state of matter
TRANSCRIPT
Intermolecular ForceIntermolecular ForceIntermolecular ForceIntermolecular Forceอ ภก กรพล แมนววฒนกล
Shibu lijack
อ.ภก. กรพล แมนววฒนกล
Outline
Intermolecular forceIntermolecular force
States of matter
Gas
Liquid
Solid
Liquid crystallineLiquid crystalline
Supercritical fluidp
Phase equilibria and phase rule
Shibu lijack
แรงระหวางโมเลกลแรงระหวางโมเลกล
โ ใ โเมอโมเลกลอยใกลกน จะมแรงระหวางโมเลกล
แรงดงดด โมเลกลรวมกน
แรงผลก เปนสถานะตางๆ
Shibu lijack
แรงระหวางโมเลกลแรงระหวางโมเลกล
ความสาคญทางเภสชกรรม
คณสมบตของยาเตรยมสถานะตางๆ คณสมบตของยาเตรยมสถานะตางๆ
การละลายของสาร • การตงตารบ
ยานาใส
การตงตารบ
• การผลตปรากฏการณทผวประจน
ยานาแขวนตะกอนและอมลชน • การเกบรกษา
ยานาแขวนตะกอนและอมลชน
การยดเกาะของผงยาในการผลตยาเมด • ความคงตว
การไหลของของสาร
Shibu lijack
แรงระหวางโมเลกลแรงระหวางโมเลกล
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
1/r
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
van der Waals forces
แรงดงดดทางไฟฟาอยางออนแรงดงดด างไฟฟาอยางออน
ระหวางโมเลกลมขว + มขวระหวางโมเลกลมขว มขว
เชน Peptide bondเชน Peptide bond
Shibu lijack
van der Waals forces
l d lDipole-dipole forces
(Keesom foce)(Keesom foce)
นา hydrochloric acid นา, hydrochloric acid,
alcohol acetone alcohol, acetone,
phenolp
Shibu lijack
van der Waals forces
l d d d lDipole-induced dipole
(Debye force) (Debye force)
ethyl acetate ethyl acetate,
methylene chloride methylene chloride,
ether
Shibu lijack
van der Waals forces
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
Hydrogen bondHydrogen bond
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
Hydrogen bondHydrogen bond
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
Hydrogen bondHydrogen bond
Shibu lijack
Bond type Bond energy (kcal/mole)
Keesom force
Debye force
1-7
1-3
London force
Ion-dipole interaction
0.5-1
1-7
Hydrogen bonding
• O-H…O 6
• C-H…O
• O-H…N
2-3
4-7
• N-H…O
• F-H…F
2-3
7
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
Ideal gas lawIdeal gas law
h l dCharles and Gay-Lussac Law
เมอความดนคงท : อณหภมเพม --> ปรมาตรเพม
TV kTV TαV kTV = หรอ
Shibu lijack
Ideal gas lawIdeal gas law
ป ความสมพนธระหวางความดน ปรมาตร และอณหภม
VPVP
2
22
1
11
TVP
TVP
=
Shibu lijack
Ideal gas lawIdeal gas law
ป อตราสวนของ PV/T จะเปนคาคงท
RTPV
= RTPV =หรอT
เมอมกาซ n โมล
nRTPV = *General ideal gas lawGeneral ideal gas law
Shibu lijack
Ideal gas lawIdeal gas law
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
Ideal gas lawIdeal gas law
โ ไ d l lมวลโมเลกล (Mw) ของกาซคานวณไดจาก ideal gas law
g
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
Kinetic molecular theoryKinetic molecular theory
ป ป กาซประกอบดวยอนภาคขนาดเลก ปรมาตรนอยมากเมอเทยบ
กบภาชนะกบภาชนะ
ความดนตา ละอณหภมสง โมเลกลอยหางกนมาก ความดนตาและอณหภมสง --> โมเลกลอยหางกนมาก
โ ป ไ โมเลกลของกาซจะเปนอสระ ไมยดตดกน
ความดนตา
Shibu lijack
Kinetic molecular theoryKinetic molecular theory
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
vvan der Waals equation for real gasan der Waals equation for real gas
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
vvan der Waals equation for real gasan der Waals equation for real gas
กาซ a (L2 atm/mol2) b (L/mol)
H2
0.244 0.0266
O2
CH
1.360
2 253
0.0318
0 0428CH4
H2O
2.253
5.464
0.0428
0.03052
Cl2
6.439 0.0562
CHCl3
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
2+ P
3+ ….
Shibu lijack
Blood gasBlood gas
Oxygen
O2
--> 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
+CO2
(in body) + H2O --> H
2CO
3--> H+ + HCO
3-
Hypoventilation
↑ ↑ ↓Blood CO2↑--> H+ ↑ --> pH ↓ --> respiratory acidosis
Hyperventilation
↓ ↓ ↑Blood CO2↓ --> H+ ↓ --> pH ↑ --> respiratory alkalosis
Shibu lijack
Blood gasBlood gas
ระดบนาทะเล ทความสง 1 ไมล
PO2
> 80 mmHg 70 mmHg
O2
saturation of > 95% 93%
hemoglobin
PCO2
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
ความดนไอความดนไอ
ไ ความสมพนธระหวางความดนไอกบอณหภม
Clausius-Clapeyron equation : exponential
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛−
= V2 12 3ΔHVPlog ⎟
⎠⎜⎝ 121 TT2.3RVP
g
VP1 และ VP
2 = ความดนไอทอณหภม T
1 และ T
2
ΔHv = Heat of vaporization
Shibu lijack
ความดนไอความดนไอ
Shibu lijack
การเดอดของของเหลว
เพมอณหภม
พลงงานจลนของโมเลกลเพม
ความดนไอสงขนความดนไอสงขน
ความดนไอ เทากบ ความดนบรรยากาศ
เดอด
Shibu lijack
เดอด
การเดอดของของเหลว
จดเดอดสมพนธกบความดนบรรยากาศ
°ความดนบรรยากาศ 760 mmHg --> นาเดอดท 100°C
°ความดนบรรยากาศ 700 mmHg --> นาเดอดท 97.7 °C
อณหภมจะคงทตลอดกระบวนการเดอด
Shibu lijack
การเดอดของของเหลว
ความสมพนธระหวางความดนบรรยากาศกบจดเดอดความสมพนธระหวางความดนบรรยากาศกบจดเดอด
Clausius-Clapeyron equation : exponentialp y q p
⎞⎛ 1ΔHP⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
12
V
1
2
TT1
2.3RΔH
PPlog
T และ T จดเดอดทความดนบรรยากาศ P และ P
⎠⎝ 121
T1 และ T
2 = จดเดอดทความดนบรรยากาศ P
1 และ P
2
ΔHv = Heat of evaporation
vp
Shibu lijack
การเดอดของของเหลว
ΔHeat of vaporization, ΔHv
โ ไความรอนททาใหของเหลว 1 โมล เปนไอจนหมด
• High MW.
High Intermolecular • Low VP.
• High Intermolecular
force• High ΔH
v, BP.
force
Shibu lijack
การเดอดของของเหลว
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
การเดอดของของเหลว
โมเลกลทมลกษณะเปนสายยาวและมสาขา (branch chain)โมเลกลทมลกษณะเปนสายยาวและมสาขา (branch chain)
แรงดงดดระหวางโมเลกลลดลงแรงดงดดระหวางโมเลกลลดลง
จดเดอดลดลงจดเดอดลดลง
AlcoholAlcohol
Alcohol สามารถเกดพนธะ hydrogen ระหวางโมเลกลAlcohol สามารถเกดพนธะ hydrogen ระหวางโมเลกล
จดเดอดสงกวาสารอนท Mw. ใกลกนจดเดอดสงกวาสารอนท Mw. ใกลกน
Shibu lijack
การเดอดของของเหลว
° Δสาร Boiling point (°C) ΔHv (cal/g)
Helium -268.9 6
Nitrogen
Propane
-195.8
-42 2
47
102Propane
Methylene chloride
42.2
-24.2
102
102
Isobutane
Butane
-10.2
-0.4
88
92
Ethyl ether
Carbon disulfide
34.6
46.3
90
85
Ethyl alcohol
Water
78.3
100 0
204
593
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
การควบแนนของกาซการควบแนนของกาซ
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
Shibu lijack
การควบแนนของกาซการควบแนนของกาซ
อณหภมวกฤต
ป ป อณหภมสงสดทกาซสามารถเปลยนเปนของเหลวดวยการ
เพมความดน โดยไมจาเปนตองลดอณหภม เพมความดน โดยไมจาเปนตองลดอณหภม
ถากาซมอณหภมสงกวาอณหภมวกฤต ไมวาจะใหความดนถากาซมอณหภมสงกวาอณหภมวกฤต ไมวาจะใหความดน
เทาใดกไมสามารถเปลยนใหเปนของเหลวได
เนองจากโมเลกลมพลงงานจลนสงมาก ไมสามารถใช
แรงดนบบใหโมเลกลชดกนจนเปนของเหลวได
Shibu lijack
การควบแนนของกาซการควบแนนของกาซ
ความดนวกฤตความดนวกฤต
ความดนททาใหกาซเปลยนเปนของเหลวทอณหภมวกฤตความดนททาใหกาซเปลยนเปนของเหลวทอณหภมวกฤต
ถากาซมอณหภมตากวาอณหภมวกฤต จะใชความดนทนอยถากาซมอณหภมตากวาอณหภมวกฤต จะใชความดนทนอย
กวาความดนวกฤตกทาใหกาซเปลยนเปนของเหลวไดฤ
Shibu lijack
การควบแนนของกาซการควบแนนของกาซ
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
2
Shibu lijack
แอโรซอล
Shibu lijack
แอโรซอล
การบรรจลงภาชนะ
ลดอณหภมสวนผสมจนเปนของเหลวแลวบรรจ หรอ...
บรรจตวยาทอณหภมหอง แลวอดสารขบดนผานวาลวจน
ไ ไดความดนตามตองการ
Shibu lijack
แอโรซอล
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
Cubic
ทง 3 แกนยาวเทากน
°ทามม 90° ตอกน
Sodium chloride
Shibu lijack
Tetragonal Tetragonal
ม 2 แกนทยาวเทากน
°ทกแกนแกนทามม 90°
Urea
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
bond
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
force
Close packing, weakly held
together, low melting
point
Ionic NaCl Electrostatic ionic Hard, close packing,
bond
, 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
PolymorphismPolymorphism
l hCortisone acetate polymorph
°Form MP, °C Appearance Crystal Density
g/cm3
Hydration
g
I
II
241-245
235 238
Opaque needle
Fl t l t
Monoclinic
O th h bi
1.25
1 21
Anhydrous
A h dII
III
235-238
233-251
Flat plate
Prism
Orthorhombic
Orthorhombic
1.21
1.25
Anhydrous
Anhydrous
IV
V
237-245
238-242
Column
Transparent
Orthorhombic
Monoclinic
1.26
1.25
2 H2O
2 H2O
needle2
Shibu lijack
PolymorphismPolymorphism
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
PolymorphismPolymorphism
° ถาหลอม > 35°C --> ทาเยนลงอยางรวดเรว
stable beta --> gamma, alpha และ beta prime
° ไดยาเหนบทมจดหลอมเหลว 23-24°C
°ตองหลอม < 33°C และทาใหเยนลงชาๆ
Shibu lijack
PolymorphismPolymorphism
b l hDrug Number of polymorphic form
Acetaminophen 4Acetaminophen
Caffeine
4
2
Chloramphenicol palmitate
d
4
Cimetidine
Nefedipine
3
2p
Phenobarbital sodium 2
Progesterone
Theophyline
2
2
Shibu lijack
Theophyline 2
PolymorphismPolymorphism
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
PolymorphismPolymorphism
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
β
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
Shibu lijack
การหลอมเหลวของของแขง
ของแขงไดรบความรอน ของแขงไดรบความรอน
อณหภมเพมขนจนเทากบจดหลอมเหลว อณหภมเพมขนจนเทากบจดหลอมเหลว
ของแขงหลอมเหลวของแขงหลอมเหลว
อณหภมคงทสารหลอมเหลวหมด
Shibu lijack
อณหภมคงทสารหลอมเหลวหมด
การหลอมเหลวของของแขง
Heat of fusion, ΔHf
พลงงานทใชลดแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลจนเปลยน
จากของแขงเปนของเหลว
สารท Mw. สง หรอมแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมาก
จะมคา ΔHf และจดหลอมเหลวสง
Shibu lijack
การหลอมเหลวของของแขง
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
การหลอมเหลวของของแขง
สาร จดหลอมเหลว (K) ΔHf
(cal/mol)
H O 273 1 1440H2O
H2S
273.1
187.6
1440
568
NH3
PH3
195.3
139.4
1424
2683
CH4
C H
90.5
90 0
226
683C2H
6
n-C3H
8
90.0
85.5
683
842
C6H
6
C H
278.5
353.2
2348
4550
Shibu lijack
10 8
PolymericPolymeric solidsolid
มโมเลกลเปนสายโซยาว มโมเลกลเปนสายโซยาว
ประกอบดวยหนวยยอยทเหมอนๆกน (monomer) เรยงกนประกอบดวยหนวยยอยทเหมอนๆกน (monomer) เรยงกน
สายตรงยาว
แตกเปนสาขา
โครงรางตาขาย
ในทางเภสชกรรม polymer สวนใหญจะมอะตอมของคารบอน
ป โ เปนแกนของสายโซ
Shibu lijack
PolymericPolymeric solidsolid
Shibu lijack
PolymericPolymeric solidsolid
Shibu lijack
PolymericPolymeric solidsolid
Povidone-IodinePovidone-Iodine
Shibu lijack
Liquid crystallineLiquid crystallineLiquid crystallineLiquid crystalline
Shibu lijack
Liquid crystallineLiquid crystalline
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
Liquid crystallineLiquid crystalline
Smetic
โ ไ โมเลกลเคลอนทได 2 ทศทาง
หมนรอบแกนได 1 แกน
Shibu lijack
Liquid crystallineLiquid crystalline
Nematic
โมเลกลเคลอนทได 3 ทศทาง
หมนรอบได 1 แกน
Shibu lijack
Liquid crystallineLiquid crystalline
Liquid crystal ทมคณสมบต thermo-responsive
โ ระบบนาสงยาชนดทควบคมการปลดปลอยยาโดยอณหภม
ของรางกาย – Paracetamol Methimazoleของรางกาย – Paracetamol, Methimazole
เครองมอสาหรบตรวจสอบความรอนใตผวหนงซงอาจเกดเครองมอสาหรบตรวจสอบความรอนใตผวหนงซงอาจเกด
จากโรคหรอความผดปรกตบางชนด
Shibu lijack
Liquid crystallineLiquid crystalline
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
Supercritical fluidSupercritical fluid
l l dSupercritical fluid CO2
Critical point : 304.1 K และ 72.8 atm
Shibu lijack
Supercritical fluidSupercritical fluid
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
Supercritical fluidSupercritical fluid
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
Phase rulePhase rule
ปสวนประกอบ (component)
โ สวนประกอบทมโครงสรางทางเคมทตางกนทมอยในระบบ
นาแขงลอยอยในนา --> ???
นาเชอม --> ???
Shibu lijack
Phase rulePhase rule
hวตภาค (phase)
สารทเปนเนอเดยวกน มขอบเขตแยกจากวตภาคอน
นาแขงลอยอยในนาในภาชนะเปด --> ???
นาแขงลอยอยในนาเตมภาชนะทปดสนท --> ???
นาเชอม --> ???
Shibu lijack
Phase rulePhase rule
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
Phase rulePhase rule
ใ ป นาในภาชนะปดสนทและมทวางเหนอผวนา
F = C - P + 2 = 1 - 2 + 2 = 1
ควบคมอณหภมเพยงอยางเดยว กจะทราบความดนของ
ระบบ
Shibu lijack
Phase rulePhase rule
Shibu lijack
Phase rulePhase rule
↑ 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
ระบบทมสวนประกอบเดยวระบบทมสวนประกอบเดยว
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
ระบบทมสวนประกอบเดยวระบบทมสวนประกอบเดยว
ใ ใ จดทนามอยในสถานะใดสถานะหนง (P = 1)
Phase rule, F = 1 - 1 + 2 = 2
ตองมการควบคมตวแปร คอ อณหภมและความดน จงจะ
ไ สามารถอธบายลกษณะของระบบได
°• นาท 100°C --> บอกไดหรอไมวาอยในสถานะใด ???
Shibu lijack
ระบบทมสวนประกอบเดยวระบบทมสวนประกอบเดยว
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
ระบบทมสวนประกอบเดยวระบบทมสวนประกอบเดยว
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 mixtureEutectic mixture
Shibu lijack
Eutectic mixtureEutectic mixture
Eutectic point
°อณหภมตาสดทยงมวตภาคทเปนของเหลวอย คอ 13°C
ประกอบดวย Thymol 34% + Salol 66%
Liquid, solid thymol และ solid salol ปรากฎอยพรอมๆ
กน
Shibu lijack
Eutectic mixtureEutectic mixture
ถานาสารทเปน Eutectic mixture มาผสมกน สวนผสมถานาสารทเปน Eutectic mixture มาผสมกน สวนผสม
จะหลอมเหลวทอณหภมตากวาจดหลอมเหลวสารตงตน จะหลอมเหลวทอณหภมตากวาจดหลอมเหลวสารตงตน
Eutectic mixture Eutectic point (°C)
Testosterone-Menthol 40
Cholesterol-Menthol
Lidocaine Prilocaine
40
25Lidocaine-Prilocaine
Menthol, Camphor, Phenol, Thymol
25
25
Shibu lijack
, p , , y
Eutectic mixtureEutectic mixture
ปการผสมผงยาทเปน eutectic mixture
โ ผสม menthol + camphor ในตารบแปงฝนโรยตว
สวนผสมเยมเหลวทอณหภมหอง
แกปญหา
เตมผงแปงลงไปในระหวางการผสม
ผงแปงจะไปชวยแยกไมใหสารสมผสกนโดยตรง
Shibu lijack
Eutectic mixtureEutectic mixture
ระบบนาสงยาทางผวหนง
ไ Menthol + Testosterone (ละลายไดนอย)
สวนผสมหลอมเหลวเมอนาระบบนาสงยาไปแปะทผวหนง
Testosterone สามารถละลายและถกดดซมไดดขน
Shibu lijack
Eutectic mixtureEutectic mixture
d lLidocaine และ Prilocaine
°มจดหลอมเหลว 69 และ 38°C
ผสมกน แลวสามารถนาไปเตรยมเปนยาครม
ตวยาสามารถออกฤทธไดอยางรวดเรว
®EMLA® cream
Shibu lijack