Estado Sólido

Estado sólido

Um corpo sólido apresenta forma e volume bem definidos e possui uma propriedade denominada rigidez que é variável conforme o sólido. Os átomos de uma substância no estado sólido estão muito próximos uns dos outros, ligados por forças de interação muito intensas o que os mantém em posições determinadas, definindo assim sua forma e rigidez.

A maioria dos sólidos apresenta uma estrutura bem definida chamada de estrutura cristalina, como, por exemplo, o sal de cozinha (NaCl) que tem os átomos de Cloro nos vértices de um cubo. Como a temperatura está relacionada com a agitação molecular, quanto maior a temperatura, maior a agitação e os átomos e moléculas de um sólido passam a oscilar em torno da posição em que se encontram, também chamada de ponto de equilíbrio.

Em um novo estado físico a substância modificou a disposição das suas moléculas constituintes. Por exemplo, ao aumentar a temperatura de uma substância sólida suas moléculas aumentam sua energia cinética e passam a vibrar em torno de uma nova posição de equilíbrio, ficando mais afastadas uma das outras (dilatação), porém, se a substância continuar sendo aquecida a energia cinética aumentará até que, a uma certa temperatura, na qual a energia cinética das moléculas será tão grande que ocorre o rompimento da rede cristalina, isto é, ocorrerá mudança de estado. Durante esse processo a temperatura permanece constante.

O estado sólido é o mais comum entre os estados da matéria empregados pela indústria farmacêutica. Os princípios ativos e excipientes, na sua maioria, são sólidos, assim como os produtos formulados (comprimidos, cápsulas, etc.). No entanto, as formas farmacêuticas sólidas e as que contêm sólidos dispersos/suspensos em líquidos devem se submeter a um processo de dissolução nos líquidos biológicos, notadamente no trato gastrointestinal, para que o fármaco possa ser absorvido e passe para a circulação sistêmica. Assim, as propriedades de estado sólido dos fármacos afetam principalmente aqueles pouco solúveis que apresenta diferentes velocidades de solubilização in vivo, o que, conseqüentemente, compromete sua biodisponibilidade.

Sólidos com propriedades significantemente diferentes podem ser obtidos a partir de um átomo, composto iônico ou molécula pela simples mudança do empacotamento cristalino (polimorfos, amorfos, solvatos, sais e co-cristais). Tanto a estrutura cristalina (polimorfismo) quanto o hábito cristalino (morfologia) e o tamanho de partícula possuem um tremendo impacto prático e comercial desde a pesquisa inicial até a manufatura do produto final. A procura e, especialmente, a seleção da forma sólida ótima é uma etapa fundamental no processo de desenvolvimento de um novo fármaco e representa uma área estratégica para a indústria farmacêutica. Assim, o entendimento dos parâmetros que determinam a biodisponibilidade de um fármaco não se limita só a uma visão “molecular” do mesmo, senão que as propriedades decorrentes da organização destas moléculas como sólidos devem ser tidas em consideração. Estes tópicos serão discutidos nesta apresentação através exemplos que demonstrem como as ferramentas da Física do Estado Sólido contribuem no entendimento e caracterização do empacotamento molecular nos fármacos e suas conseqüências na qualidade e eficácia dos medicamentos.

Sólidos Cristalinos

Os sólidos cristalinos são caracterizados por possuírem uma estrutura ordenada como consequência de arranjos regulares de átomos que estão dispostos em posições fixas no espaço. Neles, os átomos, as moléculas ou íons que os constituem estão arranjados de uma forma periódica em três dimensões. As posições ocupadas seguem uma ordenação que se repete para grandes distâncias atômicas. Esta estrutura, formada por unidades repetidas é denominada de rede cristalina. Os minerais cristalinos encontrados na natureza, por exemplo, formaram-se ao longo de muitos anos em condições extremas de pressão e temperatura, ou ainda por meio de processos lentos de evaporação. Cada sólido é formado por aglomerados de microestruturas características.

Exs.: Diamante, metais, etc.

Muitas das propriedades físico-químicas de um sólido variam quando a estrutura cristalina deste é alterada. O exemplo clássico do carbono puro em suas três formas – o diamante (estrutura tetraédrica), o grafite (folhas poliaromáticas) e os fulerenos (esferas poliaromáticas) dramatizam o profundo efeito que diferenças na estrutura cristalina podem ocasionar nas propriedades de um sólido (HALEBLIAN; MCCRONE, 1969). Propriedades elétricas e ópticas, dureza, ponto de fusão, pressão de vapor, solubilidade, densidade, grau de higroscopicidade, reatividade no estado sólido, estabilidade física, estabilidade química e comportamento térmico são exemplos de características que podem apresentar divergências em formas cristalinas diferentes de um mesmo composto (VIPPAGUNTA; BRITTAIN; GRANT, 2001). Como consequência, muitas das propriedades importantes para a área farmacêutica são afetadas, como, por exemplo: velocidade de dissolução e, consequentemente, biodisponibilidade, densidade aparente e verdadeira, forma do cristal, compactação e escoamento do pó, além da estabilidade química e física dos fármacos (HALEBLIAN; MCCRONE, 1969).

Sólidos Amorfos

Nos sólidos não cristalinos, denominados amorfos, seus átomos, moléculas ou íons não apresentam uma organização de logo alcance, embora possam apresentar alguma ordenação de curto alcance. No entanto, sua estrutura não é de fato organizada. Podemos citar como exemplos de sólidos amorfos a borracha e alguns tipos de plásticos.

Exs.: borracha, vidro, etc.

Relação de fármacos que exibem polimorfismo

Uma substância orgânica pode existir no estado sólido sob forma cristalina ou amorfa (Gomes-Pinho,1999) sendo estimado que um terço dos compostos orgânicos apresentam duas ou mais formas cristalina. Dentre os fármacos que exibem polimorfismo pode-se