Πλήρεις λύσεις των 9 ερωτήσεων του κεφαλαίου 3 — η συμπλήρωση των κενών για τις επιφανειοδραστικές ουσίες, οι προτάσεις Σωστού/Λάθους για την HLB, η αντιστοίχιση των ουσιών με την προέλευσή τους, οι μη ιονικές ουσίες, η επιλογή γαλακτωματοποιητή για o/w και w/o, η προσρόφηση, η συμπεριφορά του γαλακτώματος, οι άλλες χρήσεις των επιφανειοδραστικών και η κλίμακα HLB.
Ερώτηση: Να συμπληρώσετε τις παρακάτω προτάσεις:
Απάντηση:
α. Οι ουσίες οι οποίες ελαττώνουν την επιφανειακή ή μεσεπιφανειακή τάση των υγρών όταν προστίθενται σε αυτά ονομάζονται __ . → επιφανειοενεργές ή επιφανειοδραστικές ουσίες (σελ. 29): Επιφανειοενεργές ή Επιφανειοδραστικές ουσίες λέγονται οι ουσίες εκείνες που έχουν την ικανότητα να προσροφώνται στην επιφάνεια διαχωρισμού και να μειώνουν την Επιφανειακή Τάση και την Ελεύθερη Επιφανειακή Ενέργεια.
β. Η επιφανειακή δράση αυτών των ουσιών οφείλεται στην __ των μορίων τους. → αμφίφιλη μορφή: η επιφανειακή δράση των ουσιών αυτών οφείλεται στην Αμφίφιλη μορφή των μορίων τους.
γ. Τα μόρια των επιφανειοδραστικών ουσιών αποτελούνται από μία ____ και μία ___ ομάδα. → υδρόφιλη και λιπόφιλη: τα μόρια των επιφανειοδραστικών ουσιών αποτελούνται από μία υδρόφιλη και μία λιπόφιλη ομάδα.
δ. Ανάλογα με την προέλευσή τους οι φυσικές επιφανειοδραστικές ουσίες μπορεί να είναι _ προέλευσης ή ___ προέλευσης ή __ ύλες. → φυτικής προέλευσης, ζωικής προέλευσης ή ανόργανες ύλες (σελ. 31): 1. Φυτικής προέλευσης: άμυλο, άγαρ, ακακία, τραγάκανθα, σόγια (λεκιθίνη), αραβικό κόμμι κ.τ.λ. 2. Ζωικής προέλευσης: λανολίνη, χοληστερίνη, ζελατίνη, καζεΐνη, λεκιθίνη αυγού. 3. Ανόργανες ουσίες: μπετονίτης, γάλα μαγνησίου, καολίνης.
Σύνοψη: (ενδεικτική) α. Επιφανειοενεργές ή επιφανειοδραστικές ουσίες. β. Στην αμφίφιλη μορφή. γ. Μία υδρόφιλη και μία λιπόφιλη ομάδα. δ. Φυτικής προέλευσης ή ζωικής προέλευσης ή ανόργανες ύλες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες είναι λάθος (Λ);
Απάντηση:
Οι προτάσεις και οι απαντήσεις | Πρόταση | Σ/Λ | |---|---| | α. Ένας γαλακτωματοποιητής που έχει λιποφιλικό χαρακτήρα εκφράζεται ή προσδιορίζεται με μία χαμηλή τιμή HLB. | Σ | | β. Ένας γαλακτωματοποιητής που έχει υδρόφιλο χαρακτήρα προσδιορίζεται με μία υψηλή τιμή HLB. | Σ | | γ. Μία επιφανειοδραστική ουσία 100% υδρόφιλη εκφράζεται με τη τιμή HLB 0, ενώ μία άλλη 100% λιπόφιλη εκφράζεται με την τιμή HLB 20. | Λ | | δ. Η τιμή HLB μιας επιφανειοδραστικής ουσίας καθορίζει και τον τύπο ενός γαλακτώματος. | Σ |
Η τεκμηρίωση
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σωστές είναι οι προτάσεις α, β και δ: ο γαλακτωματοποιητής με λιποφιλικό χαρακτήρα έχει χαμηλή τιμή HLB, εκείνος με υδρόφιλο χαρακτήρα υψηλή, και η τιμή HLB καθορίζει τον τύπο του γαλακτώματος, αφού σταθερά γαλακτώματα w/o προκύπτουν με HLB 3 έως 6 και o/w με HLB 8 έως 18. Λανθασμένη είναι η πρόταση γ, γιατί δίνει τις τιμές αντεστραμμένες: μια ουσία 100% υδρόφιλη εκφράζεται με την τιμή HLB 20 και μια 100% λιπόφιλη με την τιμή HLB 0.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Να αντιστοιχίσετε τις ουσίες της 1ης στήλης με αυτές στη 2η στήλη:
Απάντηση:
Η αντιστοίχιση (σελ. 31) | Χημική ουσία | Προέλευση | |---|---| | 1. άμυλο | β. φυτική προέλευση | | 2. χοληστερίνη | γ. ζωική προέλευση | | 3. καολίνης | α. ανόργανες ουσίες | | 4. μπετονίτης | α. ανόργανες ουσίες | | 5. τραγάκανθα | β. φυτική προέλευση | | 6. ακακία | β. φυτική προέλευση | | 7. λεκιθίνη αυγού | γ. ζωική προέλευση | | 8. λανολίνη | γ. ζωική προέλευση |
Η τεκμηρίωση από το βιβλίο: ως φυσικές επιφανειοδραστικές ουσίες (γαλακτωματοποιητές) θεωρούνται οι παρακάτω αναφερόμενες ανάλογα με την προέλευσή τους:
Η ομαδοποίηση
Σύνοψη: (ενδεικτική) Φυτικής προέλευσης είναι το άμυλο, η τραγάκανθα και η ακακία. Ζωικής προέλευσης είναι η χοληστερίνη, η λεκιθίνη αυγού και η λανολίνη. Ανόργανες ουσίες είναι ο καολίνης και ο μπετονίτης. Δηλαδή: 1-β, 2-γ, 3-α, 4-α, 5-β, 6-β, 7-γ, 8-γ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες από τις παρακάτω ουσίες είναι μη ιονικές;
Απάντηση:
Το κριτήριο (σελ. 31): οι επιφανειοδραστικές ουσίες όταν διαλύονται στο νερό (διαλύτη) μπορεί να διίστανται σε ιόντα ή όχι, ανάλογα με τη χημική τους δομή· όταν παρέχουν ιόντα ονομάζονται ιονικές ουσίες, όταν δεν παρέχουν ιόντα, καλούνται μη ιονικές.
Οι μη ιονικές του βιβλίου: 1. Μη ιονικές-λιπόφιλες: μονοστεατική γλυκερίνη, κηροί, χοληστερίνη, spans. 2. Μη ιονικές υδρόφιλες: Tweens και εστέρες λιπαρών οξέων με γλυκόλες.
Ο έλεγχος των επιλογών | Ουσία | Χαρακτηρισμός | |---|---| | α. χοληστερίνη | ΜΗ ΙΟΝΙΚΗ (λιπόφιλη) | | β. μπεταΐνη | ιονική — αμφολυτική ή επαμφοτερίζουσα (Tego-Betain) | | γ. άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου | ιονική — κατιονική | | δ. κεριά | ΜΗ ΙΟΝΙΚΑ (λιπόφιλα — «κηροί») | | ε. spans | ΜΗ ΙΟΝΙΚΑ (λιπόφιλα) | | στ. σαπούνια | ιονικά — ανιονικά· η δράση αυτών οφείλεται στο ανιόν τους | | ζ. tweens | ΜΗ ΙΟΝΙΚΑ (υδρόφιλα) |
Η υπενθύμιση (σελ. 30): τα spans και Tweens είναι εστέρες λιπαρών οξέων από σορβίτες (ανώτερες πολυαλκοόλες) — τα λιπόφιλα (spans), τα υδρόφιλα (Tweens).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Μη ιονικές είναι η χοληστερίνη, τα κεριά και τα spans, που ανήκουν στις μη ιονικές λιπόφιλες, καθώς και τα tweens, που ανήκουν στις μη ιονικές υδρόφιλες. Αντίθετα, η μπεταΐνη είναι ιονική αμφολυτική ή επαμφοτερίζουσα, τα άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου είναι ιονικά κατιονικά και τα σαπούνια είναι ιονικά ανιονικά, αφού η δράση τους οφείλεται στο ανιόν τους.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Προτείνετε ένα γαλακτωματοποιητή για την παρασκευή γαλακτώματος λάδι σε νερό (o/w) και ένα για ένα γαλάκτωμα νερό σε λάδι (w/o).
Απάντηση:
Ο κανόνας (σελ. 34): πειραματικά έχει αποδειχτεί ότι η παρασκευή σταθερών γαλακτωμάτων τύπου w/o είναι δυνατή όταν ο γαλακτωματοποιητής έχει τιμή HLB μεταξύ 3 και 6 και γαλακτωμάτων τύπου o/w όταν η τιμή HLB είναι μεταξύ 8 και 18.
Η εξήγηση (σελ. 32): εξωτερική φάση είναι εκείνη, στην οποία διαλύεται ευκολότερα ο γαλακτωματοποιητής· π.χ. αν αυτός είναι υδρόφιλος, σχηματίζει γαλάκτωμα τύπου o/w, ενώ αν είναι λιπόφιλος (μη πολικός), τύπου w/o.
Οι προτάσεις από τον Πίνακα 3.1 «Γαλακτωματοποιητές και τιμές HLB αυτών» (σελ. 30) | Τύπος γαλακτώματος | Γαλακτωματοποιητής | HLB | |---|---|---| | w/o | Μονοελαϊκή Σορβιτάνη (Span-80) | 4,3 | | w/o | Μονοστεατική Σορβιτάνη (Span-60) | 4,7 | | w/o | Μονοστεατική Γλυκερίνη | 3,8 | | o/w | Μονοελαϊκή Πολυοξυαιθύλενο Σορβιτάνη (Tween-80) | 15,0 | | o/w | Μονοπαλμιτική Πολυοξυαιθύλενο Σορβιτάνη (Tween-40) | 15,6 | | o/w | Ελαϊκό Νάτριο | 18,0 |
Οι ενδεικτικές επιλογές
Και μια χρήσιμη παρατήρηση (σελ. 36): τα πλέον σταθερά γαλακτώματα του τύπου o/w σχηματίζονται με την ανάμιξη δύο γαλακτωμάτων που το ένα περιέχει ψηλό HLB και το άλλο χαμηλό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Για γαλάκτωμα λάδι σε νερό (o/w) απαιτείται υδρόφιλος γαλακτωματοποιητής με τιμή HLB μεταξύ 8 και 18: ενδεικτικά το Tween-80, δηλαδή η μονοελαϊκή πολυοξυαιθύλενο σορβιτάνη, με HLB 15,0. Για γαλάκτωμα νερό σε λάδι (w/o) απαιτείται λιπόφιλος γαλακτωματοποιητής με τιμή HLB μεταξύ 3 και 6: ενδεικτικά το Span-80, δηλαδή η μονοελαϊκή σορβιτάνη, με HLB 4,3. Ο κανόνας στηρίζεται στο ότι εξωτερική φάση είναι εκείνη στην οποία διαλύεται ευκολότερα ο γαλακτωματοποιητής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι ονομάζεται προσρόφηση;
Απάντηση:
Ο ορισμός (σελ. 31): οι ουσίες αυτές που προσροφώνται στην επιφάνεια διαχωρισμού και μειώνουν την επιφανειακή τάση λέγονται επιφανειοδραστικές και η άνιση κατανομή των μορίων ή των ιόντων τους μεταξύ των δύο φάσεων ονομάζεται προσρόφηση.
Το πλαίσιο: προκειμένου λοιπόν να αυξηθεί η επιφάνεια του υγρού πρέπει να μεταφερθούν μόρια από το εσωτερικό του διαλύματος (υγρού) στην επιφάνεια διαχωρισμού του· η χρήση μερικών ουσιών, που έχουν την ιδιότητα να μετακινούν αριθμό μορίων προς την κατεύθυνση της επιφάνειας του διαχωρισμού των δύο φάσεων, με αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση του συστήματος, έλυσε το πρόβλημα της ομογενοποίησης των φαρμακευτικών ή καλλυντικών προϊόντων κ.λπ.
Η σύνδεση με τον ορισμό των επιφανειοδραστικών (σελ. 29): Επιφανειοενεργές ή Επιφανειοδραστικές ουσίες λέγονται οι ουσίες εκείνες που έχουν την ικανότητα να προσροφώνται στην επιφάνεια διαχωρισμού και να μειώνουν την Επιφανειακή Τάση και την Ελεύθερη Επιφανειακή Ενέργεια.
Στην Ανακεφαλαίωση (σελ. 37): η άνιση κατανομή των μορίων ή των ιόντων των επιφανειοδραστικών ουσιών λέγεται προσρόφηση.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Προσρόφηση ονομάζεται η άνιση κατανομή των μορίων ή των ιόντων των επιφανειοδραστικών ουσιών μεταξύ των δύο φάσεων. Οι ουσίες αυτές έχουν την ιδιότητα να μετακινούν αριθμό μορίων προς την κατεύθυνση της επιφάνειας διαχωρισμού των δύο φάσεων, με αποτέλεσμα τη μείωση της επιφανειακής τάσης και τη σταθεροποίηση του συστήματος — γι' αυτό και έλυσαν το πρόβλημα της ομογενοποίησης των φαρμακευτικών και καλλυντικών προϊόντων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Σύμφωνα με ποια από τις δύο φάσεις (εξωτερική / εσωτερική) συμπεριφέρεται ένα γαλάκτωμα;
Απάντηση:
Η απάντηση: ένα γαλάκτωμα συμπεριφέρεται σύμφωνα με την εξωτερική του φάση.
Η τεκμηρίωση (σελ. 32): διαπιστώθηκε επίσης ότι εξωτερική φάση είναι εκείνη, στην οποία διαλύεται ευκολότερα ο γαλακτωματοποιητής· π.χ. αν αυτός είναι υδρόφιλος, σχηματίζει γαλάκτωμα τύπου o/w, ενώ αν είναι λιπόφιλος (μη πολικός), τύπου w/o.
Τι σημαίνει πρακτικά | Τύπος γαλακτώματος | Εξωτερική φάση | Συμπεριφορά | |---|---|---| | o/w (λάδι σε νερό) | το νερό | αραιώνεται με νερό, έχει ελαφριά υφή, απορροφάται εύκολα | | w/o (νερό σε λάδι) | το λάδι | δεν αραιώνεται με νερό, έχει λιπαρή αίσθηση |
Η σύνδεση με τον γαλακτωματοποιητή: ο γαλακτωματοποιός παράγοντας, ο οποίος μπορεί να μην είναι επιφανειοδραστική ουσία, είναι αυτός που καθορίζει τον τύπο του γαλακτώματος (λάδι σε νερό: o/w ή νερό σε λάδι: w/o) — και επομένως καθορίζει και τη συμπεριφορά του.
Η πρακτική εφαρμογή: πάνω σε αυτή τη διαπίστωση στηρίζονται και οι μέθοδοι ταξινόμησης των γαλακτωμάτων σε o/w ή w/o, δηλαδή η μέθοδος της αραίωσης και οι χρωστικές.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα γαλάκτωμα συμπεριφέρεται σύμφωνα με την εξωτερική του φάση. Εξωτερική φάση είναι εκείνη στην οποία διαλύεται ευκολότερα ο γαλακτωματοποιητής: αν αυτός είναι υδρόφιλος, σχηματίζεται γαλάκτωμα τύπου o/w με εξωτερική φάση το νερό, ενώ αν είναι λιπόφιλος, δηλαδή μη πολικός, σχηματίζεται γαλάκτωμα τύπου w/o με εξωτερική φάση το λάδι. Έτσι ο γαλακτωματοποιός παράγοντας είναι αυτός που καθορίζει τον τύπο και τη συμπεριφορά του γαλακτώματος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρετε τρεις ακόμα χρήσεις των επιφανειοδραστικών ουσιών εκτός από τη γαλακτωματοποίηση.
Απάντηση:
Οι συνέπειες της δράσης τους (σελ. 29): η μεταβολή αυτή έχει ως συνέπεια:
Τρεις χρήσεις εκτός της γαλακτωματοποίησης | Χρήση | Πού αξιοποιείται | |---|---| | Απορρύπανση (καθαρισμός) | ουσίες που έχουν τιμή HLB μεταξύ 13-15 χρησιμοποιούνται για απορρυπαντικά (σελ. 35) — σαπούνια, αφρόλουτρα, σαμπουάν | | Διαβροχή | ουσίες που έχουν τιμή HLB μεταξύ 7-9 χρησιμοποιούνται για διαβροχή των υλικών | | Σχηματισμός αφρού | στα προϊόντα καθαρισμού — σαμπουάν και αφρόλουτρα |
Και δύο ακόμη
Σύνοψη: (ενδεικτική) Εκτός από τη γαλακτωματοποίηση, οι επιφανειοδραστικές ουσίες χρησιμοποιούνται για την απορρύπανση, δηλαδή τον καθαρισμό, με ουσίες τιμής HLB μεταξύ 13 και 15 να χρησιμοποιούνται για απορρυπαντικά· για τη διαβροχή των υλικών, με ουσίες τιμής HLB μεταξύ 7 και 9· και για τον σχηματισμό αφρού, όπως στα σαμπουάν και τα αφρόλουτρα. Επιπλέον χρησιμεύουν στην αύξηση της διασποράς ενός υγρού σε ένα στερεό, στην απαιώρηση στερεών σωματιδίων σε υγρό μέσο διασποράς και, με τιμές HLB από 15 έως 20, στη διαλυτοποίηση δυσδιάλυτων υλικών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Τι εκφράζει η κλίμακα HLB;
Απάντηση:
Τι εκφράζει (σελ. 32): επειδή στην επιφάνεια απαιτείται μία ισορροπία μεταξύ της Υδρόφιλης (Υ) και της Λιπόφιλης (Λ) ομάδας, η επιφανειοδραστική ουσία θα πρέπει να παίρνει μία τιμή για την επίτευξη της ισορροπίας Υ/Λ.
Η κλίμακα: η τιμή αυτή εκφράζεται σε μία αυθαίρετη κλίμακα από το 1-20 και παριστάνεται με τα αρχικά HLB (Hydrophilic – Lipophilic – Balance) δηλαδή Υδροφιλική – Λιποφιλική Ισορροπία.
Τα άκρα της: μια επιφανειοδραστική ουσία 100% υδρόφιλη εκφράζεται με την τιμή HLB: 20, ενώ μια άλλη 100% λιπόφιλη με την τιμή HLB: 0.
Τι καθορίζει
Οι χρήσεις ανά τιμή (σελ. 35) | Τιμή HLB | Χρήση | |---|---| | 2-6 | παρασκευή γαλακτωμάτων του τύπου w/o | | 7-9 | διαβροχή των υλικών | | 13-15 | απορρυπαντικά | | 15-20 | αύξηση της διαλυτοποίησης των δυσδιάλυτων υλικών |
Στην Ανακεφαλαίωση (σελ. 37): η HLB εκφράζεται με μία αυθαίρετη κλίμακα από 0 μέχρι 20· η τιμή της HLB μιας επιφανειοδραστικής ουσίας καθορίζει και τον τύπο του γαλακτώματος (o/w ή w/o) και εξασφαλίζει μια ισορροπία μεταξύ των υδρόφιλων και των λιπόφιλων ομάδων.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κλίμακα HLB (Hydrophilic – Lipophilic – Balance), δηλαδή Υδροφιλική – Λιποφιλική Ισορροπία, εκφράζει την ισορροπία μεταξύ της υδρόφιλης και της λιπόφιλης ομάδας μιας επιφανειοδραστικής ουσίας. Είναι αυθαίρετη κλίμακα από 0 μέχρι 20: μια ουσία 100% υδρόφιλη έχει τιμή HLB 20 και μια 100% λιπόφιλη τιμή HLB 0. Η τιμή της καθορίζει τον τύπο του γαλακτώματος που θα σχηματιστεί, o/w ή w/o, καθώς και την καταλληλότητα της ουσίας για συγκεκριμένη χρήση: τιμές 2-6 για γαλακτώματα w/o, 7-9 για διαβροχή, 13-15 για απορρυπαντικά και 15-20 για διαλυτοποίηση δυσδιάλυτων υλικών.
Κριτήρια αξιολόγησης: