

Номер слайда 5

Номер слайда 6

Номер слайда 7

Номер слайда 8

Заседание клуба «Мы и окружающий мир»«Вода – растворитель»

Номер слайда 9

Заседание школьного клуба«Мы и окружающий мир»по теме. Задание всем присутствующим: Подготовить доклад по теме «Вода – растворитель»Многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель. Предлагаю провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет.{2 D5 ABB26-0587-4 C30-8999-92 F81 FD0307 C}Что берём?Что наблюдаем?Поваренная соль?Сахарный песок?Речной песок?Глина?

Номер слайда 10

Правила работы в группе. Внимательно прочитайте задание. Определите цель. Договоритесь, как будете выполнять задание. Обменивайтесь мнением друг с другом тихо, не мешая другим. Выберите выступающего, который сделает вывод о проделанной работе.

Номер слайда 11

Изменилась ли прозрачность воды?Изменился ли цвет воды?Изменился ли вкус воды?Можно ли сказать, что соль исчезла?

Номер слайда 12

Изменилась ли прозрачность воды?Изменился ли цвет воды?Изменился ли вкус воды?Можно ли сказать, что сахар исчез?

Номер слайда 13

Изменилась ли прозрачность воды?Изменился ли цвет воды?Исчезли ли песчинки?

Номер слайда 14

Изменилась ли прозрачность воды?Изменился ли цвет воды?Исчезли ли частицы глины?

Номер слайда 15

ФИЛЬТР, –а, м. Прибор, устройство или сооружение для очищения жидкостей, газов от твёрдых частиц, примесей.

Номер слайда 16

Осталась ли соль на фильтре?Изменился ли вкус воды?Что происходит с солью в воде?

Номер слайда 17

Остался ли сахар на фильтре?Изменился ли вкус воды?Остался ли сахар на фильтре?

Номер слайда 18

Что проходит через фильтр, а что остаётся на нём?Что происходит с речным песком в воде?

Номер слайда 19

Что проходит через фильтр, а что остаётся на нём?Очистилась ли вода от глины?

Номер слайда 20

«Не каждая водица для питья годится»

Номер слайда 21

Домашнее задание1. Подготовить выступление на тему «Вода – растворитель»2. Учебник, стр. 87

Номер слайда 22

Рефлексия- Сегодня на уроке я научился…- Было интересно…- Для меня было открытием то, что…- Мне показалось важным…- Больше всего мне понравилось…- Могу похвалить одноклассников за то, что…

Вода-растворитель. Растворимые и нерастворимые в воде вещества

Аманбаева Жанар Жумабековна
Актюбинская область г.Шалкар
Средняя школа №5
Предмет: Начальная школа

Тема: Вода — растворитель. Растворимые и нерастворимые в воде вещетсва.
Задачи урока: дать представление о воде как растворителе, о растворимых и нерастворимых веществах; познакомить с понятием «фильтр», с простейшими способами определения растворимых и нерастворимых веществ; подготовить доклад на тему «Вода – растворитель».
Оборудование и наглядные пособия: учебники, хрестоматии, тетради для самостоятельной работы; наборы: стаканы пустые и с кипяченой водой; коробочки с поваренной солью, сахаром, речным песком, глиной; чайные ложки, воронки, фильтры из бумажных салфеток; гуашь (акварельные краски), кисти и листы для рефлексии; презентация, выполненная в Power Point, мультимедийный проектор, экран.

ХОД УРОКА
I. Организационный момент
У. Всем доброе утро! (Слайд 1)
Приглашаю вас на третье заседание школьного научного клуба «Мы и окружающий мир».
II. Сообщение темы и цели урока
Учитель. Сегодня у нас гости, учителя из других школ, которые пришли на заседание клуба. Предлагаю председателю клуба, Порошиной Анастасии, открыть заседание.
Председатель. Мы сегодня собрались на заседание клуба по теме «Вода – растворитель». Задание всем присутствующим: подготовить доклад на тему «Вода – растворитель». На этом уроке вам вновь предстоит стать исследователями свойств воды. Изучать эти свойства вы будете в своих лабораториях, с помощью «консультантов» – Макаренкова Михаила, Старковой Олеси и Стениной Юлии. Каждая лаборатория должна будет выполнить следующее задание: провести опыты и наблюдения, а в конце заседания обсудить план сообщения «Вода – растворитель».

III. Изучение нового материала
У. С разрешения председателя я хочу сделать первое сообщение. (Слайд 2) Такое же заседание по теме «Вода – растворитель» недавно провели ученики села Мирного. Открыл заседание Костя Погодин, который напомнил всем присутствующим еще об одном удивительном свойстве воды: многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель. После этого Маша предложила провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет.

У. Предлагаю вам на заседании клуба определить растворимость в воде таких веществ, как поваренная соль, сахар, речной песок и глина.
Давайте предположим, какое вещество, по вашему мнению, растворится в воде, а какое не растворится. Выскажите свои предположения, догадки и продолжите высказывание: (Слайд 3)

У. Подумаем вместе, какие гипотезы будем подтверждать. (Слайд 3)
Предположим … (соль растворится в воде)
Допустим … (сахар растворится в воде)
Возможно … (песок не растворится в воде)
Что, если … (глина не растворится в воде)

У. Давайте, и мы проведем опыты, которые помогут нам в этом разобраться. Перед работой председатель напомнит вам правила при проведении опытов и раздаст карточки, на которых эти правила напечатаны. (Слайд 4)
П. Посмотрите на экран, где записаны правила.
«Правила при проведении опытов»
Необходимо бережно относиться ко всем приборам. Их можно не только разбить, ими можно и пораниться.
Во время работы можно не только сидеть, но и стоять.
Опыт проводит один из учеников (докладчик), остальные молча наблюдают или по просьбе докладчика помогают ему.
Обмен мнениями по результатам проведенного опыта начинается только после того, как докладчик разрешает его начать.
Переговариваться друг с другом нужно тихо, не мешая остальным.
Подходить к столу и проводить замену лабораторного оборудования можно только по разрешению председателя.

IV. Практическая работа
У. Предлагаю председателю выбрать «консультанта», который прочитает вслух из учебника порядок действий при проведении первого опыта. (Слайд 5)
1) П. Проведите опыт с поваренной солью. Проверьте, растворяется ли в воде поваренная соль.
«Консультант» из каждой лаборатории берет один из подготовленных наборов, и проводит опыт с поваренной солью. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество поваренной соли. Группа наблюдает, что происходит с кристалликами соли, и исследует воду на вкус.
Председатель (как в игре КВН) зачитывает один и тот же вопрос каждой группе, а представители от лабораторий отвечают на них.

П. (Слайд 6) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала соленой)
Можно ли сказать, что соль исчезла? (Да, она растворилась, исчезла, ее не видно)

У. Сделайте вывод. (Соль растворилась) (Слайд 6)
П. Прошу всех приступить к выполнению второго опыта, для которого необходимо использовать фильтры.
У. Что такое фильтр? (Прибор, устройство или сооружение для очищения жидкостей, газов от твёрдых частиц, примесей.) (Слайд 7)
У. Прочитайте вслух порядок действий при выполнении опыта с фильтром. (Слайд 8)
Учащиеся пропускают воду с солью через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.

П. (Слайд 9) Осталась ли соль на фильтре? (На фильтре пищевая соль не осталась)
Изменился ли вкус воды? (Вкус воды не изменился)
Удалось ли очистить воду от соли? (Пищевая соль прошла с водой через фильтр)
У. Сделайте вывод из своих наблюдений. (Соль растворилась в воде) (Слайд 9)
У. Подтвердилась ли ваша гипотеза?
У. Все правильно! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы (с. 30). (Слайд 10)

2) П. (Слайд 11) Проделаем такой же опыт еще раз, только вместо соли положим чайную ложку сахарного песка.
«Консультант» из каждой лаборатории берет второй набор и проводит опыт с сахаром. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество сахара. Группа наблюдает, что происходит и исследует воду на вкус.
П. (Слайд 12) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность воды не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала сладкой)
Можно ли сказать, что сахар исчез? (Сахар стал невидимым в воде, вода его растворила)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился) (Слайд 12)
У. Пропустите воду с сахаром через бумажный фильтр. (Слайд 13)
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.
П. (Слайд 14) Остался ли сахар на фильтре? (На фильтре сахара не видно)
Изменился ли вкус воды? (Вкус воды не изменился)
Удалось ли очистить воду от сахара? (Воду от сахара очистить не удалось, вместе с водой он прошел через фильтр)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился в воде) (Слайд 14)
У. Подтвердилась ли гипотеза?
У. Верно. Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 15)

3) П. (Слайд 16) Проверим утверждения и проведем опыт с речным песком.
У. Прочитайте в учебнике порядок действий при проведении опыта.
Проводят опыт с речным песком. Размешивают в стакане с водой чайную ложку речного песка. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с песчинками и водой.
П. (Слайд 17) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной, грязной)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды изменился)
Исчезли ли песчинки? (Более тяжелые песчинки опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Песок не растворился) (Слайд 17)
У. (Слайд 18) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают.
П. (Слайд 19) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а речной песок остался на фильтре и песчинки хорошо видны)
Очистилась ли вода от песка? (Фильтр помогает очистить воду от частиц, которые в ней не растворяются)
У. Сделайте вывод. (Речной песок в воде не растворился) (Слайд 19)
У. Верным ли было ваше предположение о растворимости песка в воде?
У. Отлично! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 20)

4) П. (Слайд 21) Проделайте такой же опыт с кусочком глины.
Проводят опыт с глиной. Размешивают в стакане с водой кусочек глины. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с глиной и водой.
П. (Слайд 22) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной)
Изменился ли цвет воды? (Да)
Исчезли ли частицы глины? (Более тяжелые частицы опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворилась в воде) (Слайд 22)
У. (Слайд 23) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
П. (Слайд 24) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре.)
Очистилась ли вода от глины? (Фильтр помог очистить воду от частиц, которые не растворились в воде)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворяется в воде) (Слайд 24)
У. Гипотеза подтвердилась?
У. Молодцы! Все правильно!
У. Прошу одного из членов группы зачитать выводы, записанные в тетради, всем присутствующим.
У. Есть ли у кого — нибудь дополнения, уточнения?
У. Сделаем выводы из опытов. (Слайд 25)

Все ли вещества растворяются в воде? (Соль, сахарный песок растворились в воде, а песок и глина не растворились.)
Всегда ли с помощью фильтра можно выявить, растворяется вещество в воде или нет? (Растворившиеся в воде вещества проходят через фильтр вместе с водой, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре)
У. Прочитайте о растворимости веществ в воде в учебнике (с. 87).
У. Сделайте вывод о свойстве воды как растворителя. (Вода – растворитель, но не все вещества в ней растворяются) (Слайд 25)
У. Советую членам клуба прочитать рассказ в хрестоматии «Вода – растворитель» (с. 46). (Слайд 26)
Почему же ученым пока не удалось получить абсолютно чистую воду? (Потому что в воде растворены сотни, а может и тысячи разных веществ)

У. Как люди используют свойство воды растворять некоторые вещества?
(Слайд 27) Безвкусная вода становится сладкой или соленой благодаря сахару или соли, так как вода растворяет и приобретает их вкус. Это свойство человек использует, когда готовит пищу: заваривает чай, варит компот, супы, солит и консервирует овощи, заготавливает варенье.
(Слайд 28) Когда мы моем руки, умываемся или купаемся, когда стираем одежду, то используем жидкую воду и ее свойство – растворителя.
(Слайд 29) В воде также растворяются газы, в частности кислород. Благодаря этому в реках, озерах, морях живут рыбы и другие. Соприкасаясь с воздухом, вода растворяет кислород, углекислый газ и другие газы, которые находятся в нем. Для живых организмов, обитающих в воде, например, рыб, очень важен кислород, растворенный в воде. Он им нужен для дыхания. Если бы кислород не растворялся в воде, то водоемы были бы безжизненными. Зная это, люди не забывают насыщать кислородом воду в аквариуме, где живут рыбки, или прорубают зимой проруби в водоемах для улучшения жизни подо льдом.
(Слайд 30) Когда рисуем акварельными красками или гуашью.

У. Обратите внимание на задание, записанное на доске. (Слайд 31) Предлагаю составить коллективный план выступления на тему «Вода – растворитель». Обсудите его в своих лабораториях.
Заслушивание планов по теме «Вода – растворитель», составленных учащимися.

У. Давайте все вместе сформулируем план выступления. (Слайд 31)
Примерный план выступления по теме «Вода – растворитель»
Введение.
Растворение веществ в воде.
Выводы.
Использование людьми свойства воды растворять некоторые вещества.
Экскурсия в «Выставочный зал». (Слайд 32)

У. При подготовке сообщения вы можете использовать дополнительную литературу, подобранную ребятами, помощниками докладчиков по теме нашего заседания. (Обратить внимание учащихся на выставку книг, интернет – страничек)

V. Итог урока
Какое свойство воды исследовали на заседании клуба? (Свойство воды как растворителя)
К какому выводу мы пришли, исследовав это свойство воды? (Вода – хороший растворитель для некоторых веществ.)
Как вы думаете, трудно быть исследователями?
Что показалось наиболее сложным, интересным?
Пригодятся ли вам знания, приобретенные в ходе исследования этого свойства воды в дальнейшей жизни? (Слайд 33) (Очень важно помнить о том, что вода – растворитель. Вода растворяет соли, среди которых есть как полезные для человека, так и вредные. Поэтому пить воду из источника, если вы не знаете, чист ли он, нельзя. Не зря в народе есть пословица: «Не всякая водица для питья годится».)

VI. Рефлексия
Как мы используем свойство воды растворять некоторые вещества на уроках изобразительного искусства? (Когда рисуем акварельными красками или гуашью)
Предлагаю вам, используя это свойство воды, раскрасить воду в стакане в такой цвет, который наиболее полно соответствует вашему настроению. (Слайд 34)
«Желтый цвет» – радостное, светлое, хорошее настроение.
«Зеленый цвет» – спокойное, уравновешенное.
«Синий цвет» – грустное, печальное, тоскливое настроение.
Покажите свои листы с раскрашенной водой в стакане.

VII. Оценивание
Благодарю председателя, «консультантов» и всех участников заседания за активную работу.
VIII. Домашнее задание

Промышленная технология лекарств. Электронный учебник

5.7. Растворители для стерильных и асептически приготовленных лекарственных средств

В качестве растворителей лекарственных веществ при получении инъекционных растворов применяются вода для инъекций, изотонические растворы  некоторых лекарственных веществ и неводные растворители природного, синтетического и полусинтетического происхождения, отвечающие требованиям НТД.

К растворителям предъявляются следующие требования: высокая растворяющая способность, необходимая химическая чистота, фармакологическая индифферентность, химическая совместимость с лекарственными веществами, т.е. отсутствие химического взаимодействия, устойчивость при хранении, доступность и дешевизна.

Вода является наиболее распространенным растворителем для парентеральных препаратов. Она представляет собой самый удобный с физиологической точки зрения растворитель, поскольку является в количественном отношении главной составной частью всех секретов организма и одновременно основным агентом, транспортирующим питательные вещества и продукты обмена веществ в организме.

Известно, что ряд препаратов из-за плохой растворимости в воде либо не могут применяться в медицинской практике, либо в значительной степени теряют свой терапевтический эффект. К ним можно отнести стероидные соединения, антисептики, фуранохромоны, алкалоиды, гликозиды и др. С этой целью применяют неводные растворители: спирты, эфиры, масла и др. Неводные растворители, наряду с другими требованиями должны быть малотоксичными, прозрачными, иметь небольшую вязкость.

Получение воды для инъекций в промышленных условиях

Согласно требованиям ФС 42-2620-89 вода для инъекций (Aqwa pro ingectionibus) должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к воде очищенной, а также должна быть стерильной и апирогенной. Стерильность воды определяется методами, изложенными в статье «Испытания на стерильность» ГФ ХI издания, с. 187-192. Испытание пирогенности воды проводят биологическим методом, приведенным в статье «Испытание на пирогенность» ГФ ХI издания, с. 183-185.

Оборудование для получения воды очищенной и воды для инъекций

В промышленных условиях получение воды для инъекций и воды очищенной осуществляют с помощью высокопроизводительных корпусных аппаратов, термокомпрессионных дистилляторов различных конструкций и установок обратного осмоса.

Одним из представителей колонных многокамерных аппаратов являются многоступенчатые аппараты. Установки подобного типа для получения очищенной воды бывают различной конструкции. Производительность крупных моделей достигает 10 т/час.

Чаще всего применяются трехступенчатые колонные аппараты с тремя корпусами (испарителями), расположенными вертикально или горизонтально. Особенностью колонных аппаратов является то, что только первый испаритель нагревается паром, вторичный пар из первого корпуса поступает во второй в качестве греющего, где конденсируется и получается дистиллированная вода. Из второго корпуса вторичный пар поступает в третий – в качестве греющего, где также конденсируется. Таким образом, дистиллированную воду получают из ІІ и ІІІ корпусов. Производительность такой установки до 10 т/ч дистиллята. Качество получаемого дистиллята хорошее, так как в корпусах достаточная высота парового пространства и предусмотрено удаление капельной фазы из пара с помощью сепараторов.

Для обеспечения апирогенности получаемой воды необходимо создать условия, препятствующие попаданию пирогенных веществ в дистиллят. Эти вещества нелетучи и не перегоняются с водяным паром. Загрязнение ими дистиллята происходит путем переброса капелек воды или уноса их струей пара в холодильник. Поэтому конструктивным решением вопроса повышения качества дистиллята является применение дистилляционных аппаратов соответствующих конструкций, в которых исключена возможность переброса капельно-жидкой фазы через конденсатор в сборник. Это достигается устройством специальных ловушек и отражателей, высоким расположением паропроводов по отношению к поверхности парообразования. Целесообразно также регулировать обогрев испарителя, обеспечивая равномерное кипение и оптимальную скорость парообразования, т.к. чрезмерный нагрев ведет к бурному кипению и перебросу капельной фазы. Проведение водоподготовки путем обессоливания также уменьшает пенообразование и, следовательно, выделение капелек воды в паровую фазу.

На некоторых химико-фармацевтических предприятиях воду для инъекций получают с помощью дистиллятора «Mascarini» – производительность этого аппарата 1500 л/час. Он обеспечен прибором контроля чистоты воды, бактерицидными лампами, воздушными фильтрами, прибором для удаления пирогенных веществ, а также с помощью установки двойной дистилляции воды производительностью 3000 л/час.

Трехкорпусной аквадистиллятор «Финн-аква» (Финляндия) функционирует за счет использования деминерализованной воды (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Аквадистиллятор «Финн-аква»

1 – регулятор давления; 2 – конденсатор-холодильник;

3 – теплообменник камер предварительного нагрева; 4 – парозапорное устройство;
5 – зона испарения; 6, 7, 8 – труба; 9 – теплообменник

Вода поступает через регулятор давления в конденсатор, проходит теплообменники камер предварительного нагрева, а после нагревания поступает в зону испарения, состоящую из системы трубок, обогреваемых внутри греющим паром. Нагретая вода подается на наружную поверхность обогреваемых трубок в виде пленки, стекает по ним и нагревается до кипения.

В испарителе за счет поверхности кипящих пленок создается интенсивный поток пара, который движется снизу вверх со скоростью 20-60 м/с. Центробежная сила, возникающая при этом, обеспечивает стекание капель в нижнюю часть корпуса, прижимая их к стенкам.

Наиболее совершенными в настоящее время являются термокомпрессионные дистилляторы (рис. 5.15), конструкция которых разработана итальянской фирмой «Вопарасе». Их преимущество перед дистилляторами других типов заключается в том, что для получения 1 л воды для инъекций необходимо израсходовать 1,1 л холодной водопроводной воды. В других аппаратах это соотношение составляет 1/9-1/15. Принцип работы аппарата заключается в том, что образующийся в нем пар, перед тем как поступить в конденсатор, проходит через компрессор и сжимается. При охлаждении и конденсации он выделяет тепло, по величине соответствующей скрытой теплоте парообразования, которая затрачивается на нагревание охлаждающей воды в верхней части трубчатого конденсатора. Питание аппарата водой осуществляется в направлении снизу вверх, выход дистиллятора – сверху вниз. Производительность дистиллятора до 2,5 т/час. Качество получаемой апирогенной воды высокое, так как капельная фаза испаряется на стенках трубок испарителя.

Рис. 5.15. Принцип работы работы термокомпрессионого дистиллятора
1 – конденсатор-холодильник; 2 – паровое пространство; 3 – компрессор; 4 – регулятор давления;
5 – камера предварительного нагрева; 6 – трубки испарителя.

Нагревание и кипение в трубках происходит равномерно, без перебросов, в тонком слое. Задерживанию капель из пара способствует также высота парового пространства. Недостатками являются сложность устройства и эксплуатации.

Наиболее широко распространенным до последних лет методом получения воды для инъекций была дистилляция. Такой метод требует затрат большого количества энергии, что является большим недостатком. Среди других недостатков следует отметить громоздкость оборудования и большую занимаемую им площадь; возможность присутствия в воде пирогенных веществ; сложность обслуживания.

Этих недостатков лишены методы мембранного разделения. Новые методы разделения через мембрану, все больше внедряемые в производство, протекают без фазовых превращений и требуют для своей реализации значительно меньших затрат энергии. Эти затраты сопоставимы с минимальной теоретически определяемой энергией разделения.

Мембранные методы очистки основаны на свойствах перегородки (мембраны), обладающей селективной проницаемостью, благодаря чему возможно разделение без химических и фазовых превращений.

Для получения воды для инъекций в практическом отношении представляют интерес следующие аппараты.

С использованием принципа мембранной очистки работает установка высокоочищенной воды «Шарья-500». Производительность ее по питающей воде 500 л/ч. получаемая после этой установки высокоочищенная вода свободная от механических примесей, органических и неорганических веществ. Она применяется в производстве иммунобиологических бактерийных препаратов и для приготовления инъекционных растворов.

Установка (УВВ) включает блоки предфильтрации, обратного осмоса и финишной очистки.

Блок фильтрации предназначен для очистки питьевой водопроводной воды от механических примесей размером 5 мкм и включает фильтр катионитный и два фильтра угольных, работающих параллельно или взаимозаменяемо.

Блок обратного осмоса работает при давлении не ниже 15 атм. Поступающая на блок вода разделяется после фильтрования на два потока: один из которых проходит сквозь обратноосмотические мембраны, а второй поток, проходящий вдоль поверхности мембраны, и содержащий повышенное количество солей (концентрат) отводится из установки. Для нормальной работы данного блока необходимо, чтобы соотношение объемов воды на подаче, сливе и проходящей через мембрану составляло 3:2:1 соответственно. Таким образом, для получения 1 литра высокоочищенной воды необходимо израсходовать приблизительно 3 литра воды водопроводной. При этом скорость слива достаточно высокая, что устраняет вредное влияние концентрированной поляризации на работу установки.

В блоке обратноосмотическом осуществляется очистка воды от растворимых солей, органических примесей, твердых взвесей и бактерий. Качество воды контролируется по удельному сопротивлению с помощью кондуктометра.

После блока обратного осмоса вода поступает на блок финишной очистки, включающей ионообмен и ультрафильтрацию. Ионообменная очистка воды осуществляется с помощью последовательно соединенных фильтров – катионного и анионного, за которыми установлен смешанный катионно-анионный фильтр, где происходит очистка от оставшихся катионов и анионов.

Окончательная доочистка воды проводится в двух ультрафильтрационных аппаратах с полыми волокнами АР-2,0, предназначенных для отделения органических микропримесей (коллоидных частиц и макромолекул).

Для производства иммунных и бактерийных препаратов не всегда пригодна вода для инъекций, полученная дистилляцией. Поэтому часто возникает необходимость в доочистке воды, которая может быть проведена с помощью установки «Супер-Кью». Производительность – 720 л/ч. вода пропускается через угольный фильтр, где происходит освобождение от органических веществ; затем – через смешанный слой ионотов; после чего поступает на патронный бактериальный фильтр с размером пор 0,22 нм (0,00022 мкм). Далее вода поступает на обратноосмотический модуль, где происходит удаление пирогенных веществ. Полученную воду используют для приготовления инъекционных лекарственных форм, а концентрат используют как техническую воду или повторно отправляют на очистку.

Мембранные методы получения высокоочищенной воды для инъекций широко используются в мировой практике и признаны экономически выгодными и перспективными.

Сведения о пирогенности

При парентеральном, особенно при внутрисосудистом введении препаратов, иногда наблюдается быстрое повышение температуры тела до 40°С. Это явление сопровождается учащением пульса, ознобом, потовыделением, тошнотой и головной болью. В особо тяжелых случаях эти явления приводят к смертельному исходу. Они связаны с присутствием в растворе пирогенов – веществ бактериального происхождения. Пирогенностью обладают живые микроорганизмы, продукты жизнедеятельности микроорганизмов, тела мертвых бактерий и продукты их жизнедеятельности, которые могут находиться в растворах после стерилизации. Пирогенные вещества принято разделять на экзогенные ( в основном бактериальные) и эндогенные (клеточно-тканевые). Источником эндогенных пирогенов могут быть лейкоциты и белки крови, которые в определенных условиях образуют и выделяют биологически активные вещества с пирогенными свойствами (лейкопирогены).

С химической точки зрения пирогены – это сложные  вещества с высокой молекулярной массой и размером частиц от 50 до 1 мкм, состоящие, в основном, из липополисахаридов, адсорбированных на белковом носителе. Например, химический состав пирогенного вещества, выделенного из Proteus Vulgaris, состоит из углерода (25,83%), водорода (6,06%), азота (6%), фосфора (0,29%) и золы (8,33%).

Пирогены  растворимы в воде, нерастворимы в спирте и ацетоне, устойчивы к воздействию повышенной температуры. Нагревание в автоклаве при 120°С в течение 20 минут приводит к гибели бактерий, но не уничтожает пирогены. Чувствительность пирогенов к высокой температуре различна. Изменение рН водного раствора практически не влияет на термолабильность пирогенов. В сухом состоянии их полное разложение происходит только при температуре 200°С в течение 30 мин; стерилизация сухим воздухом при 160°С в течение 2 ч не гарантирует полной апирогенности. Повышение температуры позволяет сократить время, необходимое для уничтожения пирогенов. При температуре 600°С достаточно минутного нагревания, при 450°С – двухминутного, следовательно, освободить от них воду и инъекционные растворы термической стерилизацией практически невозможно.

Пирогенные вещества чувствительны к действию окислителей, например, перекиси водорода или перманганата калия.

Пирогены обладают очень малыми размерами и проходят через самые плотные фильтры с размерами пор от 0,005 до 0,001 мкм.

Существуют различные методы обнаружения и удаления пирогенов из растворов.

Методы обнаружения пирогенов

Для практических целей, наряду с методами удаления пирогенных компонентов, большое значение имеют методы их обнаружения: а) химические, б) физические, в) биологические.

Химические методы основаны на проведении определенных цветных реакций.

Физические методы основаны на измерении электропроводности и полярографических максимумов.

Из-за ряда недостатков первых двух методов чаще всего применяют методы биопроб, которые введены в Фармакопеи различных стран мира.

Биологические методы. До настоящего времени основным и официально принятым во всех странах методом испытания лекарственных средств на наличие пирогенных примесей является метод, основанный на троекратном измерении температуры тела кролика после внутривенного введения исследуемого препарата. Повышение температуры на 0,6°С или более, согласно требованию фармакопей, считается доказательством наличия пирогенов.

Специальные статьи Фармакопей оговаривают условия проведения этого испытания, поскольку факторы – химический (корм), физический (изменение температуры окружающей среды), физиологический (возбуждение животных при анальном измерении температуры) – могут повлиять на результат испытания. И даже при самом строгом соблюдении требований к проведению испытаний невозможно избежать случайных ошибок, связанных с индивидуальной чувствительностью животных к пирогену и препарату, различными климатическими условиями, времени постановки опыта и т.п. Все это может отразиться на показателях температуры, измеряемой с точностью до ±0,1°С.

Согласно данным различных Фармакопей, доза одного и того же препарата в ряде случаев колеблется в широких пределах. Очень часто при равных или весьма близких дозах препаратов объемы вводимых растворов различаются в 5 раз. Отмечено, что наблюдается большой разрыв между дозами для кроликов и человека. Нередко эти дозы различаются в 100-6000 раз. По мнению ученых, изучавших этот вопрос, тест-доза препарата при испытании пирогенности должна подбираться индивидуально, учитывая его фармакологию, переносимость кроликом, и ориентировочно должна составлять 1/10 максимальной суточной дозы для человека.

Существует вариант условий признания препарата пирогенным либо апирогенным: воду или раствор лекарственного средства считают апирогенным, если сумма максимальных повышений температур у 3 кроликов не превышает 1,2°С, и пирогенным, если она равна или больше 2,2°С. Если сумма повышений температуры у 3 кроликов больше 1,2°С, но меньше 2,2°С, то испытание повторяют на 5 кроликах. Воду или раствор лекарственного средства считают пирогенным, если сумма повышений температуры у 8 кроликов равна или больше 3,8°С, в противном случае – апирогенным.

В последнее время заметное распространение получает метод испытания лекарственных средств на пирогенность in vitro с использованием лизата амебоцитов краба Лимулюс. Этот метод имеет ряд преимуществ перед фармакопейным: он чувствительнее в 5-10 раз, результат получается быстрее, возможно количественное определение пирогена. Кроме того, с его помощью возможен контроль препаратов, которые нельзя испытать на кроликах. Одним из недостатков этого метода является его специфичность в отношении эндотоксина граммотрицательных бактерий, т.е. опасность не уловить наличие в лекарственных средствах пирогенов другого происхождения.

Методы удаления пирогенных веществ

Методы депирогенизации подразделяются на:

• химические;
• физические;
• энзиматические.

Химические методы удаления пирогенов.  Растворы, содержащие пирогены, нагревают при 100°С в течение 2 часов с добавкой 0,1 моля перекиси водорода. Эффективен способ нагрева растворов при температуре 116°С в течение 20 мин с добавкой 0,04 моля перекиси водорода.

Ряд методов основан на применении раствора перманганата калия. Рекомендуется прибавлять к раствору небольшое количество гипохлорита (щавелевой воды): на 1 л добавляют 0,25 мл раствора гипохлорида натрия с содержанием активного хлора около 0,5%, смесь выдерживают 30 мин. Избыток гипохлорида удаляют с помощью активированного угля, которого берут из расчета 15% от объема воды. Для удаления пирогенов предлагается также обрабатывать растворы п-хиноном и антрахиноном, которые образуют с пирогенами комплексные соединения.

Для уничтожения пирогенных веществ можно использовать подогрев раствора с 0,1 н раствором едкого натра или 0,1 н раствором соляной кислоты (при рН 4,0) в течение 1 ч. При этом происходит гидролитическое расщепление пирогенов с образованием моносахаридов, не обладающих пирогенными свойствами. Расход кислоты и щелочи при этом очень велик, в связи с чем этот метод неэкономичен.

Из-за возможного взаимодействия компонентов, химический и энзиматический методы мало приемлемы при промышленном изготовлении растворов для инъекций.

Физико-химические методы. Физико-химические методы основываются на явлении адсорбции пирогенов активированным углем, каолином, асбестом, целлюлозой и т.п. Количество пирогенных веществ уменьшается после обработки активированным углем путем встряхивания в течение 15 мин, при этом эффективность очистки зависит от природы пирогенных веществ. Гранулированный уголь менее эффективен. Уголь, применяемый для очистки растворов, должен быть весьма тщательно очищен, хорошо промыт водой, не содержать пирогенов и высушен при температуре 250°С в течение 2 ч. Однако, обработка растворов активированным углем не всегда приводит к полной депирогенизации. Кроме того, этот метод нельзя применять для очистки растворов лекарственных веществ, легко адсорбируемых углем, например, солей алкалоидов или легко окисляемых,  например, аскорбиновой кислоты.

Ряд авторов рекомендует для очистки от пирогенов использовать ионообменные смолы (например, для аминокислот), считая, что они более эффективны, чем активированный уголь. Депирогенизацию воды можно осуществить путем фильтрования через бактериальный фильтр Зейтца. Размер пор многих бактериальных фильтров такой же, как у фильтра Зейтца, но они не пригодны для удаления пирогенных веществ, поэтому нельзя объяснить эффективность удаления пирогенных веществ только малым диаметром пор. Рекомендуется, чтобы диаметр пор фильтра Зейтца не превышал 2,4 мкм. Фильтр Зейтца задерживает пирогенные вещества из раствора на 99,5%, даже когда они находятся в значительном количестве. Чем меньше концентрация пирогенных веществ в растворе, тем лучше они задерживаются на фильтре.

Обработка раствора активированным углем с последующим фильтрованием через фильтр Зейтца обеспечивает более полное удаление пирогенных веществ.

Для удаления пирогенных веществ из растворов аминокислот, применяемых для внутривенного вливания, предлагается их автоклавирование при температуре 120°С в течение 2-3 часов в атмосфере азота.

Уменьшение пирогенных веществ происходит при термической стерилизации в течение 20 мин при 120°С, а при 140°С в течение 20 мин наступает их инактивация. Полное уничтожение пирогенных веществ достигается стерилизацией в сушильном шкафу при температуре 200°С в течение 45 мин. или при 250°С в течение 30 мин. При температуре 120°С пирогенность уменьшается в процессе автоклавирования на следующие величины: в течение 30 мин на 25%, в течение 1 ч на 70%, в течение 2 ч на 95%, в течение 4 ч на 100%.

К физико-химическим методам удаления пирогенов из растворов следует отнести уничтожение их с помощью ультразвука с частотой 2 МГц и интенсивностью 2 вт/см² в течение 10 мин. При этом достигается полное разрушение пирогенных веществ. В то же время ультразвук в 800 МГц и интенсивностью 1,5 вт/см² в течение 5-10 мин незначительно снижает пирогенность воды. При действии ультразвука рН воды изменяется на ±0,75.

Государственным научным центром лекарственных средств совместно с отделом биохимических методов очистки воды АН Украины (Ф.А.Конев, Т.П.Скубко, П.И.Гвоздяк) предложен оригинальный фильтр для получения апирогенной воды. Действие фильтра основано на удерживании микроорганизмов диэлектрическими материалами в электрическом поле, силовые линии которого направлены перпендикулярно к движению потока стерилизуемой жидкости.

Срок использования воды для инъекций регламентируется 24 часами с момента получения, при условии ее хранения в асептических условиях. При более длительном хранении вода поглощает из воздуха углерода диоксид и кислород, может взаимодействовать с материалом используемой емкости, вызывая переход ионов тяжелых металлов, и является средой для размножения микроорганизмов. Поэтому наиболее предпочтительным является использование свежеприготовленной воды, которую иногда непосредственно после дистилляции кипятят в течение 30 минут.

Более надежное хранение гарантируется специальными системами, выполненными из инертного материала, в которых вода находится при высокой температуре и в постоянном движении.

Неводные растворители

Для приготовления инъекционных лекарственных форм, кроме воды для инъекций, используют также неводные растворители. Применение этих растворителей позволяет получить растворы из нерастворимых или труднорастворимых в воде веществ, устранить гидролиз, получить растворы лекарственных веществ пролонгированного действия. Неводные растворители обладают различной растворяющей способностью, антигидролизными, стабилизирующими и бактерицидными свойствами. Однако далеко не все неводные растворители могут быть использованы для получения стерильных растворов вследствии фармакологической активности, токсичности, иногда гемолитического действия. В связи с этим к неводным растворителям предъявляются следующие требования: они не должны обладать острой и хронической токсичностью, вызывать местное раздражающее действие; должны обладать высокой растворяющей способностью с лекарственными веществами; должны быть химически и биологически совместимы; быть устойчивыми при стерилизации; иметь низкую вязкость. Кроме того, температура кипения должна быть не более 100°С , температура замерзания – не выше +5°С.

По химической природе неводные растворители делятся на несколько групп: жирные масла, одноатомные и многоатомные спирты, простые и сложные эфиры, амиды, сульфоны и сульфоксиды.

Для приготовления инъекционных растворов применяются неводные растворители, как индивидуальные так и смешанные: водно-глицериновые, водно-пропиленовые, спирто-водно- глицериновые и др.

Весьма широко применяются смеси жирных масел  с бензилбензоатом, этилолеатом. Смешанные растворители обладают большей растворяющей способностью, чем каждый растворитель в отдельности. Такое явление называется сорастворением, а растворители – сорастворителями. В настоящее время сорастворители широко используются для получения инъекционных растворов труднорастворимых веществ.

Неводные растворители применяются для приготовления инъекционных лекарственных форм, содержащих гормоны, витамины, антибиотики, камфору, барбитураты, серу, соли ртути и др.

Масла растительные.Масла растительные являются неводными растворителями, применяемыми для приготовления инъекционных препаратов, и после воды являются самыми распространенными растворителями.

Растительные масла представляют собой эфиры ненасыщенных жирных кислот, смеси фосфатидов, свободных жирных кислот и др. веществ. Жирное масло содержит липазы, которые в присутствии малейшего количества воды вызывают омыление масла с образованием свободных жирных кислот, поэтому масла должны быть полностью обезвожены. Образующиеся продукты могут взаимодействовать со многими лекарственными и вспомогательными веществами, изменяя их свойства, кроме того кислые масла раздражают нервные окончания и могут вызвать болевые ощущения.

Это прозрачные слабо окрашенные маслянистые жидкости, маловязкие, без запаха или со слабым запахом, нерастворимые в воде, малорастворимые в спирте, легкорастворимые  в эфире, хлороформе, петролейном эфире. В соответствии с требованиями ГФ ХI  масла для стерильных растворов должны быть получены методом холодного прессования из свежих семян.

При анализе жирных масел определяют их цвет, вкус, запах, растворимость и числовые показатели. Жирные масла не должны содержать белка и минеральных примесей, иметь кислотное число не более 2,5; содержание мыла в них должно составлять не более 0,001% и т.д.

К недостаткам масляных растворов следует отнести их относительно высокую вязкость, болезненность инъекций, плохое рассасывание и возможность образования гранулем в месте введения. Для уменьшения вязкости в некоторых случаях добавляют этиловый или этилгликолевый эфир. Растворимость некоторых веществ в маслах увеличивают путем добавления сорастворителей или солюбилизаторов (бензилового спирта, бензилбензоата), которые одновременно повышают и стабильность масляных растворов.

В основном жирные масла применяют для внутримышечных инъекций и довольно редко – для подкожных.

Наиболее широко используется масло персиковое, миндальное, оливковое, подсолнечное, соевое и другие, которые должны быть рафинированными и дезодорированы. Персиковое масло применяется для приготовления инъекционных растворов витаминов (эргокальциферола, ретинола ацетата), гормонов (прогестерона, синэстрола, тестостерона пропионата т др.), камфоры, кризанола, а также взвесей (бийохинола).

Менее распространенным является масло оливковое, которое применяется для изготовления 20% раствора камфоры и 2% раствора синэстрола.

Все масла, предназначенные для приготовления инъекционных растворов необходимо подвергать предварительной стерилизации при температуре 120°С в течение 2 ч.

Спирты одно- и многоатомные. Одноатомные и многоатомные спирты применяются в качестве неводных растворителей во многих странах мира. Они смешиваются с водой, менее вязки, чем масла, и обладают способностью растворять многие лекарственные субстанции.

Из одноатомных спиртов наибольшее распространение получил этиловый спирт, из многоатомных пропиленгликоль, глицерин и полиэтиленгликоль.

Этиловый спирт при подкожном введении вызывает боль, а затем анестезию; кроме того он обладает собственным фармакологическим действием, поэтому и не может применяться в неразбавленном состоянии. Ввиду хорошей растворимости в нем различных органических веществ этиловый спирт часто применяется в качестве компонента многих растворов для инъекций. В качестве сорастворителя в смеси с водой он применяется для получения инъекционных растворов гидрокортизона, ряда сердечных препаратов: дигитоксина (50% спирта), мефеназина (25% спирта), дигоксина (10% спирта), и др.

Этиловый спирт используется как сорастворитель и консервант в концентрации от 2 до 30 % при изготовлении растворов сердечных гликозидов: конваллятоксина, целанида, эризимина, и строфантина К. Этиловый спирт включен в состав смешанных растворителей (используемых для приготовления инъекционных растворов) в Международную фармакопею 2-го издания и фармакопеи ряда зарубежных стран.

Этиловый спирт может применятся в качестве так называемого промежуточного растворителя. Этот технологический прием используется для приготовления растворов некоторых противоопухолевых препаратов, нерастворимых ни в воде, ни в маслах. С этой целью препараты растворяют в минимальном количестве этилового спирта, смешивают с оливковым маслом (получается эмульсия), затем спирт отгоняется под вакуумом и получается масляный раствор.

При изготовлении некоторых растворов для инъекций используется бензиловый спирт в концентрации 1-10% в качестве сорастворителя. С этой же целью в технологии инъекционных растворов используется и пропиленгликоль (в смеси с водой и добавкой этилового или бензилового спирта) Он является хорошим растворителем для сульфаниламидов, барбитуратов, антибиотиков и других лекарственных веществ. Его используют при получении микрокристаллической суспензии гидрокортизона ацетата 2,5%.

Как солюбилизатор и стабилизатор рекомендован спирт поливиниловый для получения некоторых водных суспензий.

Пропиленгликоль (пропандиол-1,2) представляет собой прозрачную, бесцветную вязкую жидкость, поглощающую влагу из воздуха.

Пропиленгликоль является хорошим растворителем для сульфамидов, барбитуратов, витаминов А и D, антибиотиков, анестезина, алкалоидов в форме оснований и многих других лекарственных веществ.

Пропиленгликоль как растворитель самостоятельно применяется ограниченно, например, в препаратах хинидина. Чаще всего используют в вице 40-70% водных растворов, а также в смеси с другими сорастворитедями (этиловым спиртом, этаноламином, полиэтиленгликолями).

Растворы, содержащие до 50% пропиленгликоля, используются для внутривенных, свыше 50% для внутримышечных инъекций.

Пропиленгликоль способствует пролонгированию действия ряда лекарственных препаратов.

Глицерин – прозрачная вязкая жидкость с высокой температурой кипения, смешивается с водой и спиртом. Он обладает высокой гигроскопичностью и может поглощать до 40% воды.

Глицерин в концентрации до 30% используется в качестве сорастворителя в смесях с водой или этиловым спиртом.

В инъекционных препаратах отечественного производства глицерин в концентрации до 10% применяется как сорастворитель в растворах целанида, випраксина, мезатона, фетанола, дибазола.

Для получения растворов легко гидролизующихся  лекарственных веществ предложен сорбит и маннит в концентрации 60% в воде.

Полиэтиленгликоли (ПЭГ), получаемые путем поликонденсации окиси этилена и этиленгликоля, соответствуют общей формуле:

Н—(—ОСН₂—СН₂—)_nОН,

где «n» может изменяться от 2 до 85 и выше. ПЭГ различаются по средней молекулярной массе. ПЭГ 200, 300, 400, 600 вязкие, бесцветные, прозрачные, умеренно гигроскопичные жидкости со слабым характерным запахом. Они нейтральны, физиологически индифферентны, растворимы в воде и спирте, устойчивы при хранении и не подвергаются гидролизу.

В качестве растворителей для парентеральных препаратов применяются низкомолекулярные поликонденсаты, находящиеся при нормальных условиях в жидком состоянии. Чаще всего используется полиэтиленоксид (ПЭО 400), как прекрасный растворитель сульфаниламидов, анестезина, камфоры, бензойной и салициловой кислот, фенобарбитала. Предложен также способ приготовления растворов антибиотиков в стерильном растворе ПЭО 400. ПЭО используется для получения растворов для инъекций производных сарколизина, обладающих выраженной противоопухолевой активностью.

ПЭГ обладает способностью растворять многие лекарственные вещества. В концентрации до 70% применяются для внутримышечных и внутривенных инъекций. Внутримышечное введение их легко переносится и растворители выводятся из организма больного в течение 24 ч, причем 77% удаляется в течение 12 ч.

ПЭГ 200 предложено использовать для приготовления растворов ванкомицина, фенобарбитала, аскорбината натрия.

ПЭГ 400 используется в препаратах дигоксин, биомицин, левомицетин, пенициллин и др.

Простые и сложные эфиры. Эфиры являются менее вязкими, чем масла, и обладают хорошей растворяющей способностью, все чаще используются при приготовлении инъекционных растворов. К ним относятся этиловые эфиры олеиновой, линолевой, линоленовой, кислот, октиловый эфир левуленовой кислоты и др.

Бензилбензоат. Бензилбензоат (бензиловый эфир бензойной кислоты) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, практически нерастворим в воде, смешивается с этиловым спиртом. Значительно увеличивает растворимость в маслах труднорастворимых веществ из класса стероидных гормонов. Кроме того, бензилбензоат предотвращает кристаллизацию веществ из масел в процессе хранения . Смеси бензилбензоата с персиковым маслом (10-50%) не оказывают токсического действия. В ГФ Х включены следующие масляные растворы гормональных препаратов с добавлением 20-30% бензилбензоата: растворы прогестерона, оксипрогестерона, капроната и тестостерона пропионата.

Гликофурол – полиэтиленгликолевый эфир тетрагидрофурфурилового спирта. Представляет собой бесцветную жидкость, растворимую в метаноле, этаноле и глицерине; смешивается с водой в любом соотношении.

Используют гликофурол в растворе ацетилхолина и роникола.

Изопропилмиристат как растворитель состоит из изопропилмиристата и изопропиловых эфиров других насыщенных кислот. Он используется в качестве индифферентной основы при введении эстрогенов.

Этилолеат – синтетический сложный эфир. Представляет собой продукт этерификации олеиновой кислоты этиловым спиртом. Светло-желтая маслянистая жидкость, нерастворимая в воде; смешивается со спиртом, эфиром, маслами.

Применение этилолеата вместо масел дает возможность исключить ряд технологических операций в процессе приготовления растворов: предварительное обезвоживание масел и их стерилизацию, а также упростить операции фильтрации и ампулирования. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с маслами: смешивается со спиртом, эфиром, не вызывает побочных явлений, обладает постоянным химическим составом и меньшей вязкостью (так, вязкость оливкового масла при температуре 200°С равна 80,3 сП, вязкость этилолеата при той же температуре составляет всего 6,2 сП), а также большей стабильностью при тепловой стерилизации (1500°С в течение 1 часа). Благодаря меньшей по сравнению с растительными маслами вязкости, этилолеат быстрее адсорбируется тканями, является более удобным растворителем.

Этилолеат хорошо растворяет салициловую кислоту, анестезин, пенициллин, ряд других антибиотиков, холестерин, витамины, стероидные гормоны, камфору и др. Установлено, что при внутримышечном введении препарата на этилолеате в отличие от растительных масел наблюдается его быстрое и полное рассасывание.

Однако, наличие двойной связи в химическом строении этилолеата способствует его быстрому окислению. Для предотвращения этого процесса предложено добавлять к нему антиоксиданты ( α-токоферол, бутилокситолуол и др.) и проводить стерилизацию в атмосфере инертного газа.

Как растворитель для инъекций этилолеат включен в Международную фармакопею 2-го издания, по которой разрешается использовать этилолеат вместо растительного масла. Этилолеат применяется также как добавка к масляным растворам для увеличения растворимости и понижения их вязкости.

Диоксаны и диоксоланы представляют собой продукты взаимодействия глицерина с карбонильными соединениями в присутствии де-гидратирующето агента. Наименее токсичный представитель этой группы 2,2-диметил-4-метанол-1,3-диоксолан. Это соединение известно под названием солькеталь, глицерол-диметилкеталь и др.

Солькеталь – бесцветная жидкость, стабильная при хранении, устойчивая к действию щелочей, смешивается с водой, спиртом и другими органическими растворителями. В присутствии растворов сильных кислот гидролизуется с образованием ацетона и глицерина.

Соединение относительно безвредно, не раздражает оболочки и ткани. Солькеталъ используется при производстве парентеральных растворов тетрациклина.

Глицероформаль является продуктом конденсации глицерина с формальдегидом и представляет собой смесь 25% З-окси-метил-1,3-диоксолана и 75% 5-оксидиоксолана. Глицероформалъ – бесцветное вещество с невысокой вязкостью, неограниченно смешивается с водой, малотоксичен.

Амиды. Растворители, относящиеся к группе амидов, в препаратах для инъекций применяются в концентрации от 5 до 50%, часто в сочетании с пропиленгликолем, этаноламином.

N,N-диметилацетамид представляет собой прозрачную нейтральную жидкость с температурой кипения 165,5ºС и плотностью 0,493. Для приготовления инъекционных растворов левомицетина, окситетрациклина, тетрациклина используют 50% водный раствор диметилацетамида. Он обладает противовоспалительным действием.

N-β-оксиэтиллактамид карбоксамид молочной кислоты представляет собой бесцветную прозрачную сиропообразную жидкость, смешивающуюся с водой. Применяется в виде 50% водных растворов, обладает стабильностью, не раздражает ткани. Применяется в инъекционных растворах тетрациклина, причем действие препарата пролонгируется на сутки.

Сульфоксиды и сульфоны. Высокую растворяющую способность имеют диметилсульфоксид и сульфолан. Они обладают незначительной токсичностью, смешиваются со многими растворителями. Предложены для приготовления многих инъекционных препаратов.

Среди растворителей класса сульфоксидов и сульфонов наибольший интерес представляют диметилсульфоксид и сульфолан.

Диметилсульфоксид очень гигроскопичная жидкость; при 20ºС поглощает около 70% воды, малотоксичен.

Сульфолан – тетрагидротиофен-1,1-диоксид, тетраметиленсульфон, высококипящий органический растворитель с большой диэлектрической проницаемостью.

Вода — уникальный растворитель

Вода, безусловно, важна как основная необходимость для поддержания жизни. Проще говоря, если вы не будете регулярно пить воду, вы можете умереть в течение нескольких дней.

По сути, все зависит от того, что вода обладает большой способностью растворять предметы. Эти растворяющие свойства воды жизненно важны для биологии человека, потому что многие биохимические реакции происходят только в водных растворах. Вода также используется для транспортировки образующихся биологических молекул, таких как переносящий кислород гемоглобин в крови, не только по телу, но и для уноса отходов метаболизма, таких как мочевина с мочой.

В совершенно другом контексте эта способность также позволяет нам, например, содержать себя и нашу одежду в чистоте и не содержать патологических бактерий, тем самым помогая нам поддерживать хорошее здоровье.
Вода может растворять больше веществ, чем любой другой растворитель, и это делает ее уникальной. Его часто называют универсальным растворителем, хотя это некоторое преувеличение. Но что делает воду таким хорошим растворителем?

Растворители воды

Короче говоря, вода является хорошим растворителем благодаря своей полярности.Эта полярность возникает из-за формы этой относительно небольшой молекулы. Как мы показали в предыдущих статьях, форма молекулы воды нелинейна.

Значение двух атомов водорода на одной стороне молекулы воды состоит в том, что кислород, будучи более сильным аттрактором для электронов, чем водород, может притягивать к себе общие электроны. Это приводит к неравному распределению электронов. Можно видеть, что из-за этого неравномерного распределения электронной плотности молекула имеет положительно заряженный конец и отрицательно заряженный конец.Таким образом, он действует как небольшой электромагнит, имеющий северный и южный полюсы, то есть полярный.

Способность ионов и других молекул растворяться в воде обусловлена ​​этой полярностью. Возьмем, например, ионную молекулу NaCl (хлорид натрия или соль). Твердый кристалл NaCl состоит из решетки положительно заряженных ионов Na и отрицательно заряженных ионов Cl. Они удерживаются вместе притягивающими электростатическими силами, также известными как силы Ван-дер-Вааль.

Когда кристалл NaCl вступает в контакт с водой, маленькие молекулы воды могут проникать между этими ионами и тем самым устранять действие сил Ван-дер-Вааль, позволяя ионам разделиться.После растворения положительные ионы натрия затем окружаются молекулами воды, где отрицательный конец полярной молекулы воды притягивается к положительному иону натрия. Точно так же положительный конец молекулы воды притягивается к отрицательному иону хлорида.

Относительно небольшой размер молекулы воды позволяет множеству молекул воды окружать одну молекулу. Таким образом, ионное или полярное соединение в воде окружено молекулами воды с образованием стабильного раствора растворенного вещества.

Примером неионогенного растворенного вещества является столовый сахар, в котором вода диполяет водородную связь (см. X-RAY MAG no.7) к диполярным областям молекулы сахара, позволяя тем самым уносить ее в раствор.

Как правило, ионные и полярные вещества, такие как кислоты, спирты и соли, легко растворяются в воде, а неполярные вещества, такие как жиры и масла, нет. Неполярные молекулы остаются вместе в воде, потому что для молекул воды энергетически более выгодно связываться водородом друг с другом, чем участвовать во взаимодействиях Ван-дер-Вааль с неполярными молекулами.

Соленость Мирового океана

Для дайвера одним из наиболее очевидных фактов о воде океанов является ее соленость, конечно, благодаря способности воды легко растворять все ионные соли.Соленость, как известно всем дайверам, очень влияет на плавучесть.

Соленость — это мера количества растворенных солей в морской воде и рассчитывается как количество солей в граммах, растворенных в 1 кг морской воды. В случае поваренной соли, например, NaCl, максимальная растворимость составляет 357 граммов в 1000 граммах воды при 0 ºC.

Около 70 процентов Земли покрыто водой, из которых около 97 процентов находятся в океанах. Океаны содержат около 3,5% растворенных минералов, так что это далеко не насыщенный раствор.Однако соленость Мертвого моря составляет около 30 процентов, что приближается к насыщению.

Следующие элементы составляют 99,99 процента от общей массы воды океана Земли.
Видно, что, конечно, помимо воды, основным компонентом морской воды является NaCl, около 85 процентов от общего количества солей. Это потому, что морская жизнь имеет сильное влияние на состав морской воды. Ракообразные потребляют большое количество солей кальция для создания своих панцирей, а диатомовые водоросли удаляют кремнезем для формирования своих панцирей.Однако на некоторые элементы растения или животные не влияют в какой-либо реальной степени. Например, ни один известный биологический процесс не удаляет элемент натрия из моря, позволяя ему накапливаться.

Итак, хотя средняя соленость океанов составляет около 3,5 процента, варьируясь от примерно 3,2 до 3,7 процента, между разными водоемами могут быть большие различия в солености. Например, Черное море, которое сильно разбавлено речным стоком, имеет среднюю соленость всего 1.6 процентов, в то время как Каспийское море имеет соленость всего 1,2 процента. Тем не менее, она все еще довольно соленая по сравнению с пресной водой с соленостью менее 0,05 процента.

Между океанами есть не только небольшие различия в солености, но и в большей части океанов Земли заметная разница в солености между поверхностной зоной и глубинной зоной, причем соленость увеличивается с глубиной. Хотя соленость обычно увеличивается с глубиной, есть отчетливый слой, где соленость резко увеличивается, называемый галоклином.Эти резкие различия в солености могут быть вызваны несколькими причинами, например: превышение испарения над осадками, что приводит к тому, что поверхностные воды становятся более солеными, чем более глубокие воды. Это снова может привести к некоторым странным океаническим эффектам, как физически, так и биологически.

Таким образом, соленость океанов является очень интересным и сложным вопросом, главным образом из-за уникальных свойств воды как растворителя. ■

Биологические роли воды: Почему вода необходима для жизни?

от Молли Сарген
фигурки Дэниела Аттера

Вода составляет 60-75% массы тела человека.Потеря всего 4% воды в организме приводит к обезвоживанию, а потеря 15% может быть фатальной. Точно так же человек может прожить месяц без еды, но не проживет 3 дня без воды. Эта критическая зависимость от воды широко распространена среди всех форм жизни. Ясно, что вода жизненно важна для выживания, но почему она так необходима?

Молекулярный состав воды

Многие роли воды в поддержании жизни обусловлены ее молекулярной структурой и некоторыми особыми свойствами.Вода — это простая молекула, состоящая из двух небольших положительно заряженных атомов водорода и одного большого отрицательно заряженного атома кислорода. Когда водород связывается с кислородом, он создает асимметричную молекулу с положительным зарядом с одной стороны и отрицательным с другой (рис. 1). Этот дифференциал заряда называется полярностью и определяет, как вода взаимодействует с другими молекулами.

Рисунок 1: Химический состав воды. Молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного кислорода.Эти атомы имеют разные размеры и заряды, что создает асимметрию в молекулярной структуре и приводит к прочным связям между водой и другими полярными молекулами, включая саму воду.

Вода — «универсальный растворитель»

Как полярная молекула, вода лучше всего взаимодействует с другими полярными молекулами, такими как она сама. Это происходит из-за явления, когда противоположные заряды притягиваются друг к другу: поскольку каждая отдельная молекула воды имеет как отрицательную, так и положительную части, каждая сторона притягивается к молекулам с противоположным зарядом.Это притяжение позволяет воде образовывать относительно прочные связи, называемые связями, с другими полярными молекулами вокруг нее, включая другие молекулы воды. В этом случае положительный водород одной молекулы воды будет связываться с отрицательным кислородом соседней молекулы, чьи собственные водороды притягиваются к следующему кислороду, и так далее (рис. 1). Важно отметить, что это связывание заставляет молекулы воды слипаться вместе, создавая свойство, называемое когезией. Сплоченность молекул воды помогает растениям впитывать воду своими корнями.Сплоченность также способствует высокой температуре кипения воды, что помогает животным регулировать температуру тела.

Кроме того, поскольку большинство биологических молекул обладают некоторой электрической асимметрией, они тоже полярны, и молекулы воды могут образовывать связи и окружать свои положительные и отрицательные области. Окружая полярные молекулы другого вещества, вода извивается во все укромные уголки и щели между молекулами, эффективно разрушая и растворяя. Вот что происходит, когда вы помещаете кристаллы сахара в воду: и вода, и сахар полярны, позволяя отдельным молекулам воды окружать отдельные молекулы сахара, разрушая сахар и растворяя его.Подобно полярности, некоторые молекулы состоят из ионов или противоположно заряженных частиц. Вода также расщепляет эти ионные молекулы, взаимодействуя как с положительно, так и с отрицательно заряженными частицами. Вот что происходит, когда вы добавляете соль в воду, потому что соль состоит из ионов натрия и хлорида.

Обширная способность воды растворять различные молекулы принесла ей название «универсальный растворитель», и именно эта способность делает воду такой неоценимой силой поддержания жизни.На биологическом уровне вода как растворитель помогает клеткам переносить и использовать такие вещества, как кислород или питательные вещества. Растворы на водной основе, такие как кровь, помогают переносить молекулы в нужные места. Таким образом, роль воды как растворителя облегчает транспортировку молекул, таких как кислород, для дыхания, и оказывает большое влияние на способность лекарств достигать своих целей в организме.

Вода поддерживает ячеистую структуру

Вода также играет важную структурную роль в биологии.Визуально вода заполняет клетки, помогая сохранять форму и структуру (рис. 2). Вода внутри многих клеток (в том числе тех, которые составляют человеческое тело) создает давление, которое противостоит внешним силам, подобно тому, как воздух попадает в воздушный шар. Однако даже некоторым растениям, которые могут сохранять свою клеточную структуру без воды, все же требуется вода для выживания. Вода позволяет всему внутри клеток принимать правильную форму на молекулярном уровне. Поскольку форма имеет решающее значение для биохимических процессов, это также одна из самых важных ролей воды.

Рисунок 2: Вода влияет на форму ячейки. Вода создает давление внутри клетки, помогая ей сохранять форму. В гидратированной ячейке (слева) вода выталкивается наружу, и ячейка сохраняет круглую форму. В обезвоженной клетке меньше воды выталкивается наружу, поэтому клетка становится морщинистой.

Вода также способствует образованию мембран, окружающих клетки. Каждая клетка на Земле окружена мембраной, большая часть которой образована двумя слоями молекул, называемых фосфолипидами (рис. 3).У фосфолипидов, как и у воды, есть два различных компонента: полярная «голова» и неполярный «хвост». Из-за этого полярные головы взаимодействуют с водой, в то время как неполярные хвосты стараются избегать воды и вместо этого взаимодействуют друг с другом. В поисках этих благоприятных взаимодействий фосфолипиды спонтанно образуют бислои с головками, обращенными наружу, к окружающей воде, и хвостами, обращенными внутрь, за исключением воды. Двухслойный слой окружает клетки и выборочно позволяет таким веществам, как соли и питательные вещества, входить и выходить из клетки.Взаимодействия, участвующие в формировании мембраны, достаточно сильны, поэтому мембраны образуются спонтанно, и их нелегко разрушить. Без воды клеточные мембраны не имели бы структуры, а без надлежащей структуры мембран клетки не смогли бы удерживать важные молекулы внутри клетки, а вредные молекулы — вне клетки.

Рисунок 3: бислоев фосфолипидов. Фосфолипиды образуют бислои, окруженные водой. Полярные головки обращены наружу для взаимодействия с водой, а гидрофобные хвосты обращены внутрь, чтобы избежать взаимодействия с водой.

Помимо влияния на общую форму клеток, вода также влияет на некоторые фундаментальные компоненты каждой клетки: ДНК и белки. Белки производятся в виде длинной цепочки строительных блоков, называемых аминокислотами, и для правильного функционирования им необходимо складываться в определенную форму. Вода управляет складыванием аминокислотных цепей, поскольку разные типы аминокислот ищут и избегают взаимодействия с водой. Белки обеспечивают структуру, принимают сигналы и катализируют химические реакции в клетке. Таким образом, белки являются рабочими лошадками клеток.В конечном итоге белки управляют сокращением мышц, общением, перевариванием питательных веществ и многими другими жизненно важными функциями. Без правильной формы белки не смогли бы выполнять эти функции, и клетка (не говоря уже о человеке) не смогла бы выжить. Точно так же ДНК должна иметь определенную форму для правильного декодирования ее инструкций. Белки, которые читают или копируют ДНК, могут связывать только ДНК определенной формы. Молекулы воды упорядоченно окружают ДНК, чтобы поддерживать ее характерную конформацию двойной спирали.Без этой формы клетки не смогли бы следовать точным инструкциям, кодируемым ДНК, или передавать инструкции будущим клеткам, что сделало бы невозможным человеческий рост, размножение и, в конечном итоге, выживание.

Химические реакции воды

Вода принимает непосредственное участие во многих химических реакциях, направленных на построение и разрушение важных компонентов клетки. Фотосинтез, процесс, который происходит в растениях, который создает сахар для всех форм жизни, требует воды. Вода также участвует в создании более крупных молекул в клетках.Молекулы, такие как ДНК и белки, состоят из повторяющихся единиц более мелких молекул. Соединение этих маленьких молекул происходит в результате реакции, в результате которой образуется вода. И наоборот, вода необходима для обратной реакции, которая разрушает эти молекулы, позволяя клеткам получать питательные вещества или перенаправлять части больших молекул.

Кроме того, вода защищает клетки от опасного воздействия кислот и щелочей. Сильно кислые или щелочные вещества, такие как отбеливатель или соляная кислота, вызывают коррозию даже самых прочных материалов.Это связано с тем, что кислоты и основания выделяют избыток водорода или поглощают избыток водорода, соответственно, из окружающих материалов. Потеря или получение положительно заряженных атомов водорода нарушает структуру молекул. Как мы узнали, для правильного функционирования белкам требуется определенная структура, поэтому важно защищать их от кислот и щелочей. Вода делает это, действуя и как кислота, и как основание (рис. 4). Хотя химические связи внутри молекулы воды очень стабильны, молекула воды может отдать водород и стать ОН–, действуя таким образом как основание, или принять другой водород и стать h4O +, таким образом действуя как кислота.Эта адаптивность позволяет воде бороться с резкими изменениями pH из-за кислотных или основных веществ в организме в процессе, называемом буферизацией. В конечном итоге это защищает белки и другие молекулы в клетке.

Рис. 4: Вода действует как буфер, высвобождая или принимая атомы водорода.

В заключение, вода жизненно необходима для всего живого. Его универсальность и адаптируемость помогают проводить важные химические реакции. Его простая молекулярная структура помогает сохранять важные формы внутренних компонентов клетки и внешней мембраны.Никакая другая молекула не может сравниться с водой, когда речь идет об уникальных свойствах, поддерживающих жизнь. Интересно, что исследователи продолжают устанавливать новые свойства воды, такие как дополнительные эффекты ее асимметричной структуры. Ученым еще предстоит определить физиологическое влияние этих свойств. Удивительно, насколько простая молекула универсально важна для организмов с различными потребностями.

Молли Сарджен — аспирант первого года обучения по программе биологических и биомедицинских наук Гарвардской медицинской школы.

Дэн Аттер — аспирант пятого курса органической и эволюционной биологии Гарвардского университета.

Для получения дополнительной информации:

• Чтобы узнать больше о важности растворимости лекарств, прочтите эту статью.
• Прочтите эти статьи, чтобы узнать больше о белках и о том, как вода влияет на их складывание.
• Узнайте больше о фосфолипидах здесь.
• Узнайте больше о влиянии воды на структуру ДНК.
• Узнайте больше о кислотах и ​​щелочах здесь.
• Узнайте об уникальных свойствах воды на этой странице или недавно обнаруженных свойствах воды в этой статье.

Эта статья является частью нашего специального выпуска, посвященного воде. Чтобы узнать больше, посетите нашу домашнюю страницу специального выпуска!

Растворитель — Энергетическое образование

Рис. 1. Вода — это растворитель, с которым многие люди знакомы. Поскольку она растворяет так много соединений и жизненно важна для жизни, вода известна как универсальный растворитель. ^[1]

Растворитель — это просто вещество, которое позволяет другому веществу, известному как растворенное вещество, растворяться в нем, образуя раствор. Хотя растворитель обычно считается жидким, растворитель может быть твердым, жидким или газообразным. Однако, как правило, наиболее полезными являются жидкие растворители. ^[2]

Растворители не являются универсальными , то есть просто не существует одного растворителя, который растворяет все возможные растворенные вещества. Степень растворения растворенного вещества в растворителе зависит от химических свойств как растворителя, так и растворенного вещества.Количество растворенного вещества, которое может раствориться в любом данном растворителе, зависит от температуры, объема или массового соотношения, а также других химических свойств веществ. ^[2]

Вода

основная статья

Вода широко известна как универсальный растворитель — хотя это не совсем универсальный вариант — потому что она способна растворять больше веществ, чем любая другая жидкость. Кроме того, его свойства как растворителя чрезвычайно важны для жизни, поскольку он способен переносить химические вещества, минералы и питательные вещества, необходимые для жизни. ^[3] Чтобы оценить важность воды как растворителя, важно отметить, что человеческое тело на 66% состоит из воды по весу. Эта вода действует как растворитель хлорида натрия и других веществ в организме человека. Поскольку вода является растворителем для электролитов и питательных веществ, необходимых клеткам, способность воды растворять широкий спектр различных веществ обеспечивает нормальное функционирование клеток, снабжая их питательными веществами. Эта вода также уносит отходы из клеток. ^[4]

Причина, по которой вода так хорошо растворяет многие вещества, заключается в форме ее связей. В первую очередь, вода растворяет многие вещества, потому что содержит чрезвычайно полярные водородные связи. Полярность связей между двумя атомами водорода и атомом кислорода означает, что две стороны молекулы получают разные заряды — один слегка положительный, а другой слегка отрицательный. Эти заряженные стороны молекулы воды означают, что вода может сильно притягиваться к заряженным концам других соединений, таких как соль.Это притяжение затем разрушает силы притяжения, удерживающие другое соединение вместе, растворяя его. По этой причине вода может растворять так много веществ. ^[3] Однако важно отметить, что вода не растворяет все веществ — масла плохо растворяются в воде и вместо этого имеют тенденцию оседать на поверхности.

использует

Растворители обычно используются в промышленных химических процессах, но также используются в бытовой химии. Растворители используются почти во всех производственных процессах и являются компонентами многих продуктов, жизненно важных для современной жизни.Продукты, которые производятся с использованием растворителей, включают фармацевтические препараты, средства личной гигиены, электронику, краски и покрытия, чернила, косметику, продукты питания и напитки, клеи, аэрозоли, пестициды и многое другое. ^[5]

Список литературы

Вода как растворитель в промышленных процессах

Многие компании, которым мы предоставляем услуги водоснабжения, являются клиентами, работающими на нескольких объектах и ​​работающими на промышленном уровне. Неудивительно, что крупные производственные предприятия потребляют сотни литров воды в неделю.Использование воды варьируется от бизнеса к бизнесу, и разные компании будут иметь разный уровень управления сточными водами и соображения относительно торговых стоков.

Одним из интересных способов использования воды в крупномасштабной промышленности является ее использование в качестве растворителя. Мы можем указать на многие отрасли промышленности, которые используют воду в качестве растворителя для производства продуктов питания, лекарств, удобрений, красок, пестицидов, бумаги и клея. Он даже используется в качестве растворителя в горнодобывающей промышленности, при этом обработка металлов с водой является неотъемлемой частью процесса.

Что делает воду таким хорошим растворителем?

Не вдаваясь слишком глубоко в науку и то, как электрический заряд молекул водорода вызывает великие реакции, вода обладает способностью позволять веществам растворяться в ней гораздо легче, чем любая другая жидкость.

Отсюда следует, что если вы ведете бизнес, который использует воду в какой-то части технологического процесса в качестве растворителя, вам придется утилизировать ее безопасно и аккуратно с получением надлежащего разрешения на сброс сточных вод. Требования к сточным водам могут быть сложными.Специализированная и профессиональная команда специалистов по торговле сточными водами обладает опытом и технологиями, необходимыми для понимания этого, как никто другой, и мы упрощаем этот процесс.

Какие примеры использования воды в качестве растворителя?

Вы можете наблюдать его в действии на своей кухне в любое время, когда используете кабачок, завариваете чашку чая или наливаете воду в кастрюлю, чтобы разбавить соус.

Очевидно, что в случае с нашими клиентами использование воды в коммерческой деятельности находится в гораздо большем масштабе, от промышленной очистки до пищевой промышленности и производства.

Какой бизнес использует воду в таких масштабах?

Castle Water предоставляет услуги водоснабжения для предприятий, использующих воду для обработки и очистки, например:

Почему использование воды так важно для предприятий?

Низкая эффективность водопользования может привести к тому, что предприятия тратят больше, чем они должны, на счета за воду.

Счета, связанные с водопользованием, не являются единственными соображениями относительно затрат для крупных промышленных заказчиков с несколькими предприятиями.Эти клиенты также должны помнить о таких аспектах, как управление сточными водами и разрешение и соблюдение требований, связанных с торговлей сточными водами, которые гарантируют, что канализационная сеть может адекватно обрабатывать и обрабатывать отходы. Это сделано для защиты здоровья и безопасности персонала, а также для защиты окружающей среды.

Как водная растворимость связана с эффективностью?

Поскольку это такая ресурсоемкая жидкость, предприятия используют воду в промышленных масштабах для множества различных производственных и инженерных процессов.Анализ подхода вашей компании к эффективному использованию воды — один из лучших способов убедиться, что вы не несете ненужных затрат, которые могут быстро возрасти. Это не только поможет увеличить сумму, которую вы сэкономите на счете, но и сыграет определенную роль в уменьшении вашего углеродного следа. То, что хорошо для вашего бизнеса, может быть полезно и для окружающей среды. Ваш бизнес может сразу начать экономить воду, приняв несколько практических мер, подробно описанных в нашем руководстве по эффективности использования воды.

Как моя компания может справиться со своими требованиями по управлению сточными водами?

Со сточными водами необходимо обращаться правильно, чтобы соответствовать экологическим нормам Великобритании, в противном случае предприятия могут столкнуться с риском дополнительных затрат из-за способа утилизации сточных вод. Как независимая компания водоснабжения, мы предоставляем нашим клиентам консультации и помощь в отношении профессиональных решений по очистке и управлению сточными водами, что упрощает предприятиям управление водой, которую они используют.

Какие советы и помощь я могу получить по вопросам очистки и управления сточными водами?

При работе с водорастворимыми и безопасными способами утилизации Castle Water может помочь:

• Анаэробные варочные котлы
• Химическая обработка
• Экологический аудит
• Фильтрация
• O.G. контроль
• Рециркуляция «серой воды»
• Контроль запаха
• Решения по очистке на месте
• Отбор проб
• Отходы добавок
• Рекуперация отработанного тепла

Хотите лучшие водные растворы? Свяжитесь с нами

Если вы управляете бизнесом, который использует воду в качестве растворителя, или хотите узнать, как можно улучшить ваш подход к управлению сточными водами и повышению эффективности водопользования, чтобы снизить счета, Castle Water может вам помочь.

Позвоните нам по телефону 01250 718 700 или свяжитесь с нами, и мы узнаем, чем можем помочь.

Почему вода — универсальный растворитель? — Видео и стенограмма урока

Свойства воды

Что такого особенного в воде, что делает ее таким прекрасным растворителем? Растворитель — это вещество, в котором растворяются другие материалы. Обычно это жидкость, но иногда это газ или твердое тело. Вода называется универсальным растворителем , потому что многие материалы способны растворяться в воде.Причина, по которой это правда, заключается в некоторых уникальных свойствах воды. Вода — это молекула , которая представляет собой комбинацию атомов, скрепленных химической связью. Молекулы воды имеют то, что можно назвать полярным расположением. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, поэтому воду часто называют h30.

Атомы водорода расположены на одной стороне молекулы и имеют положительный электрический заряд. С другой стороны молекулы находится атом кислорода, имеющий отрицательный заряд.Три молекулы удерживаются вместе, потому что атомы с противоположным зарядом притягиваются друг к другу. Эта полярность — тот факт, что одна сторона молекулы воды имеет отрицательный заряд, а другая сторона — положительный, — это то, что заставляет многие другие вещества притягиваться к молекуле воды. Притяжение к молекуле воды может быть настолько сильным для некоторых молекул, что вода может разорвать связи, удерживающие вместе другие молекулы. Это то, что заставляет материалы так хорошо растворяться в воде.

Полярность воды также помогает выжить многим организмам. Когда материалы, такие как питательные вещества, витамины и другие ценные вещества, контактируют с водой и растворяются в ней, они перемещаются вместе с ней, часто через организм. Этот процесс способствует доставке жизненно важных материалов по всему организму. Этот процесс также может делать противоположное. Вода работает с печенью животного, выводя растворенные отходы и другие токсичные материалы из организма, помогая поддерживать здоровье организма.

Вода в действии

Большинство других молекул имеют на себе положительные и / или отрицательные области. Как мы заявляли ранее, противоположно заряженные атомы притягиваются друг к другу. Поскольку вода имеет как положительно заряженную, так и отрицательно заряженную часть своей молекулы, она притягивается к множеству частей других молекул. Это притяжение разъединяет и растворяет другие молекулы.

Представьте, что вы и пятеро ваших друзей держите веревку, притворяясь одной молекулой.Веревка представляет собой связь между вами. Эта веревка или связь — это то, что удерживает вашу молекулу вместе. Затем идут пять человек, с которыми каждому из вас нравится быть еще больше. Когда каждый из вас отпускает веревку, чтобы быть с другим другом, ваша молекула разрушается, и вы растворяетесь.

Это именно то, что происходит, когда молекула падает в воду. Атомы связаны вместе, но части молекулы больше притягиваются к воде, чем к себе, и молекула распадается.Затем образуется растворенный раствор, содержащий атомы, входившие в состав молекулы, и воду. Нефть и другие неполярные молекулы не растворяются в воде, потому что они не ведут себя как друзья в нашем примере.

Краткое содержание урока

• Растворитель — это жидкость, газ или твердое вещество, в котором растворяются другие вещества.
• Вода называется универсальным растворителем , потому что в ней растворяется множество веществ.
• Вода — это молекула , которая представляет собой комбинацию атомов, удерживаемых вместе химической связью.
• Еще одно ключевое свойство воды — ее полярность , что означает, что одна сторона молекулы имеет отрицательный заряд, а другая сторона имеет положительный заряд.
• Полярность воды — это то, что привлекает многие другие вещества к молекуле воды. Притяжение к молекуле воды может быть настолько сильным, что вода может разорвать связи, удерживающие вместе другие молекулы. Это то, что заставляет материалы так хорошо растворяться в воде.

№1569: Алкахест

Сегодня мы ищем универсальный растворитель. В
Инженерный колледж Хьюстонского университета
представляет эту серию о машинах, которые делают
наша цивилизация бежит, а люди, чьи
изобретательность создала их.

Вы слышали старую реплику,
«Коса — универсальный растворитель.»Это насмехается над очень
старая идея, что где-то может быть найден
растворитель, который растворит все, что угодно . Воды
вполне хороший растворитель. Растворяет сахар в
горячий чай неплохо, но не как
хорошо в холодном чае. Растворяет многие материалы, но,
к счастью для нас, ни стакан, который его держит, ни наш
человеческая ткань.

Растворение сильно отличается от химического
разложение материала.Когда вода растворяет сахар,
он оставляет молекулы сахара нетронутыми — он просто
отделяет их друг от друга. Когда, с другой стороны
рука, азотная кислота атакует медь, реагирует с ней
и создает новую соль — синего цвета.

Это различие было гораздо менее четким, прежде чем мы
атомная теория. И один из святых граалей искал
алхимиками заключалась в том, чтобы найти универсальный
растворитель.

Они назвали эту неизвестную жидкость
алкахест . Алкахест был составлен из слов
алхимиком шестнадцатого века Парацельсом. Может это означало
щелочь есть (или щелочь ). Или же
возможно, он просто хотел, чтобы термин звучал по-арабски и
таинственный. Парацельс одним из первых
начать отходить от чистой старой алхимии
мышление.Поздний великий алхимик по имени ван Гельмонт
продолжил там, где остановился Парацельс. Но фургон
Гельмонт также активизировал поиск
универсальный растворитель, алкахест. Фактически он утверждал
чтобы иметь нашел это.

Теперь нам нужно взглянуть на работу ван Гельмонта в
свет того, что мы знаем сегодня. Что бы он ни нашел
конечно не был платежеспособным.Это должно было быть
реагент, который химически воздействует на материалы. Из
конечно, истинный алкахест никогда не мог быть сдержан.
Вероятно, он только что нашел химическое вещество, которое могло
уменьшить намного больше материалов, чем любой предыдущий агент.

Итак, историк-химик Ладислао Рети говорит:
ищу алкахест ван Гельмонта. Что он находит
это сюрприз.Работы Ван Гельмонта указывают на то, что даже
ранние средневековые описания вещества, называемого
щелочь соляная . Соляная щелочь, в свою очередь, появляется
быть раствором едкого калия в спирте,
который снижает количество веществ.

Гельмонт описывает процесс, в котором его алкахест
— эта сальная щелочь — применяется к оливковому маслу.В
результат был идентифицирован как сладкое масло , которое
было бы глицерин . Ирония в том, что
что DuPont получила патент на этот процесс в
1942 г. (Еще один пример того, насколько произвольно
присвоение приоритета всегда есть.)

Итак, мы избавляемся от преувеличений старого
алхимическим языком и найти субстанцию.Мы видим
современная химия обретает форму. Парацельса
«универсальный растворитель» не было такого понятия, но кто когда-либо
думал, что это было? Парацельс больше не был чрезмерным
чем поэт девятнадцатого века Сидни Ланье, когда он
написал эти прекрасные строки:

Теперь в красном море урожая тает
солнце,
Как жемчужина Египта растворилась в розовом вине,
И Клеопатра всю ночь напивается.

Я Джон Линхард из Хьюстонского университета,
где нас интересуют изобретательные умы
Работа.

(Музыкальная тема)

Почему воду называют универсальным растворителем?

Вода — универсальный растворитель, потому что это полярная молекула. Однако на самом деле он не универсален, потому что плохо растворяет неполярные молекулы.

Можно услышать, что воду называют универсальным растворителем. Вот посмотрите, правда ли это и почему вода так хорошо растворяет другие соединения.

Полярность делает воду отличным растворителем

Вода растворяет больше соединений, чем любой другой растворитель. Самая большая причина, по которой вода является отличным растворителем, заключается в том, что это полярная молекула. Это означает, что вода является нейтральным атомом, но одна часть имеет частичный положительный заряд, а другая часть имеет частичный отрицательный заряд. Молекула воды имеет изогнутую форму со знаком 104.Угол 5 градусов между двумя атомами водорода, вызывающий полярность. Два атома водорода каждой молекулы воды имеют частичный положительный заряд, а атом кислорода имеет частичный отрицательный заряд. Полярные молекулы легко растворяются в воде, потому что положительная часть полярной молекулы притягивается к атому кислорода, а отрицательная часть — к атому водорода.

Помимо полярности, вода является отличным растворителем, потому что она амфотерная. Это означает, что вода может действовать как кислота и основание.Амфотеризм делает воду лучшим растворителем, чем большинство других полярных молекул.

Пример: растворение соли в воде

Например, рассмотрим, как обычная поваренная соль (NaCl) растворяется в воде. Соль — это ионное соединение, которое растворяется в ионе натрия (Na ⁺ ) и ионе хлора (Cl ^— ). Когда вы добавляете соль в воду, молекулы воды ориентируются так, что отрицательно заряженные атомы кислорода обращены к положительно заряженным атомам натрия в соли, а положительно заряженные атомы водорода обращены к отрицательно заряженным атомам хлора.Ионная связь — это сильная химическая связь, но действия всех молекул воды достаточно, чтобы разделить атомы натрия и хлора. После разделения ионы равномерно распределяются и образуют химический раствор.

Это важный момент, касающийся растворителей. Их активность зависит от температуры. Если добавить соль в ледяную воду, растворяется очень мало. Если добавить соль в кипящую воду, соль будет растворяться гораздо больше. Повышение температуры обычно увеличивает эффективность растворителя, поскольку увеличивает кинетическую энергию частиц.Большая кинетическая энергия приводит к большему взаимодействию между частицами, поэтому растворение происходит быстрее.

Почему вода не является универсальным растворителем

Вода растворяет полярные молекулы, включая соли, сахара, многие газы, белки, простые спирты и ДНК. Но это не универсальный растворитель, потому что он не может растворять гидрофобные или неполярные молекулы, такие как жиры, масла, некоторые гидроксиды и большинство оксидов, силикатов и сульфидов металлов.