state of matter

Intermolecular ForceIntermolecular ForceIntermolecular ForceIntermolecular Forceอ ภก กรพล แมนววฒนกล

Shibu lijack

อ.ภก. กรพล แมนววฒนกล

Outline

Intermolecular forceIntermolecular force

States of matter

Liquid

Liquid crystallineLiquid crystalline

Supercritical fluidp

Phase equilibria and phase rule

Shibu lijack

แรงระหวางโมเลกลแรงระหวางโมเลกล

โ ใ โเมอโมเลกลอยใกลกน จะมแรงระหวางโมเลกล

แรงดงดด โมเลกลรวมกน

แรงผลก เปนสถานะตางๆ

Shibu lijack

ความสาคญทางเภสชกรรม

คณสมบตของยาเตรยมสถานะตางๆ คณสมบตของยาเตรยมสถานะตางๆ

การละลายของสาร • การตงตารบ

ยานาใส

การตงตารบ

• การผลตปรากฏการณทผวประจน

ยานาแขวนตะกอนและอมลชน • การเกบรกษา

ยานาแขวนตะกอนและอมลชน

การยดเกาะของผงยาในการผลตยาเมด • ความคงตว

การไหลของของสาร

Shibu lijack

โ แรงระหวางโมเลกลม 2 ชนด เกดขนพรอมกน

แรงดงดด (Attractive force)

• Cohesion – โมเลกลชนดเดยวกน

• Adhesion – โมเลกลตางชนดกน

แรงผลก (Repulsive force)

Shibu lijack

แรงดงดดแรงดงดด

ป โแปรผกผนกบระยะหางระหวางโมเลกล (r)

nA r1αFr

n ขนกบชนดของอะตอมในโมเลกล

Shibu lijack

แรงผลกแรงผลก

แปรผกผนกบระยะหางระหวางโมเลกลแบบ Exponentialแปรผกผนกบระยะหางระหวางโมเลกลแบบ Exponential

R eαF

เพมขนชาๆ เมอโมเลกลเคลอนเขาหากน

เพมขนอยางมาก เมอชนหมอกอเลคตรอนเรมสมผสกน

* เหมอนบบลกบอล 2 ลกเขาหากน

Shibu lijack

ทสภาวะสมดล....

• โมเลกลหางกนทระยะ re

• แรงผลกและแรงดงดดสมดลกน

Net energy นอยทสดShibu lijack

• Net energy นอยทสด

ความสาคญของแรงผลกและแรงดด

แรงดงดด

โ โ ทาใหโมเลกลเกดเปนโครงสราง มสถานะ

แรงผลก

ปองกนมใหโมเลกลหลอมรวมกน

Shibu lijack

ชนดของแรงระหวางโมเลกลชนดของแรงระหวางโมเลกล

d lvan der Waals force

Ion-dipole and ion-induced dipole forces

Hydrogen bond

Shibu lijack

van der Waals forces

Johannes Diderik van der Waals

The Nobel Prize in Physics, 1910

Shibu lijack

แรงดงดดทางไฟฟาอยางออนแรงดงดด างไฟฟาอยางออน

ระหวางโมเลกลมขว + มขวระหวางโมเลกลมขว มขว

เชน Peptide bondเชน Peptide bond

Shibu lijack

l d lDipole-dipole forces

(Keesom foce)(Keesom foce)

นา hydrochloric acid นา, hydrochloric acid,

alcohol acetone alcohol, acetone,

phenolp

Shibu lijack

l d d d lDipole-induced dipole

(Debye force) (Debye force)

ethyl acetate ethyl acetate,

methylene chloride methylene chloride,

Shibu lijack

d d d l d d d lInduced dipole-induced dipole

(London force)(London force)

aliphatic hydrocarbon aliphatic hydrocarbon,

carbon disulfide carbon carbon disulfide, carbon

tetrachloride

Shibu lijack

IonIon--dipole and iondipole and ion--induced dipole forcesinduced dipole forces

ไ โ ไ ไอออน + โมเลกลทมขวหรอไมมขว

Ion-dipole force

Cation หรอ Anion + โมเลกลทมขว

quaternary amine กบ tertiary amine

34 NR:NR −+34

Shibu lijack

IonIon--dipole and iondipole and ion--induced dipole forcesinduced dipole forces

Ion-induced dipole force

ไอออนเหนยวนาใหโมเลกลทไมมขวเกดมขว

การละลาย iodine ในสารละลาย potassium

iodide (ตารบ Tincture Iodine)

−+−+ ⎯→⎯+ 32 IKIIK

Shibu lijack

Hydrogen bondHydrogen bond

h hH-atom + high EN atom (F, O, N)

H-atom มขนาดเลก

ม สน าม ไฟฟ า ( electrostatic

ld field) ทแขงแรง

ไ แทรกเขาไปใกลชด แลวเกดแรงยด

เหนยวทางไฟฟาเหนยวทางไฟฟา

Shibu lijack

l h l b l d ld h dAlcohols, carboxylic acid, aldehydes, esters,

polypeptidespolypeptides

ทาใหคณสม ต างประการของสารไมเปนไปตามคาดทาใหคณสมบตบางประการของสารไมเปนไปตามคาด

l Dielectric constant (ความมขวของตวทาละลาย)

ไความดนไอ

จดเดอด

Shibu lijack

d dEx. Hydrogen compound of 6A group

°• H2O (H-bond) ; BP = 100°C

°• H2S ; BP = -100 C

H S BP 60 3°C • H2Se ; BP = -60.3 C

Shibu lijack

Inter- and

intra-molecular

H-bond

Shibu lijack

Bond type Bond energy (kcal/mole)

Keesom force

Debye force

London force

Ion-dipole interaction

Hydrogen bonding

• O-H…O 6

• C-H…O

• O-H…N

• N-H…O

• F-H…F

Ionic bond 100-200

Shibu lijack

Covalent bond 50-150

St t f ttSt t f ttState of matterState of matter

Shibu lijack

อ.ภก. กรพล แมนววฒนกล

State of matterState of matter

GasGas

LiquidLiquid

SolidSolid

Liquid crystalline (Solid + Liquid) ≠ Semi-solidLiquid crystalline (Solid + Liquid) ≠ Semi-solid

Supercritical fluid (Gas + Liquid) Supercritical fluid (Gas + Liquid)

Shibu lijack

State of matterState of matter

Shibu lijack

GG Li id Li id S lidS lidGasGas Liquid Liquid SolidSolidassumes the shape and assumes the shape of the retains a fixed volume volume of its container part of the container and shape

particles can move past one another

particles can move/slide past one another

rigid - particles locked into place

compressible not easily compressible fixed volume and shape

lots of free space between particles

little free space between particles

rigid - particles locked into place

flows easily flows easily does not flow easily

particles can move past one another

particles can move/slide past one another

rigid - particles cannot move/slide past one

Shibu lijack

p panother

Gaseous stateGaseous stateGaseous stateGaseous state

Shibu lijack

Gaseous stateGaseous state

โ แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลตา

พลงงานจลนสง

เคลอนทอยางรวดเรว ทศทางไมแนนอน

ชนกบโมเลกลอนๆและผนงภาชนะบรรจ --> ความดน

ความดน = แรงกระทาตอหนวยพนท

dynes/cm2 หรอ mmHg

Shibu lijack

Ideal gas lawIdeal gas law

l lBoyle law

เมออณหภมคงท : ความดนเพม --> ปรมาตรลดลง

1V1αP หรอ kPV =

Shibu lijack

h l dCharles and Gay-Lussac Law

เมอความดนคงท : อณหภมเพม --> ปรมาตรเพม

TV kTV TαV kTV = หรอ

Shibu lijack

ป ความสมพนธระหวางความดน ปรมาตร และอณหภม

Shibu lijack

ป อตราสวนของ PV/T จะเปนคาคงท

= RTPV =หรอT

เมอมกาซ n โมล

nRTPV = *General ideal gas lawGeneral ideal gas law

Shibu lijack

Molar gas constant RMolar gas constant, R

ขนอยกบหนวยของตวแปรตางๆในสมการขนอยกบหนวยของตวแปรตางๆในสมการ

R = 0 08205 L atm / mol deg ท STPR = 0.08205 L atm / mol deg ท STP.

R = 8 314 x 107 erg / mol degR = 8.314 x 10 erg / mol deg

R = 8 314 Joule/mol deg R = 8.314 Joule/mol deg

R = 1.987 cal/mol degR 1.987 cal/mol deg

Shibu lijack

โ ไ d l lมวลโมเลกล (Mw) ของกาซคานวณไดจาก ideal gas law

gRTRTMwgPV = หรอ

PVgRTMw =

Victor Meyer method

ใชหา Mw. ของสารทระเหยได

Shibu lijack

Kinetic molecular theoryKinetic molecular theory

ใ l ไ ใ d lกาซในธรรมชาต (real gas) ไมใช ideal gas

Kinetic molecular theory

ใชอธบายพฤตกรรมของ real gas ทมคณสมบตใกลเคยงกบ

d lideal gas

Shibu lijack

ป ป กาซประกอบดวยอนภาคขนาดเลก ปรมาตรนอยมากเมอเทยบ

กบภาชนะกบภาชนะ

ความดนตา ละอณหภมสง โมเลกลอยหางกนมาก ความดนตาและอณหภมสง --> โมเลกลอยหางกนมาก

โ ป ไ โมเลกลของกาซจะเปนอสระ ไมยดตดกน

ความดนตา

Shibu lijack

โ dโมเลกลเคลอนทแบบ random motion

โ โมเลกลจะตองมความยดหยดสมบรณ

เมอเกดการชนกน หรอชนกบผนงของภาชนะตองไมมการ

สญเสยความเรวหรอพลงงาน

Shibu lijack

vvan der Waals equation for real gasan der Waals equation for real gas

l ไ l l hReal gas : ไมมคณสมบตตาม Kinetic molecular theory

( ) RTbVVaP 2 =−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ + ( )

V2 ⎟⎠⎜⎝

a/V2 : ความดนภายในของกาซ ผลจากแรงดงดดระหวาง

โโมเลกล

b b l ป ป โb : incompressibility ประมาณ 4 เทาของปรมาตรโมเลกล

Shibu lijack

โเมอมกาซ n โมล

( ) nRTnbVanP2

=−⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+ ( ) nRTnbVV

P 2 =⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

ถา V มาก --> โมเลกลอยหางกน -->

--> a/V2, b นอยมากเมอเทยบกบ P และ V

van der Waals equation = Ideal gas equation

Shibu lijack

กาซ a (L2 atm/mol2) b (L/mol)

0.244 0.0266

0.0318

0 0428CH4

0.0428

0.03052

6.439 0.0562

15.17 0.1022

Shibu lijack

Blood gasBlood gas

l dBlood

Cell 45% Plasma 55%

Other 8%Water 92%• Erythrocyte

• Leukocyte

Other 8%Water 92%

• Lymphocyte • Gas

• Protein

• Glucose

Shibu lijack• Etc.

Blood gasBlood gas

l l b lHenry’s law of gas solubility

Blood gas α partial pressure of gas (Px)

Ptotal

= P1+ P

3+ ….

Shibu lijack

Blood gasBlood gas

Oxygen

--> Lung --> Blood --> PO2

(80 mmHg)

Carbon dioxide

Food --> C --> CO2

--> Blood --> PCO2 (35 - 45 mmHg)

Shibu lijack

Blood gasBlood gas

d dC atom in food --> Oxidation --> CO2

--> Lung

(in body) + H2O --> H

3--> H+ + HCO

Hypoventilation

↑ ↑ ↓Blood CO2↑--> H+ ↑ --> pH ↓ --> respiratory acidosis

Hyperventilation

↓ ↓ ↑Blood CO2↓ --> H+ ↓ --> pH ↑ --> respiratory alkalosis

Shibu lijack

Blood gasBlood gas

ระดบนาทะเล ทความสง 1 ไมล

> 80 mmHg 70 mmHg

saturation of > 95% 93%

hemoglobin

40 mmHg 38 mmHg

*Application in sport science

Shibu lijack

Liquid stateLiquid stateLiquid stateLiquid state

Shibu lijack

Liquid stateLiquid state

High intermolecular forceHig in mo a o

Low kinetic energygy

High density Flowability

Limit compressibility

Shibu lijack

Liquid stateLiquid state

คณสมบตทสาคญของของเหลว

ไความดนไอของของเหลว

การเดอดของของเหลว

การควบแนนของกาซ

แรงตงผว

การไหลและความหนดของของเหลว

Shibu lijack

ความดนไอความดนไอ

ใ ของเหลวอยในภาชนะ ทอณหภมหนง

โ โมเลกลทมพลงงานจลนสง --> กาซ

โมเลกลทมพลงงานจลนลดลง --> ของเหลว

เกดสภาวะสมดล

โมเลกลทเปนกาซจะทาใหเกดความดน

เมออณหภมเพม ความดนไอเพม

Shibu lijack

ไ ความสมพนธระหวางความดนไอกบอณหภม

Clausius-Clapeyron equation : exponential

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛−

= V2 12 3ΔHVPlog ⎟

⎠⎜⎝ 121 TT2.3RVP

VP1 และ VP

2 = ความดนไอทอณหภม T

1 และ T

ΔHv = Heat of vaporization

Shibu lijack

เพมอณหภม

พลงงานจลนของโมเลกลเพม

ความดนไอสงขนความดนไอสงขน

ความดนไอ เทากบ ความดนบรรยากาศ

เดอด

Shibu lijack

เดอด

จดเดอดสมพนธกบความดนบรรยากาศ

°ความดนบรรยากาศ 760 mmHg --> นาเดอดท 100°C

°ความดนบรรยากาศ 700 mmHg --> นาเดอดท 97.7 °C

อณหภมจะคงทตลอดกระบวนการเดอด

Shibu lijack

ความสมพนธระหวางความดนบรรยากาศกบจดเดอดความสมพนธระหวางความดนบรรยากาศกบจดเดอด

Clausius-Clapeyron equation : exponentialp y q p

⎞⎛ 1ΔHP⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2.3RΔH

T และ T จดเดอดทความดนบรรยากาศ P และ P

⎠⎝ 121

T1 และ T

2 = จดเดอดทความดนบรรยากาศ P

1 และ P

ΔHv = Heat of evaporation

Shibu lijack

ΔHeat of vaporization, ΔHv

โ ไความรอนททาใหของเหลว 1 โมล เปนไอจนหมด

• High MW.

High Intermolecular • Low VP.

• High Intermolecular

force• High ΔH

v, BP.

Shibu lijack

h d b l l h l b l dn-hydrocarbon, simple alcohol และ carboxylic acid

โ จดเดอดเพมขนเมอนาหนกโมเลกลสงขน

°ประมาณ 18°C เมอมหม -CH2- เพมขนหนงหม

van de Waals force เพมเมอจานวนอะตอมเพมขน

Shibu lijack

โมเลกลทมลกษณะเปนสายยาวและมสาขา (branch chain)โมเลกลทมลกษณะเปนสายยาวและมสาขา (branch chain)

แรงดงดดระหวางโมเลกลลดลงแรงดงดดระหวางโมเลกลลดลง

จดเดอดลดลงจดเดอดลดลง

AlcoholAlcohol

Alcohol สามารถเกดพนธะ hydrogen ระหวางโมเลกลAlcohol สามารถเกดพนธะ hydrogen ระหวางโมเลกล

จดเดอดสงกวาสารอนท Mw. ใกลกนจดเดอดสงกวาสารอนท Mw. ใกลกน

Shibu lijack

° Δสาร Boiling point (°C) ΔHv (cal/g)

Helium -268.9 6

Nitrogen

Propane

-195.8

102Propane

Methylene chloride

Isobutane

Butane

Ethyl ether

Carbon disulfide

Ethyl alcohol

Shibu lijack

Water 100.0 593

การควบแนนของกาซการควบแนนของกาซ

เมอลดอณหภมของกาซ ทความดนคงทเมอลดอณหภมของกาซ ทความดนคงท

โมเลกลเสยพลงงานจลน --> เคลอนทไดนอยลงโมเลกลเสยพลงงานจลน > เคลอนทไดนอยลง

ยดกนดวย Van der Waals force --> ของเหลว

เมอเพมความดน ทอณหภมคงท

โมเลกลอยชดกน

ยดกนดวยแรง Van der Waals --> ของเหลว

* การเปลยนสถานะขนอยกบอณหภมและความดน

Shibu lijack

OA : vapor pressure curve

OC : sublimation curve

OB : meting point curve

O : triple point : 0 0098°C O : triple point : 0.0098 C

และ 4.58 mmHg

A : critical point : 374°C

และ 165680 mmHg (218 atm)

Shibu lijack

อณหภมวกฤต

ป ป อณหภมสงสดทกาซสามารถเปลยนเปนของเหลวดวยการ

เพมความดน โดยไมจาเปนตองลดอณหภม เพมความดน โดยไมจาเปนตองลดอณหภม

ถากาซมอณหภมสงกวาอณหภมวกฤต ไมวาจะใหความดนถากาซมอณหภมสงกวาอณหภมวกฤต ไมวาจะใหความดน

เทาใดกไมสามารถเปลยนใหเปนของเหลวได

เนองจากโมเลกลมพลงงานจลนสงมาก ไมสามารถใช

แรงดนบบใหโมเลกลชดกนจนเปนของเหลวได

Shibu lijack

ความดนวกฤตความดนวกฤต

ความดนททาใหกาซเปลยนเปนของเหลวทอณหภมวกฤตความดนททาใหกาซเปลยนเปนของเหลวทอณหภมวกฤต

ถากาซมอณหภมตากวาอณหภมวกฤต จะใชความดนทนอยถากาซมอณหภมตากวาอณหภมวกฤต จะใชความดนทนอย

กวาความดนวกฤตกทาใหกาซเปลยนเปนของเหลวไดฤ

Shibu lijack

นา : 374 °C และ 218 atm

อณหภมวกฤตสง เนองจากโมเลกลดงดดกนดวยดวยแรง

dipole force และ H-bond

°Helium : -268°C และ 2.26 atm

โ L d fโมเลกลยดกนดวยแรง London force

ป ย กก ป ข ห ห ใหถาจะเปลยนจากกาซเปนของเหลว ตองลดอณหภมให

ตาลงมากๆ

Shibu lijack

ตาลงมากๆ

แอโรซอล

ใ ป ตวยาทอยในกระปองถกดนออกมาดวยแรงดนของ

propellantpropellant

Propellant (สารข ดน)Propellant – (สารขบดน)

ป ป ปบรรยากาศปรกตเปนกาซ ความดนสงเปนของเหลว

Chlorofluorocarbon (CFC), Hydrofluorocarbon

(HFC) N CO(HFC), N2, CO

Shibu lijack

การบรรจลงภาชนะ

ลดอณหภมสวนผสมจนเปนของเหลวแลวบรรจ หรอ...

บรรจตวยาทอณหภมหอง แลวอดสารขบดนผานวาลวจน

ไ ไดความดนตามตองการ

Shibu lijack

ใ ปในกระปอง

สารขบดน : กาซ + ของเหลว (นากระสายยา)

เมอพนยา

เปดวาลว --> ความดนกาซดนใหของเหลวพนออกมา

สารผลกดนจะระเหยอยางรวดเรว

ละอองของยาจะพงไปยงเปาหมาย

Shibu lijack

แรงตงผวแรงตงผว

ของเหลวมพนผว 2 ดาน

ดานทตดอยกบของเหลว

ดานทตดกบอากาศหรอสาร

ชนดอน

โ โม เลกลทพนผ วจะมแรงยด

เหนยวจากดานลางและดานขางเหนยวจากดานลางและดานขาง

เทานนShibu lijack

เทานน

Solid stateSolid stateSolid stateSolid state

Shibu lijack

Solid state

โแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลสงมาก

โ โมเลกลมพลงงานจลนตา

มรปรางแนนอน และถกบบอดไดนอยมาก

คณลกษณะของของแขง

รปราง ขนาดอนภาค จดหลอมเหลว พนทผว ความแขง

ความยดหยน การอดตว ความพรน เปนตน

Shibu lijack

Solid state

ll l dCrystalline solid

Amorphous solid

Polymeric solid

Hydrate & Solvate

Shibu lijack

Crystalline solidCrystalline solid

โ ไ ป โ โมเลกล อะตอม หรอไอออนจดเรยงตวเปนโครงราง 3 มต

โ มโครงสรางทแนนอน

มจดหลอมเหลวทจาเพาะ ชวงแคบ

Shibu lijack

Crystalline solidCrystalline solid

ป มทงหมด 7 รปแบบหลก

ไ ไดจากการตกผลกของสารละลายอมตว

Solvent

l ไ Salt form ควบคมเพอใหได

ผลกตามตองการTemp.

Pr ssur

ผลกตามตองการ

Pressure

Shibu lijack

ทง 3 แกนยาวเทากน

°ทามม 90° ตอกน

Sodium chloride

Shibu lijack

Tetragonal Tetragonal

ม 2 แกนทยาวเทากน

°ทกแกนแกนทามม 90°

Shibu lijack

OrthorhombicOrthorhombic

b แกน a, b และ แ ทามม

90° ตอกน90 ตอกน

ไมม กนใดเลยทยาวเทากน ไมมแกนใดเลยทยาวเทากน

dIodine

Shibu lijack

Monoclinic

ไ ใ ไมมแกนใดเลยทยาวเทากน

°ม 2 แกนททามม 90° ตอกน

Sucrose

Shibu lijack

Triclinic Triclinic

ไ ใ ไมมแกนใดยาวเทากน

°ไมมแกนใดทามม 90° ตอกน

Boric acid

Shibu lijack

Hexagonal Hexagonal

° ม 3 แกนททามม 60° ตอกน

°มอก 1 แกนททามม 90° กบ

3 กน รก 3 แกนแรก

dIodoform

Shibu lijack

RhombohedralRhombohedral

ทง 3 แกนยาวเทากน

ไ มมทง 3 เทากนแตไมเทากบ

90°90

Shibu lijack

ใ ปผลกของแขงอาจจะอยในรป

อะตอม โมเลกล หรอไอออนอะตอม โมเลกล หรอไอออน

Shibu lijack

Type of crystal bondingType of crystal bonding Unit Example Bonding Physical characteristic

Atom Diamond,

graphite

Strong covalent

Hard large crystal

graphite bond

Metallic Silver Strong metal Positive ion in a field of

bond free moving electron

Molecular Menthol Van der Waals Close packing weakly held Molecular Menthol Van der Waals

Close packing, weakly held

together, low melting

Ionic NaCl Electrostatic ionic Hard, close packing,

, p g,

strongly held together,

high melting point

Shibu lijack

high melting point

PolymorphismPolymorphism

ของแขงบางชนดมรปผลกหลายแบบ --> Polymorph

คณสมบตทางเคมเหมอนกน

คณสมบตทางกายภาพตางกน

จดหลอมเหลว คาการละลาย --> การเตรยมยา การดดซม

polymorph สามารถเปลยนแปลงได

เปลยนแปลงอณหภม / ตกผลกในตวทาละลายตางกน

Shibu lijack

l hCortisone acetate polymorph

°Form MP, °C Appearance Crystal Density

Hydration

241-245

235 238

Opaque needle

Fl t l t

Monoclinic

O th h bi

Anhydrous

A h dII

235-238

233-251

Flat plate

Orthorhombic

Anhydrous

237-245

238-242

Column

Transparent

Orthorhombic

Monoclinic

needle2

Shibu lijack

Theobroma oil หรอ cocoa butter

suppository base - ยาพนของยาเหนบ

unstable gamma form MP = 18°C

alpha form MP = 22°C

beta prime form MP = 28°C

stable beta form MP = 34.5°C

Shibu lijack

° ถาหลอม > 35°C --> ทาเยนลงอยางรวดเรว

stable beta --> gamma, alpha และ beta prime

° ไดยาเหนบทมจดหลอมเหลว 23-24°C

°ตองหลอม < 33°C และทาใหเยนลงชาๆ

Shibu lijack

b l hDrug Number of polymorphic form

Acetaminophen 4Acetaminophen

Caffeine

Chloramphenicol palmitate

Cimetidine

Nefedipine

Phenobarbital sodium 2

Progesterone

Theophyline

Shibu lijack

Theophyline 2

l h d b l b lPolymorphism and bioavailability

ตวยา (ของแขง)ตวยา (ของแขง)

ละลาย (สารละลาย)

ดดซม

l h ไ ไ ใ ใ Polymorph ทละลายไดด จะถกดดซมไดด ใหระดบยาในเลอดสง

Shibu lijack

ระดบยาในเลอดหลงรบประทาน Chloramphenical palmitate suspensions

ทใชอตราสวนของ α และ β-polymorph ตางๆทใชอตราสวนของ α และ β polymorph ตางๆ

M = 100% α

N = α 75% + β 25%

O α 50% + β 50%O α 50% + β 50%

P α 25% + β 75%P α 25% β 75%

L = β 100%

Shibu lijack

Amorphous solidAmorphous solid

อะตอมหรอโมเลกลรวมกนไมเปนระเบยบ รปรางไมแนนอน

ไมเปนผลก

การจดเรยงตวสามารถเปลยนแปลงไดภายใตความดน คลาย

กบของเหลว --> Supercooled liquid

มจดหลอมเหลวไมแนนอน ชวงของจดหลอมเหลวกวาง

Shibu lijack

Amorphous solidAmorphous solid

ไ Amorphous ละลายนาไดดกวา Crystalline

bi i id tibi tiNovobiocin acid : antibiotic

Crystalline : ดดซมไดนอยมาก ออกฤทธไมดCrystalline : ดดซมไดนอยมาก ออกฤทธไมด

Amorphous : ดดซมไดดมากAmorphous : ดดซมไดดมาก

Insulin-zinc suspensionsInsulin zinc suspensions

amorphous 30% + crystalline 70% p y

ออกฤทธเรว + ออกฤทธนาน 24 ชวโมง

Shibu lijack

Solvate & Hydrate

ll l d l l l lCrystalline solid + Solvent molecule --> Solvate

Crystalline solid + H2O molecule --> Hydrate

1 H2O = monohydrate

2 H2O = dihydrate

3 H2O = trihydrate

Shibu lijack

Solvate & Hydrate

l ปSolvete ม 2 ประเภท

Polymeric solvate

ความคงตวสง กาจดโมเลกลของตวทาละลายไดยาก

โมเลกลตวทาลายยดโครงสรางของโมเลกลใหเปนผลก

ถากาจดตวทาละลายออกจะทาใหโครงสรางผลก

เปลยนแปลง

Solvate & Hydrate

d l lPseudopolymeric solvate

โ ไ โ ไ กาจดโมเลกลของตวทาละลายออกไดงาย โดยไมทาให

โครงสรางผลกเปลยน ปลงโครงสรางผลกเปลยนแปลง

Solvate & Hydrate

ป h d h dสารทเปน hydrate จะมคณสมบตทตางจาก anhydrous

การละลาย : hydrate อาจมการละลายทสงหรอตากวา

anhydrous กไดanhydrous กได

Shibu lijack

Solvate & Hydrate

TheophyllineTheophylline

นาสราง H bond ระหวางยา นาสราง H-bond ระหวางยา

2 โมเลกล ทาใหโครงสราง

ผลกแขงแรงมาก อตราการ

ละลายจงตาลง

anhydrous มอตราเรวการ

ละลายสงกวา hydrate

Shibu lijack

Solvate & Hydrate

ErythromycinErythromycin

นาจะผลกใหโมเลกลยาอยหางนาจะผลกใหโมเลกลยาอยหาง

กน ไมสามารถเกดแรงยดเหนยว

ทแขงแรง ทาใหนาสามารถผาน

เขาไปละลายยาไดดขน

hydrate มอตราเรวการละลาย

สงกวา anhydrous

Shibu lijack

การหลอมเหลวของของแขง

ของแขงไดรบความรอน ของแขงไดรบความรอน

อณหภมเพมขนจนเทากบจดหลอมเหลว อณหภมเพมขนจนเทากบจดหลอมเหลว

ของแขงหลอมเหลวของแขงหลอมเหลว

อณหภมคงทสารหลอมเหลวหมด

Shibu lijack

อณหภมคงทสารหลอมเหลวหมด

Heat of fusion, ΔHf

พลงงานทใชลดแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลจนเปลยน

จากของแขงเปนของเหลว

สารท Mw. สง หรอมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก

จะมคา ΔHf และจดหลอมเหลวสง

Shibu lijack

lMelting point

d b d b h h l hHydrocarbon compound; branch chain > normal chain

S t t d b d U t t d b dSaturated bond > Unsaturated bond

↑ l b l ↓ MP ↑ --> water solubility ↓ : เนองจากการทมจด

หลอมเหลวสงแสดงวาของแขงนนมพนธะของโครงสรางผลกทหลอมเหลวสงแสดงวาของแขงนนมพนธะของโครงสรางผลกท

แขงแรงแขงแรง

Shibu lijack

สาร จดหลอมเหลว (K) ΔHf

(cal/mol)

H O 273 1 1440H2O

683C2H

Shibu lijack

PolymericPolymeric solidsolid

มโมเลกลเปนสายโซยาว มโมเลกลเปนสายโซยาว

ประกอบดวยหนวยยอยทเหมอนๆกน (monomer) เรยงกนประกอบดวยหนวยยอยทเหมอนๆกน (monomer) เรยงกน

สายตรงยาว

แตกเปนสาขา

โครงรางตาขาย

ในทางเภสชกรรม polymer สวนใหญจะมอะตอมของคารบอน

ป โ เปนแกนของสายโซ

Shibu lijack

Povidone-IodinePovidone-Iodine

Shibu lijack

Liquid crystallineLiquid crystallineLiquid crystallineLiquid crystalline

Shibu lijack

d โ ไ ไ Liquid state : โมเลกลเคลอนไดทง 3 มต หมนรอบแกนได

โ ไ ไ ไ ไ Solid state : โมเลกลเคลอนทไมได หมนรอบแกนไมได

Liquid crystalline

มลกษณะอยระหวางของแขงกบของเหลว

Mesophase

Shibu lijack

Smetic

โ ไ โมเลกลเคลอนทได 2 ทศทาง

หมนรอบแกนได 1 แกน

Shibu lijack

Nematic

โมเลกลเคลอนทได 3 ทศทาง

หมนรอบได 1 แกน

Shibu lijack

Liquid crystal ทมคณสมบต thermo-responsive

โ ระบบนาสงยาชนดทควบคมการปลดปลอยยาโดยอณหภม

ของรางกาย – Paracetamol Methimazoleของรางกาย – Paracetamol, Methimazole

เครองมอสาหรบตรวจสอบความรอนใตผวหนงซงอาจเกดเครองมอสาหรบตรวจสอบความรอนใตผวหนงซงอาจเกด

จากโรคหรอความผดปรกตบางชนด

Shibu lijack

Liquid crystal ชนด NematicLiquid crystal ชนด Nematic

ยอมใหแสงผานไดหรอไมได เมอมการเปลยนแปลงยอมใหแสงผานไดหรอไมไดเมอมการเปลยนแปลง

สนามไฟฟา --> Liquid crystal display (LCD)q y p y

Shibu lijack

Supercritical fluidSupercritical fluidSupercritical fluidSupercritical fluid

Shibu lijack

Supercritical fluidSupercritical fluid

สารทอยในสภาวะทอณหภมสงกวาอณหภมวกฤต และมความดนสง

กวาความดนวกฤต

แพรผานของแขงได

ละลายสารชนดอนได

Shibu lijack

l l dSupercritical fluid CO2

Critical point : 304.1 K และ 72.8 atm

Shibu lijack

Supercritical fluid COSupercritical fluid CO2

ใชเปนตวทาละลายสาหรบสกดสารตางๆ ใชเปนตวทาละลายสาหรบสกดสารตางๆ

ความหนดตา 0.02-0.1 cps / ตวทาละลายชนดอน 0.5-1 cps ความหนดตา 0.02 0.1 cps / ตวทาละลายชนดอน 0.5 1 cps

อตราการแพรสงกวาตวทาละลายชนดอน 10 เทา

สกด caffeine ออกจากเมลดกาแฟ

สกด nicotine ออกจากบหร

สกดสารทมกลนหอมออกจากเครองเทศ

Shibu lijack

ฟใ l l d แชเมลดกาแฟใน Supercritical fluid CO2 ความดน > 73 atm

ไ Supercritical fluid CO2 แพรเขาไปในเมลดกาแฟแลวละลาย

caffeine ออกมาไดมากถง 97 99%caffeine ออกมาไดมากถง 97-99%

l l d ไปSupercritical fluid CO2 ทม caffeine ละลายอยจะถกนาไป

แยกเอา caffeine ออก โดยการกรองดวยผงถานกมมนต การแยกเอา caffeine ออก โดยการกรองดวยผงถานกมมนต การ

ตกผลก หรอการกลนตกผลก หรอการกลน

Shibu lijack

Phase equilibria & phase rulePhase equilibria & phase rule

Shibu lijack

Phase rulePhase rule

ใชบอกจานวนตวแปรอสระตางๆทจะตองควบคม เพอทจะ

อธบายคณสมบตของระบบทประกอบดวยสารสถานะตางๆ

F = C – P + 2

F : Degree of freedom ของระบบ

C : จานวนสวนประกอบ (component) ทมในระบบ

P : จานวนวตภาค (phase) ทปรากฏในระบบ

Shibu lijack

ปสวนประกอบ (component)

โ สวนประกอบทมโครงสรางทางเคมทตางกนทมอยในระบบ

นาแขงลอยอยในนา --> ???

นาเชอม --> ???

Shibu lijack

hวตภาค (phase)

สารทเปนเนอเดยวกน มขอบเขตแยกจากวตภาคอน

นาแขงลอยอยในนาในภาชนะเปด --> ???

นาแขงลอยอยในนาเตมภาชนะทปดสนท --> ???

นาเชอม --> ???

Shibu lijack

dDegree of freedom

จ านวนตวแปรนอยทสดทจะตองควบคมเพอทจะ

สามารถอธ ายคณสม ตของระ ไดอยางสม รณ สามารถอธบายคณสมบตของระบบไดอยางสมบรณ

อณหภม ความดน ความเขมขน ความหนาแนน ความ

หนด ฯลฯหนด ฯลฯ

Shibu lijack

PhasePhase rulerule

ไ ไอนา

F = C - P + 2 = 1 - 1 + 2 = 2

ตองควบคมตวแปร 2 ตว จงจะอธบายคณสมบตไดถกตอง

ตวอยาง

• ไอนา 1 mole, V = 1 L --> P = ?, T = ?

• PV = nRT

Shibu lijack

ใ ป นาในภาชนะปดสนทและมทวางเหนอผวนา

F = C - P + 2 = 1 - 2 + 2 = 1

ควบคมอณหภมเพยงอยางเดยว กจะทราบความดนของ

ระบบ

Shibu lijack

↑ d d ↑Component ↑ --> degree of freedom ↑ ระบบจะมความซบซอนมากยงขน

ตองมการควบคมตวแปรหลายตว

↑ ↓Phase ↑ --> degree of freedom ↓ตวแปรทตองควบคมมนอยลง

Shibu lijack

PhasePhase rulerule

Liquid water + Vapor waterLiquid water + Vapor water

F = C - P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1

Liquid water + Liquid ethyl alcohol + Vapor mixture

F = C - P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2

Liquid water + Liquid benzyl alcohol + Vapor Liquid water + Liquid benzyl alcohol + Vapor mixture

F = C - P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1

Liq id ater + Liq id phenolLiquid water + Liquid phenol

F = C - P + 2 = 2 – 1 + 2 = 3

Shibu lijack

ระบบทมสวนประกอบเดยวระบบทมสวนประกอบเดยว

OA – Vapor pressure curveOA – Vapor pressure curve

OC – Sublimation curveOC Sublimation curve

OB – Melting point curveg

Triple point

Shibu lijack

0.0098°C < T < 374°C และ 4.58

mmHg < P < 165680 mmHg

S L GS <--> L <--> G

T < 0 0098°C และ P < 4 58 mmHg T < 0.0098 C และ P < 4.58 mmHg

S <--> G

T > 374°C และ P > 165680 mmHg

Only G

Shibu lijack

ใ ใ จดทนามอยในสถานะใดสถานะหนง (P = 1)

Phase rule, F = 1 - 1 + 2 = 2

ตองมการควบคมตวแปร คอ อณหภมและความดน จงจะ

ไ สามารถอธบายลกษณะของระบบได

°• นาท 100°C --> บอกไดหรอไมวาอยในสถานะใด ???

Shibu lijack

ป จดตางๆบนเสน OA, OB หรอ OC มนาทงสองสถานะปรากฏอย

พรอมกน (P = 2)พรอมกน (P = 2)

Phase rule F 1 2 2 1 Phase rule, F = 1 – 2 + 2 = 1

ป ไ ควบคม 1 ตวแปร กสามารถอธบายลกษณะของระบบได

° • นากาลงเดอดท 100°C นาในสถานะกาซและเหลวจะอย

รวมกน มความดนไอเทากบ 760 mmHg เสมอ รวมกน มความดนไอเทากบ 760 mmHg เสมอ

Shibu lijack

l จด Triple point นาทง 3 สถานะอยพรอมกน (P = 3)

Phase rule, F = 1 – 3 + 2 = 0

ถาตองการใหม นา 3 สถานะอยพรอมกน ตองควบคม

ใ °อณหภมและความดนใหเทากบ 0.0098°C และ 4.58 mmHg

Shibu lijack

Eutectic mixtureEutectic mixture

ป ระบบทม 2 สวนประกอบ และทมวตภาคของแขงและของเหลว

ระบบทประกอบดวย salol และ thymol

Shibu lijack

Eutectic point

°อณหภมตาสดทยงมวตภาคทเปนของเหลวอย คอ 13°C

ประกอบดวย Thymol 34% + Salol 66%

Liquid, solid thymol และ solid salol ปรากฎอยพรอมๆ

กน

Shibu lijack

ถานาสารทเปน Eutectic mixture มาผสมกน สวนผสมถานาสารทเปน Eutectic mixture มาผสมกน สวนผสม

จะหลอมเหลวทอณหภมตากวาจดหลอมเหลวสารตงตน จะหลอมเหลวทอณหภมตากวาจดหลอมเหลวสารตงตน

Eutectic mixture Eutectic point (°C)

Testosterone-Menthol 40

Cholesterol-Menthol

Lidocaine Prilocaine

25Lidocaine-Prilocaine

Menthol, Camphor, Phenol, Thymol

Shibu lijack

, p , , y

ปการผสมผงยาทเปน eutectic mixture

โ ผสม menthol + camphor ในตารบแปงฝนโรยตว

สวนผสมเยมเหลวทอณหภมหอง

แกปญหา

เตมผงแปงลงไปในระหวางการผสม

ผงแปงจะไปชวยแยกไมใหสารสมผสกนโดยตรง

Shibu lijack

ระบบนาสงยาทางผวหนง

ไ Menthol + Testosterone (ละลายไดนอย)

สวนผสมหลอมเหลวเมอนาระบบนาสงยาไปแปะทผวหนง

Testosterone สามารถละลายและถกดดซมไดดขน

Shibu lijack

d lLidocaine และ Prilocaine

°มจดหลอมเหลว 69 และ 38°C

ผสมกน แลวสามารถนาไปเตรยมเปนยาครม

ตวยาสามารถออกฤทธไดอยางรวดเรว

®EMLA® cream

Shibu lijack

state of matter

Documents

properties & phases of matter

changes of state - mr.neave's website -...

neutron star interiors and pulsar -...

1 disorder and zeeman field-driven superconductor-insulator...

properties of matter a

„a matter of teamwork“

the formation of hadrons inside the deconfined matter at...

topological phases of matter out of equilibrium

physical states of matter

35126932 - healthgrades · 2018-01-21 · before the state...

class 9 & 10 3rd chp state of matter

1 introduction phase transitions in general are transitions...

--i in the matter of before the eric huntington, … · in...

chemistry is the study of matter. learning objectives define...

court of appeals state of new york - the wall street...

the origin of mattergeneration of the baryon asymmetry...

naskah murid modul 5-state matter and acid and akaline

chapter 6--- chemistry in biology 6.1 atoms, elements,...

cosmic momentum field and matter fluctuation study of matter...

towards a final criteria of separating momentum and angular...