Fundamentos de Liofilización, Isotonicidad y Calorimetría en Farmacia

Liofilización: Preservación Farmacéutica Avanzada

La liofilización es una técnica farmacéutica esencial que permite eliminar la humedad de una sustancia. El proceso se lleva a cabo de la siguiente manera:

1. Se enfría la sustancia hasta que la humedad se congela, considerando el descenso crioscópico debido a la presencia de solutos.
2. Se conecta el recipiente a una bomba de vacío, provocando la sublimación del agua (H₂O).

Isotonicidad: Equilibrio Osmótico en Soluciones

La isotonicidad se alcanza cuando la membrana que separa dos disoluciones es impermeable a los solutos, manteniendo un equilibrio osmótico.

Calorimetría: Medición del Calor de Reacción

La calorimetría es la técnica experimental para medir el calor de reacción. Un calorímetro típico consta de:

• Paredes adiabáticas.
• Un recipiente interno con paredes conductoras donde ocurre la reacción.
• Agua entre las paredes con un agitador para homogeneizar la mezcla.
• Un termómetro para medir la temperatura.

Es crucial calibrar el calorímetro, ya que no solo el agua absorbe o desprende calor. La calibración puede realizarse de dos maneras:

1. Suministrar un calor conocido mediante una resistencia interna con corriente eléctrica (q = R * I² * t).
2. Provocar una reacción de calor conocido.

En un proceso adiabático (q = 0) con variación de volumen casi nula, según el primer principio de la termodinámica (ΔU_t = 0), la variación de energía interna solo depende de los estados inicial y final. La reacción debe ser única, completa, rápida y con un calor elevado en valor absoluto.

Diagrama de Fase de una Sustancia Pura

El diagrama de fase típico muestra las fases sólida (s), líquida (l) y vapor (v).

• Se identifican tres zonas, separadas por líneas que representan el equilibrio entre fases.
• En cada zona, la varianza (L) es 2.
• El estado definido por la temperatura y presión críticas se denomina punto crítico.

Equilibrio Líquido-Vapor

Consideremos una mezcla de dos componentes a temperatura constante (T). El diagrama representa la presión (P) versus la composición. Con dos fases presentes, se distinguen las fracciones de cada componente. Asumiendo que se cumple la ley de Raoult, el diagrama presenta dos fases:

• Por encima de la línea, solo existe líquido.
• Por debajo de la curva, solo vapor.
• Entre ambas, coexisten líquido y vapor.
• A alta presión, predomina el líquido; a baja presión, el vapor.

Equilibrio Líquido-Líquido

Un líquido puede disolver una cantidad limitada de otro hasta la saturación, separándose en dos fases. Un sistema de dos líquidos (A y B) se representa en un diagrama de fases T-composición a presión constante (P = cte). Dado que las propiedades de las fases no dependen significativamente de la presión, la curva separa dos zonas:

• Una zona donde los líquidos son inmiscibles (exterior).
• Una zona donde son miscibles.

Partiendo de B puro, al añadir A a temperatura constante, nos desplazamos en una línea. Al alcanzar la concentración de saturación de A, se forman dos fases: A saturado de B y B saturado de A. Los grados de libertad fuera de la zona de inmiscibilidad son 3, y dentro, 2.

Equilibrio Sólido-Líquido

En el diagrama, a la izquierda se encuentra el sólido B, y a la derecha, el sólido A. Partiendo de la mezcla líquida y disminuyendo la temperatura (T), al llegar a la temperatura de congelación, el líquido congela y su composición cambia. A una temperatura correspondiente al punto eutéctico (E), toda la mezcla se solidifica. El punto E se llama eutéctico, y la temperatura correspondiente representa la menor temperatura a la que puede haber líquido en el sistema. La varianza en la zona de una fase es 3, en la de dos fases es 1, y en el punto eutéctico es 0.