Seminarium 2 Flashcards
2.1
Man har tre plattor av olika material (Material A, Material B och Material C). Om man placerar
en liten droppe vatten på ytan av varje platta märker man att dropparna har olika former på de
olika materialen:
Man tillverkar sedan tre kapillärrör (Kapillär 1, Kapillär 2 och Kapillär 3) med dessa material.
Samtliga kapillärrör har samma radie. När man doppar dessa kapillär i vatten observeras
följande:
a) Vilket material (A, B eller C) har används för varje kapillarrör? Motivera ditt svar!
b) Om man upprepar experimenten i a) med en surfaktant lösning istället för rent vatten
observeras följande:
Förklara vad som händer när man har en surfaktant lösning. Vilka parametrar i ekvationen för
kapillärverkan påverkas av surfaktant tillsats? Varför?
Kolla facit
2.2
SN-38 är ett antineoplastiskt läkemedel som används för att behandla kolorektal cancer. Ett
problem med administreringen av SN-38 är att den har mycket låg löslighet i vatten (11 μg
mL-1 vid 25 °C). Man kan dock tillverka SN-38 nanokristaller för att förbättra lösligheten.
Chen et al. (Int. J. Nanomedicin, 2017, 12, 5487) lyckades tillverka SN-38 nanokristaller med
diameter lika med 230 nm.
Material
A
Material B Material C
Vatten Vatten Vatten
a) Beräkna arbete per mol som krävdes för att finfördela SN-38 till nanokristallerna
om ytenergin för SN-38 är 25 mJ/m2 och molär volym för läkemedlet är 260 mL
mol-1! Anta att nanokristallerna är sfäriska.
b) Gränsskiktspänning mellan SN-38 och vatten bestämdes till 35 mN/m. Beräkna
lösligheten i vatten för nanokristallerna vid 25°C! Nanokristallerna kan antas vara
sfäriska.
c) Lösligheten för nanokristaller blir ännu högre om nanokristallerna inte är sfäriska.
Förklara kort varför icke-sfäriska nanokristaller har högre löslighet än sfäriska
nanokristaller med samma volym.
a)
Svar:
𝑑𝐺 = 𝛾𝑑𝐴
eller
𝑤 = 𝛾∆𝐴.
Arean som bildas
A = 3V/r (om partiklarna är sfäriska)
r = d/2 = 230/2 = 115 nm.
Area per mol:
= 3 ∗ 260 × (10−6 / 115×10−9) = 6782,6 m2/mol)
w = 6782,6*(25X10-3) = 169.6 J/mol.
b)
Svar:
𝑆 = 𝑆∗𝑒^2𝛾𝑉𝑚 / 𝑟𝑅𝑇 = 11 ∗ 𝑒^(2∗35×10−3∗260×10−6) /
(115×10−9×8,314×298) = 11,72 μg/mL
c)
Icke sfäriska kristaller har större A/V förhållandet än sfäriska. Detta gör att ytenergi/mol blir större (större kostnad att bilda kristaller). Det blir mer fördelaktig för ämnen att lösa upp sig än att ha så stor gränsyta/volym (energikostnad att övermätta lösningen är mindre än energikostnad att ha en stor gränsyta).
Uppgift 2.3
För att undersöka ett amfifil läkemedels egenskaper mättes ytspänning vid 25 °C för vattenlösningar av olika koncentrationer läkemedel. Resultaten sammanställs i figuren nedan:
a) Bestäm CMC för läkemedlet
b) Uppskatta ytöverskottet och arean per molekyl vid koncentrationen 200 mM.
c) Med hjälp av ytspänningsmätningarna man har bestämt hur yttäckningen varierar med koncentrationen läkemedel när temperaturen är 25 °C. Tabellen nedan visar resultaten som erhålls:
c / μM Yttäckning
5 0.03
10 0.06
25 0.15
45 0.23
90 0.38
130 0.47
170 0.54
250 0.63
350 0.70
500 0.77
Med hjälp av informationen i tabellen, bestäm värdet för jämviktskonstanten för bindningen till site på ytan! Anta att bindningsite är oberoende av varandra och att växelverkan mellan läkemedels molekyler vid ytan är försumbar.
a)
Enligt figuren: ln(CMC) ≈ -1.75. CMC = exp(-1.75) = 0,173 M. Dvs. Att CMC = 173 mM
b)
För att bestämma max-ytöverkottet dras tangenten som visas I figuren (se presentationen) och man väljer två punkter på linjen.
Γ = − 1 / 𝑅𝑇 ( 𝑑𝛾 / 𝑑𝑙𝑛𝑐)𝑇
= − 1 / 8,314 ∗ 298 ((70 − 54) × 10−3 / −7,5 − (−5) ) = 2,58 × 10−6 mol m−2
c)
Svar: Langmuirs isotermen gäller. Det finns flera sätt att få svaret:
Lösningsförslag 1: Vid låga koncentrationer är Yttäckning ≈ Kc
Dvs. att K = Yttäckning/c
Beräknar för lägsta koncentrationen
(5 μM = 5×10-6 M)
K = 0,03/(5×10-6)= 6000 M-1
Som alternativ man kan plotta yttäckning mot koncentrationen och dra en tangent vid låga koncentrationer. Lutningen av tangenten = K.
Lösningsförslag 2: När yttäckning = 0,5 är c = 1/K
Enligt tabellen (eller enligt grafen om man plottar datan), man får yttäckning = 0,5 när koncentrationen ≈ 150 μM = 150×10-6 M
K = 1/c = 1/(150×10-6)= 6666,7 M-1
2.4
a) En liten mängd av en fettsyra med mycket låg löslighet i vatten sprids på vattnets yta för att bilda en Langmuir film. Man bestämmer sedan hur filmtrycket förändras när ytarean minskar. Resultaten sammanfattas i tabellen nedan:
Ytarea / cm2 11100 2200 1070 507 28.2 5.7
Filmtryck /(mN m-1) 0,01 0,05 0,1 0,2 0,3 30
Med hjälp av informationen i tabellen, beräkna hur många fettsyramolekyler som finns på ytan. Förklara hur du tänker!
Svar:
Enklast är att använda ekvationen:
Π = Γ𝑅𝑇
Som blir:
Π𝐴 = 𝑛𝑅𝑇 eller Π𝐴 = (𝑁 / 𝑁𝐴) 𝑅𝑇
Antal molekyler N blir isf lika med:
𝑁 = 𝑁𝐴*Π𝐴 / 𝑅𝑇 = Π𝐴 / 𝑘𝐵𝑇
Ekvationen gäller bara när ytfilmen beter sig som en gas (ingen växelverkan mellan molekyler). Detta är möjligt bara när ytarean är stor och filmtrycket låg. Man bör därför använda första första kolonnen på tabellen, dvs:
Π = 0,01 mN / m = 1 × 10−5 𝑁 / 𝑚
A= 11100 cm2 = 1,11 m2
Om temperaturent antas vara 25 °C
𝑁 = Π𝐴 / 𝑘𝐵𝑇 = (1 × 10−5 ∗ 1,11) / (1,381 × 10−23 ∗ 298) = 2.67 × 10^15 molekyler
