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3 Propriedades das soluções Michael E. Aulton CONTEÚDO DO CAPÍTULO Introdução ................................. 36 Tipos de solução. ........................... 37 Pressões de vapor de sólidos, líquidos . e soluções. ............................. 37 Soluções ideais: Lei de Raoult .............. 37 Soluções reais ou não ideais ............... 38 Ionização de solutos. ........................ 39 Concentração de íon hidrogênio e pH. ....... 39 Constantes de dissociação (ou de ionização); pK a e pK b ............................... 40 Soluções-tampão e capacidade de . tamponamento. .......................... 42 Propriedades coligativas. ..................... 43 Pressão osmótica ........................ 43 Difusão em solução. ......................... 44 Resumo. ................................... 45 Bibliografia. ................................ 45 PONTOS-CHAVE • Uma vez que as soluções são produzidas, da forma descrita no capítulo anterior, elas têm várias propriedades importantes para a ciência farmacêutica. • Há vários tipos de solução que devem ser entendidos. Isso envolve as diferenças entre soluções teóricas ou “ideais” e as soluções “reais” encontradas na prática. • De particular relevância para a administração de fármacos pelo trato gastrintestinal é o grau de ionização de solutos e o efeito do pH nessa ionização. • O conceito de pH e pK a e sua inter-relação, e a ligação entre grau de ionização e solubilidade são fundamentais para entender a administração de fármacos no trato gastrintestinal, devido às mudanças de pH nas áreas próximas do trato durante a passagem do fármaco. • Outras propriedades das soluções de particular importância são: pressão de vapor, pressão osmótica e difusibilidade. Introdução O objetivo deste capítulo é fornecer informações sobre certas propriedades das soluções que se relacionam com sua aplicação nas ciências farmacêuticas. Este capítulo lida, principalmente, com as propriedades físico-químicas das soluções que são importantes quanto a sistemas farmacêuticos. Esses aspectos são abordados detalhadamente para apresentar o cientista farmacêutico a tais propriedades, a fim de possibilitar a compreensão de sua
Propriedades das soluções CAPÍTULO 3 importância no delineamento de formas farmacêuticas e na administração de fármacos. Muito já foi publicado em outras fontes e com mais detalhamento. Por isso, o leitor que necessite de informações adicionais pode buscar algumas referindo-se à bibliografia no final do capítulo. Tipos de solução As soluções podem ser classificadas de acordo com o estado físico (isto é, gasoso, líquido ou sólido) do(s) soluto(s) e do solvente. Embora possa haver diversos tipos, quase todas as soluções de interesse farmacêutico têm solventes líquidos. Além disso, os solutos são predominantemente substâncias sólidas. Consequentemente, a maior parte da informação deste capítulo é relevante para soluções de sólidos em líquidos. Pressões de vapor de sólidos, líquidos e soluções Para entender várias das propriedades das soluções, é necessário conhecer o conceito de uma solução ideal e seu uso como sistema de referência, com o qual o comportamento de soluções reais (não ideais) pode ser comparado. Por sua vez, esse conceito baseia-se no entendimento da pressão de vapor. A presente seção serve como introdução para a discussão posterior sobre soluções ideais e não ideais. A teoria cinética da matéria mostra que o movimento térmico das moléculas de uma substância no seu estado gasoso é mais do que suficiente para superar as forças atrativas que existem entre as moléculas. Assim, as moléculas estarão submetidas a um movimento completamente aleatório dentro dos limites do recipiente. A situação é inversa, porém, quando a temperatura é reduzida o suficiente para que uma fase condensada seja formada. Nesta, os movimentos térmicos das moléculas são agora insuficientes para superar completamente as forças atrativas intermoleculares e surge algum grau de ordem no arranjo relativo das moléculas. Esse estado condensado pode ser líquido ou sólido. No caso em que as forças intermoleculares sejam tão fortes que deem origem a um alto grau de ordem, quando a estrutura é influenciada muito pouco por movimentos térmicos, a substância costuma estar no estado sólido. No estado condensado líquido, as influências relativas do movimento térmico e das forças atrativas intermoleculares são intermediárias entre aquelas nos estados gasoso e sólido. Assim, os efeitos de interação entre os dipolos permanentes e induzidos, isto é, as ditas forças de atração de van der Waals, causam alguma coesão entre as moléculas do líquido. Consequentemente, os líquidos ocupam um volume definido sobre uma superfície, diferentemente dos gases. Além disso, não obstante haja evidência de estrutura nos líquidos, essa estrutura é muito menos aparente do que nos sólidos. Embora tanto os sólidos quanto os líquidos sejam sistemas condensados com moléculas coesas, algumas das moléculas nas superfícies desses sistemas ocasionalmente irão adquirir energia suficiente para superar as forças atrativas exercidas pelas moléculas adjacentes. Essas moléculas podem, portanto, escapar da superfície para formar uma fase de vapor. Na situação em que a temperatura seja mantida constante, um equilíbrio será estabelecido entre a fase de vapor e a fase condensada. A pressão exercida pelo vapor neste equilíbrio é chamada de pressão de vapor da substância. Todos os sistemas condensados têm a habilidade inerente de dar origem a uma pressão de vapor. No entanto, as pressões de vapor exercidas pelos sólidos são geralmente bem menores do que aquelas exercidas pelos líquidos, pois as forças intermoleculares nos sólidos são mais fortes do que nos líquidos. Portanto, a tendência das moléculas superficiais ao escape é maior nos líquidos. Consequentemente, a perda de vapor na superfície dos líquidos pelo processo de evaporação é mais comum do que a perda de vapor na superfície dos sólidos por sublimação. No caso de um solvente líquido contendo um soluto dissolvido, as moléculas tanto do solvente quanto do soluto podem apresentar tendência a escapar da superfície e a contribuir para a pressão de vapor. As tendências relativas ao escape dependerão do número relativo de moléculas diferentes na superfície da solução e das intensidades relativas das forças atrativas entre moléculas adjacentes de solvente por um lado e moléculas do soluto e do solvente por outro. Como as forças intermoleculares entre solutos sólidos e solventes líquidos tendem a ser relativamente fortes, essas moléculas de soluto geralmente não escapam da superfície de uma solução e não contribuem para a pressão de vapor. Em outras palavras, o soluto não costuma ser volátil e a pressão de vapor surge unicamente do equilíbrio dinâmico estabelecido entre as taxas de evaporação e condensação de moléculas de solvente contidas na solução. Em uma mistura de líquidos miscíveis, ou seja, um líquido em uma solução líquida, as moléculas de ambos os componentes tendem a evaporar e contribuem para a pressão de vapor total exercida pela solução. Soluções ideais: Lei de Raoult O conceito de uma solução ideal foi apresentado a fim de oferecer um sistema-modelo que possa ser usado como um padrão com o qual soluções reais ou não ideais sejam comparadas. No modelo, presume-se que todas as forças intermoleculares sejam idênticas. Assim, as interações solvente/solvente, soluto/solvente e soluto/soluto são idênticas e iguais à força da interação intermolecular tanto no solvente puro quanto no soluto puro. Por causa 37
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