1.3. Druhy hmoty | Veškerá chemie

Člověk je obklopen hmotnými předměty (obr. 1.1), jako je například kamenná zeď nebo stůl. Chemika nezajímají primárně samotné předměty, ale druhy hmoty, ze kterých se skládají. Dřevo jako materiál (druh hmoty) ho zajímá, pokud je použito k výrobě stolu nebo židle. Žula ho zajímá, pokud je z ní vyrobena zeď nebo nějaký jiný předmět. Chemika tedy primárně zajímají ty vlastnosti (charakteristické vlastnosti) materiálu, které nezávisí na vlastnostech předmětu z něj vyrobeného.

Slovo materiál používá se k určení jakéhokoli typu látky, homogenní (uniformní) i heterogenní (neuniformní).

Obr. 1.1. Schematické srovnání různých objektů o velikosti od 10⁻¹⁰ m (průměr protonu) do 15⁻²⁰ m (poloměr vesmíru – vzdálenost k nejvzdálenější ze současných známých galaxií).

Obr. 1.2. Mikrofotografie leštěného a leptaného povrchu vzorku tvárné litiny, na které jsou vidět jemná zrna železa a velké kulovité částice grafitu (uhlíku). Zrna železa se v důsledku odlišného osvětlení jeví nerovnoměrně. Fotografie byla pořízena při 100násobném lineárním zvětšení; to znamená, že všechny lineární rozměry jsou zobrazeny XNUMXkrát větší než skutečné rozměry.

Vlastnosti homogenní materiál ve všech částech je stejný.

Heterogenní Materiál se skládá z částí s různými vlastnostmi.

Dřevo se střídajícími se měkkými a tvrdými letokruhy je zjevně heterogenní materiál, stejně jako žula, ve kterém lze rozlišit zrna tří různých látek (minerálů* křemene, slídy a živce).

Heterogenní materiály jsou směsi dvou nebo více homogenních materiálů, jako jsou tři minerály křemen, slída a živec, které tvoří žulu, přičemž samy o sobě jsou homogenními materiály.

Fáze

Hmotný systém (tj. jakákoli omezená část vesmíru) lze popsat pomocí konceptu fáze, tvořící daný systém. Fáze je homogenní část systému, oddělená od ostatních částí fyzickými hranicemi. Pokud je tedy nádoba částečně naplněna vodou, ve které plave led, pak se takový systém skládá ze tří fází: ledu (pevná fáze), vody (kapalné fáze) a vzduchu (plynné fáze). Kus tvárné litiny, jak je vidět pod mikroskopem, je směsí malých zrnek železa a částic grafitu (forma uhlíku); litina se proto skládá ze dvou fází: železa a grafitu (obr. 1.2).

Jakákoli fáze v daném systému zahrnuje všechny části daného systému, které mají stejné vlastnosti a složení. Pokud by tedy ve výše popsaném systému bylo několik kusů ledu, netvořily by několik fází, ale jednu fázi – ledovou fázi.

Typy definic

Definice mohou být striktní i nestriktní. Matematik dokáže přesně stanovit významy slov, která používá, a v průběhu dalšího uvažování se striktně drží definovaného významu každého slova. Zároveň slovům používaným k popisu přírodních jevů, které jsou složité povahy, nelze přiřadit přesný význam. Při určování významu takových slov se člověk snaží popsat jejich obecně přijímaný význam.

Někdy je tedy obtížné rozhodnout, zda je daný materiál homogenní nebo heterogenní. Je zcela zřejmé, že kus žuly, ve kterém lze rozlišit zrna tří různých druhů hmoty, je směs. Emulze tuku ve vodě (suspenze drobných kapiček tuku ve vodě, mléce) je také směs. Heterogenitu kusu žuly lze určit vizuálně. Heterogenitu mléka lze zjistit pouze zkoumáním kapky mléka pod mikroskopem.

Látky a roztoky

Definujme si nyní slova látka a roztok.

Látka – homogenní materiál se specifickým chemickým složením.

Řešení – homogenní materiál, který nemá jednoznačné složení,

Čistá sůl, čistý cukr, čisté železo, čistá měď, čistá síra, čistá voda, čistý kyslík a čistý vodík jsou látky. Křemen je také látka.

Nicméně, dle výše uvedené definice, roztok cukru ve vodě není látkou. Roztok je nepochybně homogenní, ale nesplňuje druhou část definice, protože jeho složení není konstantní, ale značně se mění v závislosti na množství cukru rozpuštěného v daném množství vody. Benzín také není čistou látkou; je to roztok několika látek.

Téměř všechny látky jsou do určité míry kontaminovány a pro mnoho chemických účelů musí být stupeň čistoty a metody čištění a analýzy specifikovány. Kromě toho existuje mnoho materiálů, které jsou klasifikovány jako látky na základě předpokladu, že jejich chemické složení se může měnit pouze v úzkých mezích. Příkladem je sulfid železa, který vzniká zahříváním železa se sírou. Obsah síry v tomto homogenním materiálu závisí na způsobu přípravy a je přibližně 35–39 %.

Prvky a sloučeniny

Látky se dělí na elementární (jednoduché) látky a sloučeniny.

Látka, kterou lze rozložit na dvě nebo více dalších látek, se nazývá spojení.

Látka, která se nedá rozložit, se nazývá elementární látka (prvek) 3* .

Kuchyňská sůl se dá elektrickým proudem rozložit na dvě látky – sodík a chlor. Sůl je tedy sloučenina.

Voda se také může elektrickým proudem rozložit na dvě látky: vodík a kyslík. Voda je tedy sloučenina. Oxid rtuťnatý(II) se může zahříváním rozložit na rtuť a kyslík. Oxid rtuťnatý(II) je tedy sloučenina.

Ale dosud se nikomu nepodařilo rozložit sodík, chlor, vodík, kyslík ani rtuť na jiné látky 4*. Proto by těchto pět látek mělo být považováno za elementární látky (prvky).

V současné době (1975) je známo 106 prvků 5*. V přírodě nebo v laboratoři bylo objeveno mnoho set tisíc sloučenin těchto prvků.

Proces rozkladu sloučeniny na dvě nebo více jednoduchých látek se někdy nazývá analýzaOpačný proces vzniku látky v důsledku sloučení dvou nebo více látek se nazývá syntéza.

Složení sloučeniny lze určit analýzou. Je tedy možné provést качественный анализ kuchyňské soli jejím rozkladem elektrickým proudem a určením produktů rozkladu – sodíku a chloru; pak může chemik říci, že sůl se skládá ze dvou prvků – sodíku a chloru. Pro provedení количественный анализ, bude muset tyto látky zvážit; pak může říct, že sůl obsahuje 39,4 % sodíku a 60,6 % chloru.

Naše klasifikace hmotných objektů je schematicky znázorněna na obr. 1.3. Pro čtenáře je užitečné si tento diagram pečlivě prohlédnout. Lze definovat všechna slova v diagramu? Lze uvést dva nebo tři příklady pro každý ze šesti typů materiálů, ze kterých může být objekt složen? Lze pojmenovat jeden nebo dva materiály, které je obtížné striktně klasifikovat?

Příklad 1.1.

Zařaďte následující materiály; v každém případě uveďte, zda se jedná o homogenní nebo heterogenní materiál, látku nebo roztok, sloučeninu nebo prvek:

Řešení.

a) Led je homogenní; tato látka je chemickou sloučeninou prvků kyslíku a vodíku.

b) Minerál diamant je homogenní krystalická látka, forma prvku uhlíku.

c) Javorová míza je homogenní roztok cukru a dalších látek ve vodě.

d) Čistý cukr je homogenní, tato látka je chemickou sloučeninou prvků uhlíku, vodíku a kyslíku.

d) Krev je heterogenní, protože obsahuje červené krvinky a bílé krvinky (tvořené elementy krve), stejně jako další buňky a mnoho rozpuštěných látek.

Obr. 1.3. Druhy látek.

* Minerální je jakýkoli homogenní materiál, který se v přírodě nachází jako produkt anorganických procesů (tj. minerál není produktem činnosti živých organismů).

** Slovo malta se obvykle používají pro kapalné roztoky. Chemici také používají termíny plynová řešení (směsi dvou nebo více čistých plynů) a pevné roztoky (například slitina zlata a mědi).

3* V souvislosti s objevem radioaktivity bylo nutné tyto definice poněkud změnit (viz kapitola 20).

4* V této prezentaci je slovo „látka“ použito bez ohledu na pojmy elektronů a atomových jader. Atomy sodíku a dalších prvků lze rozložit na základní částice (kapitoly 3 a 20).

5* V roce 1978 bylo známo 107 prvků. — Poznámka. přel.

Homogenní mast je léčivá forma, která je jednotnou (homogenní) směsí účinných a pomocných látek určenou k zevnímu použití. Na rozdíl od emulzních nebo suspenzních mastí mají homogenní masti rovnoměrné rozložení všech složek, což je činí stabilnějšími a účinnějšími.

Co je to homogenní mast?

Homogenizace mastí je proces, při kterém se částice a složky v masti rovnoměrně rozprostírají, což pomáhá vytvořit jednotnou a stabilní konzistenci produktu.

Bez homogenizačního procesu mohou masti obsahovat nerovnoměrně rozložené částice, což snižuje jejich účinnost a může způsobit nekompatibilitu složek. To může vést k tomu, že produkt nebude správně fungovat nebo se stane nebezpečným pro použití.

Homogenní masti mají obecně následující rozdíly:

• Homogenní struktura – ve složení nejsou žádné viditelné částice ani vrstvy; všechny složky jsou rovnoměrně rozloženy.
• Snadná aplikace – díky své měkké konzistenci se mast snadno roztírá po pokožce.
• Vysoká stabilita – složky se neoddělují ani neusazují, což zajišťuje rovnoměrné působení léčiva.
• Hluboká penetrace – aktivní látky lépe pronikají do pokožky, což zvyšuje účinnost léčby.

Proces výroby mastí

Technologie pro výrobu homogenních mastí:

1. Příprava složek. To může zahrnovat mletí pevných látek na prášek, rozpuštění nebo roztavení některých složek;
2. Rozpuštění základu. Nejprve se připraví základ masti (vazelína, lanolin, parafín), který často vyžaduje zahřátí na požadovanou teplotu, aby se stal tekutým a mohl se lépe mísit s ostatními složkami;
3. Přidání účinných látek do základu;
4. Homogenizace. V této fázi se provádí intenzivní míchání pomocí speciálních zařízení. Důležitost této fáze spočívá v zajištění rovnoměrného rozložení částic a zabránění jejich agregaci;
5. Stabilizace. Po dokončení homogenizace se mast v případě potřeby pro dosažení konzistence ochladí na pokojovou teplotu. Během chlazení lze v případě potřeby přidat stabilizátor.

Fáze výroby homogenních mastí se mohou mírně lišit v závislosti na složení produktu, požadované konzistenci a dalších faktorech.

Role homogenizátoru při výrobě mastí

Výroba homogenních mastí se neobejde bez použití homogenizátoru. Ten:

• Zabraňuje oddělování složek. Oddělování složek masti, například když se od sebe oddělí tuk a voda, může vést k nerovnoměrné struktuře a špatnému vzhledu produktu. Homogenizátor aktivně využívá tlak a mechanickou sílu k rozbití a smíchání těchto složek, čímž vytváří jednotnou emulzi;
• Snižuje velikost částic. Menší částice zajišťují hladší rozložení masti na pokožce, čímž zlepšují její vstřebávání a zvyšují aktivitu složek;
• Zachovává barevnou stálost. Homogenizátor umožňuje rovnoměrné rozložení pigmentů, což zajišťuje stabilní a esteticky příjemnou barvu masti po celou dobu jejího používání;
• Prodlužuje trvanlivost hotového výrobku.

Technické požadavky na homogenizátory pro léčiva

Technické požadavky na zařízení pro výrobu homogenních a heterogenních mastí jsou přísně regulovány.

Homogenizátory pro léčiva musí splňovat následující požadavky: přesnost a účinnost homogenizace, dodržování současných norem kvality a bezpečnosti, kontrola procesních parametrů, hygiena, optimální výkon a produktivita.

Všechny části homogenizátoru, které přicházejí do styku s produktem, musí být vyrobeny z vysoce kvalitních, inertních a chemicky odolných materiálů, jako je nerezová ocel nebo speciální slitiny. To je nezbytné k zabránění interakce s aktivními složkami a k zajištění dlouhodobé odolnosti vůči chemickým vlivům.

Při nastavování homogenizátoru je důležité vytvořit podmínky, které umožní udržet optimální rychlost segregace pro směsi s různou konzistencí.

Homogenní masti tak mají jednotnost, příjemnou texturu a zajišťují hluboké pronikání účinných látek.