14 декабря 2019г.
В связи, с нарастающим распространением и расширением областей использования минеральных соединений, возникает потребность в изучении взаимодействий их с жидкими средами и разработке методов корректирования побочных реакций, связанных с этим взаимодействием. На сегодня, соли алюминия, такие как нитрат, сульфат и хлорид широко применяются в фармацевтической и химической промышленности, для производства вяжущих средств, антиперспирантов и местных гемостатиков. обогащённые ионами алюмосиликаты нашли применение в качестве энтеросорбентов «Смекта» (Франция) [3] и местных гемостатических средств, таких как «QuikClot – Combat» (США), «Гемостоп» (Россия), «Гемоспас» (Россия) и др.
Однако, несмотря на повсеместное применение солей алюминия, остаётся не ясно, как они взаимодействуют с водными средами и почему, зачастую, подобный процесс сопровождается различными тепловыми эффектами, часто ограничивающими их использование в медицинской практике. Поэтому, актуальным является изучение механизмов взаимодействия данных солей с водными растворами и некоторыми биологическими жидкостями организма. Решение данной проблемы позволит корректировать количественные характеристики данных веществ в составе перспективных препаратов.
Целью данного исследования является изучение тепловых эффектов, возникающих при взаимодействии данных солей с биологическими средами (вода, 0,15 раствора NaCl, кровь). В качестве основных задач, мы посчитали необходимым провести исследование теплового эффекта растворения солей алюминия в трёх жидкостях; количественно охарактеризовать термодинамическую критериальность течения каждого из процессов; провести сопоставление результатов и сделать вывод о наиболее энергетически выгодном процессе в данной биологической среде.
Материалы и методы
Для изучения механизмов термичности солей алюминия мы использовали калориметрический метод. Соли алюминия: AlCl3 без водный (марки Extra pure, Merck, Германия), AlCl3*6H2O (марки ч., ООО «ПрофСнаб», Россия), Al(NO3)3*9H2O (марки ч., ООО «ПрофСнаб», Россия) и Al2(SO4)3 * 18H2O (марки ч., ООО «ПрофСнаб», Россия). В качестве жидких сред использовали воду очищенную (аквадистилятор АЭ-5 «ЛиваМ», Россия), 0,154 М раствор NaCl (ОАО «Биохимик», Россия). Исходная температура сред составляла 25˚С.
В измерительный сосуд калориметра последовательно вводили исследуемые жидкости (вода, раствор 0,15М NaCl, кровь) и фиксировали температуру равновесия системы. Затем вносили навески солей алюминия соответствующие диапазону молярных концентраций от 0,029 до 0,75 моль/л и измеряли температуру смеси через равные промежутки времени до тех пор, пока её изменение не станет незначительным (установится термодинамическое равновесие). Температурный прирост соответствует теплоте растворения данной навески соли, характеризует интенсивность её гидратации и способность к диссоциации в данной среде.
Для визуализации динамики процесса растворения все данные обработаны в программе Microsoft Excel и интерпретированы графически.
Результаты и обсуждение
На рисунке 1 (А), представлены результаты исследования зависимости температурного прироста при растворении изучаемых солей алюминия от массы навески растворённого вещества в воде. На рисунке 1 (Б) представлена зависимость изменения величины энтальпии от моляльной концентрации (моль/кг) в воде.
Прежде всего, хотим отметить интенсивное изменение температурного прироста при растворении навесок алюминия хлорида в водной среде. В свою очередь, такая зависимость может определяться ступенчатостью процесса диссоциации данной трёхосновной соли, позволяет определять участки относительной стабильности прироста температуры в определённом диапазоне концентраций (рис. 1). Очевидно, процесс растворения данной соли, сопровождается существенным разогревом среды, что не может не влиять на течение метаболических процессов.
При концентрации 9-водного нитрата и безводного хлорида алюминия от 0,047 до 0,156 моль/кг величина прироста составила 0,5-1,5 оС. Графически подобие между этими солями выглядит в сближении точек и приблизительно равных значений.
При дальнейшем увеличении концентраций нитрата и хлорида в воде, динамика процесса приобретает индивидуальное направление для каждой из солей. Температурный прирост для хлорида возрастает в геометрической прогрессии. При концентрации 0,75 моль/кг значение температурного прироста составило 4,8 оС.
Для нитрата алюминия максимальный прирост температуры отмечен при 0,25 моль/л. Увеличение количества молей в водной среде привело к постепенному снижению температурного прироста при концентрациях 0,31 – 0,47 моль/кг, который составил от +1 до -0,5 ˚С. Таким образом, процесс растворения навесок Al(NO3)3*9H2O является эндотермическим и протекает с поглощением энергии из среды, что можно связать с гидротацией нитро-группы.
Процесс гидролиза для всех солей алюминия, в независимости от аниона, в воде, 0,15 М растворе NaCl и в крови протекает с образованием гидроксо-форм алюминия и анионов. Т.е. гидролитическое разложение солей алюминия переходит в процесс образования гидроксида алюминия. Следовательно, тепловой эффект растворения солей с учётом их гидролиза, численно будет равен энтальпии образования различных гидроксидов алюминия. Определяющим фактором, влияющим на тепловой эффект гидролиза солей, в частности на величину энтальпии, является анион солеобразующей кислоты. На рисунке 1 (Б), представлена зависимость величины теплового эффекта реакции от моляльной концентрации (моль/кг) в воде очищенной. Напомним, что все исследуемые соли алюминия, образованные, слабым основанием и сильными минеральными кислотами (H2SO4, HNO3, HCl).
Таким образом,
тепловой эффект процесса растворения солей алюминия, определяется не присутствующими катионами Al+3 и их гидроксидами, а другими продуктами реакции. В зависимости от аниона, величина энтальпии
приобретает не
только различные значения, но и знаки (как отрицательные, так и положительные).
Это позволяет, говорить о различии теплового эффект процесса соли в водной среде в зависимости от аниона по направлению и глубине. Величина теплового эффекта, определяет общую энергетическую характеристику системы.
Выводы. Термический эффект растворения солей алюминия зависит от количества вводимой соли. Направленность процесса не зависит от степени гидратации соли, но зависит от структуры аниона.
Присутствие хлорид иона определяет экзотермический характер процесса растворения хлорида алюминия, в то время как нитрат ион вызывает охлаждение смесей. Аналогичные процессы протекают в крови с количественно менее выраженным тепловым эффектом.
Список литературы
1.
Бэйли, Д.Х. Клиническая стоматология / Д.Х. Бэйли, Д.Е. Фишер // Клиническая стоматология. – 2004. – Т.2. – С. 34-42.
2.
Геранин, С.И. Особенности гемостатического действия гелей «Алюмогель» и «Вискостат клиар» для тропического применения / С.И. Геранин // Актуальные проблемы
современной медицины: Вестник украинской медицинской стоматологической академии. – 2008. – Т. 8,№3. – С. 123-125.
3.
Маркелов, Д.А. Сравнительное изучение адсорбционной активности медицинских сорбентов / Д.А. Маркелов, О.В. Ницак, И.И. Геращенко // Химико-фармацевтический журнал. – 2008. – Т. 42, №7. – С. 30-33.
4.
Местные гемостатические средства: новая эра в оказании догоспитальной помощи / И.М. Самохвалов [и др.] // Реабилитация. – 2013. - №1. С. 67-86.
