dielektrizitätskonstante & lactose aus molke??

[Marlene Kissel]

1.dieelektrizitätskonstante: was genau ist das eigentlich? vorallem im bezug auf lösungen, zb. cosolventien in wasser, wie genau ist der zusammenhang zw. polatität und epsilon? ich verstehe nicht, was der begriff dieelektrizitätskonstante halt im bezug auf zb wasser überhaupt hat (bin nicht so ein physikgenie )

2. lactose aus molke, hab nur gefunden, das ganze wird gefiltert, hab aber auch in nem altprotokoll (2.stex düsseldorf) was über lab in dem zusammenhang gelesen, mir ist aber nicht klar, in wie weit mir das bei meiner lactoseherstellung hilft?? (hab bis jetzt nur gefunden, dass es das casein spaltet und die milch gerinnen lässt ohne das sie sauer wird, eben bei milchtrinkenden kälbern zb und in der käseherstellung, weil dann alles schön fest wird. hab doch aber meine lactose noch da drin, wenn das alles fest wird , wie bekomm ich die dann da aus? oder alles nur falschverstanden???)
danke schonmal für die beantwortung

[Dr. Heiko Schiffter]

Dielektrizitätskonstante

Allgemeine Beschreibung:

Der Begriff der Dielektrizitätskonstante kommt aus dem Bereich der Elektrizität, genauer gesagt von der Kondensatortechnologie. Die einfachste Form eines Kondensators ist der Plattenkondensator. Er besteht aus zwei großen, parallel zueinander angeordneten leitfähigen Platten in einem bestimmten Abstand. Schließt man nun an die beiden Platten des Kondensators eine Spannung an, so fließen so lange positive Ladungen auf die eine und negative Platte, bis die Potentialdifferenz zwischen den Platten gleich der angelegten Spannung (U) ist. Die Ladung die vom Kondensator gespeichert wird ist also proportional zur angelegten Spannung (aber auch von der Bauform, der Plattengröße und dem Plattenabstand abhängig). Die Kapazität (C) eines Kondensators kann dann im einfachsten Fall berechnet werden durch:

C = Q / U

wobei Q die Ladung bezeichnet. Die Einheit der Kapazität ist Farad, abgekürzt mit dem Buchstaben F.

Bringt man nun zwischen die beiden Platten eines Kondensators einen Isolator ein (bezeichnet auch als Dielektrikum), wird das elektrische Feld im Kondensator abgeschwächt. Da die Ladung Q unverändert bleibt, U aber kleiner wird, nimmt der Quotient aus Q/U zu, und damit auch de Kapazität. Der konstante Faktor um den sich die Kapazität erhöht heißt Dielektrizitätszahl. Die Kapazität eines Kondensators kann für diesen Fall berechnet werden durch:

C = εr ε0 A/s

wobei A für die Fläche des Kondensatorplatte, s für den Abstand zwischen den Platten, εr für die Dielektrizitätszahl und ε0 für die elektrische Feldkonstante (8,85 x 10-12 F/m) steht.

Als Dielektrizitätskonstante wird nun das Produkt aus Dielektrizitätszahl und elektrischer Feldkonstante bezeichnet, also

ε = εr ε0

Die ist die Erklärung laut Lehrbuch für das Physikgrundstudium. Jetzt ist es allerdings so, dass Sie in den Tabellenwerken meist die Dielektrizitätszahl für Stoffe aufgeführt haben, die berechnet wird durch:

εr = ε / ε0

Diese Dielektrizitätszahl wird auch häufig als relative Dielektrizitätskonstante bezeichnet und ist oft in den Pharmazeutischen Lehrbüchern nur als Dielektrizitätskonstante aufgelistet (was eigentlich nicht ganz korrekt ist, wie obige Ausführungen zeigen). Diese relative Dielektrizitätskonstante ist dimensionslos und hat einen Wert von ungefähr 80 (ohne Einheiten) für Wasser (bei 20 Grad Celsius)


Pharmazeutische Relevanz und Verbindung zur Löslichkeit:

Die Löslichkeit eines Arzneistoffes in einem gegebenen Lösungsmittel hängt hauptsächlich von der Polarität des Lösungsmittels ab. Lösungsmittel können als polar, semi-polar oder unpolar eingeteilt werden. Polare Lösungsmittel lösen ionische Substanzen und andere polare Feststoffe (mit asymmetrischer Ladungsverteilung), wohingegen unpolare Lösungsmittel vor allem nicht polare Substanzen auflösen können. Der Zusammenhang zwischen Polarität und Löslichkeit wird in der pharmazeutischen Praxis dazu verwendet die Löslichkeit einer Substanz zu beeinflussen.

Es gibt hier folgende Möglichkeiten:
A) Änderung der Polarität der zu lösenden Substanz durch Änderung des Dissoziationskoeffizienten und damit des dissoziierten und undissoziierten Anteils. Generell ist die Löslichkeit eines ionischen Moleküls in Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel besser. So etwas kann zum Beispiel durch eine Veränderung des pH-Wertes erzeugt werden. Denken Sie hierbei auch an die Henderson-Hasselbalch Gleichung.

B) Mischung von Lösungsmitteln unterschiedlicher Polaritäten um eine Lösungsmittelmischung mit idealer Polarität für die Auflösung der gewünschten Feststoffsubstanz zu erreichen. Hierzu wird in der Praxis die Dielektrizitätszahlen (relative Dielektrizitätskonstanten) verwendet. Voraussetzung ist allerdings, dass die gewählten Lösungsmittel miteinander mischbar sind und nicht ein 2-Phasen-System bilden. Allgemein kann man davon ausgehen, dass je höher die Dielektrizitätszahl ist, desto polarer ist das Lösungsmittel.

Zur Verwendung der Methode B ein kleines Beispiel:
Für einen Arzneistoff soll ein geeignetes Lösungsmittel gefunden werden. Hierzu werden verschiedene Gemische aus Wasser (Dielektrizitätszahl 80) und Ethanol (Dielektrizitätszahl 25) hergestellt. Die gewünschte Konzentration des Arzneistoffes, der in Lösung gehen soll, wird nun jeder der Mischungen zugefügt und dann auf Auflösung geprüft. Für unser Beispiel soll der Arzneistoff jetzt mal in dem Gemisch aus 40% Wasser und 60% Ethanol vollständig in Lösung gehen, das heißt es sind mindestens 60% Ethanol für die komplette Auflösung nötig. Nun ist allerding eine Zubereitung mit 60% Ethanol nicht unbedingt pharmazeutisch elegant und birgt einige Probleme in sich. Aber die Eigenschaften dieser 40:60 Mischung können als Ausgangslage dienen, um ein pharmazeutisch geeigneteres Lösungsmittelgemisch zu finden.

Die Dielektrizitätszahl der Wasser:Ethanol (40:60) Mischung kann wie folgt aus den Anteilen berechnet werden:

Dielektrizitätszahl (Mischung) = Anteil Wasser x Dielektrizitätszahl Wasser + Anteil Ethanol x Dielektrizitätszahl Ethanol

In unserem Beispiel ergibt sich also:

Dielektrizitätszahl (Mischung) = 0,4 x 80 + 0,6 x 25 = 47

Diese Bestimmung der neuen Dielektrizitätszahl ist nur eine ungefähre Schätzung, da Interaktionen zwischen den Lösungsmitteln den Zahlenwert beeinflussen können. Trotzdem ist dies ausreichend genau für unsere Zwecke.

Wenn jetzt also das Ziel ist, ein neues Lösungsmittelgemisch mit einem niedrigeren Ethanolanteil zu finden, sollte diese Mischung ungefähr die gleiche Dielektrizitätszahl (und damit Polarität) haben. Hier würde sich zum Beispiel folgende Mischung anbieten:
20% Ethanol, 15% Wasser und 65% Glycerol.

Warum? Nun wenn sie die Dielektrizitätszahl der neuen Mischung mit Glycerol berechnen (pures Glycerol hat eine Dielektrizitätszahl von 46), erhalten Sie:

0,2 x 25 + 0,15 x 80 + 0.65 x 46 = 46.9

So, ich hoffe das hat ein wenig zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Dielektrizitätszahl (= relative Dielektrizitätskonstante) und Löslichkeit beigetragen.

Viele Grüße,

Ihr Heiko Schiffter

[Marlene Kissel]

Oh Mann, mein Kopf raucht...aber DANKE!!!