2. Outline
Intermolecular force
States of matter
Gas
Liquid
Solid
Liquid crystalline
Supercritical fluid
p
Phase equilibria and phase rule
Shibu lijack
10. ชนิดของแรงระหวางโมเลกุล
van d Waals force
der l
Ion-dipole and ion-induced dipole forces
Hydrogen bond
Shibu lijack
11. van der Waals forces
Johannes Diderik van der Waals
The Nobel Prize in Physics, 1910
Shibu lijack
12. van der Waals forces
แรงดงดูด างไฟฟาอยางออน
แรงดึงดดทางไฟฟาอยางออน
ระหวางโมเลกุลมขว มขว
ระหวางโมเลกลมีขั้ว + มีขั้ว
เชน
เชน Peptide bond
Shibu lijack
13. van der Waals forces
Dipole-dipole forces
l d l
(Keesom foce)
นา,
น้า hydrochloric acid
ํ acid,
alcohol, acetone
alcohol acetone,
p
phenol
Shibu lijack
14. van der Waals forces
Dipole-induced d l
l d d dipole
(Debye force)
ethyl acetate
acetate,
methylene chloride
chloride,
ether
Shibu lijack
15. van der Waals forces
Induced d l d d d l
d d dipole-induced dipole
(London force)
aliphatic hydrocarbon
hydrocarbon,
carbon disulfide, carbon
disulfide
tetrachloride
Shibu lijack
16. Ion-
Ion-dipole and ion-induced dipole forces
ion-
ไอออน โมเลกุ ี
ไ + โ ลที่มีข้ัวหรือไมมีข้ัว
ืไ
Ion-dipole force
Cation หรือ Anion + โมเลกุลที่มีข้ว
ั
quaternary amine กับ tertiary amine
+
R 4 N − : NR 3
Shibu lijack
17. Ion-
Ion-dipole and ion-induced dipole forces
ion-
Ion-induced dipole force
ไอออนเหนี่ยวนําใหโมเลกุลที่ไมมขั้วเกิดมีขั้ว
ี
การละลาย iodine ในสารละลาย potassium
iodide (ตํารับ Tincture Iodine)
K + I− + I2 ⎯
⎯→ K + I 3
−
Shibu lijack
18. Hydrogen bond
H-atom + h h EN atom (F, O, N)
high
H-atom มีีขนาดเล็็ก
มี ส นามไฟฟ า (electrostatic
field) ทีี่แข็็งแรง
ld
แทรกเขาไปใกลชิด แลวเกิิดแรงยึึด
ไ
เหนยวทางไฟฟา
เหนี่ยวทางไฟฟา
Shibu lijack
19. Hydrogen bond
Alcohols, carboxylic acid, aldehydes, esters,
l hl b l d ld h d
polypeptides
ทาใหคุณสม ัติ างประการของสารไมเปนไปตามคาด
ทําใหคณสมบตบางประการของสารไมเปนไปตามคาด
Dielectric constant (ความมีีข้ัวของตััวทําละลาย)
l ํ
ความดัันไไอ
จุดเดือด
Shibu lijack
20. Hydrogen bond
Ex. Hydrogen compound of 6A group
d d
°
• H2O (H-bond) ; BP = 100°C
• H2S ; BP = -100°C
• H2S ; BP = -60.3 C
Se 60 3°C
Shibu lijack
23. Bond type Bond energy (kcal/mole)
Keesom force 1-7
Debye force 1-3
London force 0.5-1
Ion-dipole interaction 1-7
Hydrogen bonding
• O-H…O 6
• C-H…O 2-3
• O-H…N 4-7
• N-H…O 2-3
• F-H…F 7
Ionic bond 100-200
Covalent bond 50-150
Shibu lijack
24. State f tt
St t of matter
อ.ภก. กรีีพล แมนวิวัฒนกุล
ิ Shibu lijack
25. State of matter
Gas
Liquid
Solid
Liquid crystalline (Solid + Liquid) ≠ Semi-solid
Supercritical fluid (Gas + Liquid)
Shibu lijack
27. Gas
G Liquid
Li id Solid
S lid
assumes 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 particles can move/slide rigid - particles locked
one another past one another into place
compressible not easily compressible fixed volume and shape
lots of free space little free space between rigid - particles locked
between particles particles into place
flows easily flows easily does not flow easily
particles can move past particles can move/slide rigid - particles cannot
one another p
past one another move/slide past one
p
another
Shibu lijack
30. Ideal gas law
Boyle law
l l
เมืื่ออุณหภูมิคงทีี่ : ความดัันเพิิ่ม --> ปริิมาตรลดลง
1 หรือ
Pα PV = k
V
Shibu lijack
31. Ideal gas law
Charles and Gay-Lussac Law
h l d
เมืื่อความดัันคงทีี่ : อุณหภูมิเพิิ่ม --> ปริิมาตรเพิ่ม
ิ
V α T หรืือ V = kT
Shibu lijack
32. Ideal gas law
ความสััมพัันธระหวางความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิ
ั ปิ
P1V1 P2 V2
=
T1 T2
Shibu lijack
33. Ideal gas law
อััตราสวนของ PV/T จะเปนคาคงที่ี
ป
PV
= R หรือ PV = RT
T
เมื่อมีกาซ n โมล
PV = nRT *General ideal gas law
General
Shibu lijack
34. Ideal gas law
Molar gas constant, R
constant
ขนอยู บหนวยของตวแปรตางๆในสมการ
ขึ้นอยกับหนวยของตัวแปรตางๆในสมการ
R = 0 08205 L atm / mol deg ที่ STP
0.08205 ท STP.
R = 8 314 x 10
8.314 7 erg / mol deg
R = 8 314 Joule/mol deg
8.314
R = 1.987 cal/mol deg
Shibu lijack
35. Ideal gas law
มวลโมเลกุล (Mw) ของกาซคํํานวณไดจาก ideall gas llaw
โ ไ d
g gRT
PV = RT หรืือ Mw =
Mw PV
Victor Meyer method
ใชหา Mw. ของสารที่ระเหยได
Shibu lijack
36. Kinetic molecular theory
กาซในธรรมชาติิ (reall gas) ไ ใช ideall gas
ใ ไม d
Kinetic molecular theory
ใชอธิบายพฤติกรรมของ real gas ที่มีคุณสมบัติใกลเคียงกับ
ideall gas
d
Shibu lijack
38. Kinetic molecular theory
โมเลกุ
โ ลเคลืื่อนทีี่แบบ random motion
d
โมเลกุ
โ ลจะตองมีีความยืดหยุดสมบูรณ
ื
เมื่อเกิดการชนกัน หรือชนกับผนังของภาชนะตองไมมีการ
สูญเสีียความเร็็วหรืือพลัังงาน
Shibu lijack
39. van der Waals equation for real gas
Reall gas : ไ มีคุณสมบััติตาม Kinetic molecular theory
ไม l l h
⎛ a ⎞
⎜ P + 2 ⎟ (V − b ) = RT
⎝ V ⎠
a/V2 : ความดันภายในของกาซ ผลจากแรงดึงดูดระหวาง
โมเลกุล
b : incompressibility ป
b l ประมาณ 4 เทาของปริิมาตรโมเลกุล
ป โ
Shibu lijack
40. van der Waals equation for real gas
เมืื่อมีีกาซ n โ
โมล
⎛ n a⎞2
⎜ P + 2 ⎟ (V − nb ) = nRT
⎜
⎝ V ⎟⎠
ถา V มาก --> โมเลกุลอยูหางกัน -->
--> a/V
2, b นอยมากเมื่อเทียบกับ P และ V
van der Waals equation = Ideal gas equation
Shibu lijack
41. van der Waals equation for real gas
กาซ a (L2 atm/mol2) b (L/mol)
H2 0.244 0.0266
O2 1.360 0.0318
CH4 2.253
2 253 0.0428
00428
H2O 5.464 0.0305
Cl2 6.439 0.0562
CHCl3 15.17 0.1022
Shibu lijack
42. Blood gas
Blood
l d
Cell 45% Plasma 55%
• Erythrocyte Water 92% Other 8%
• Leukocyte
• Lymphocyte • Gas
• Protein
• Glucose
• Etc.
Shibu lijack
43. Blood gas
Henry’s llaw of gas solubility
l bl
Blood gas α partial pressure of gas (Px)
Ptotal = P1 + P2 + P3 + ….
Shibu lijack
44. Blood gas
Oxygen
O2 --> Lung --> Blood --> PO2 (80 mmHg)
Carbon dioxide
Food --> C --> CO2 --> Blood --> PCO2 (35 - 45 mmHg)
Shibu lijack
45. Blood gas
C atom in food --> Oxidation --> CO2 --> Lung
d d
CO2 (in body) + H2O --> H2CO3 --> H+ + HCO -
3
Hypoventilation
Blood CO2 ↑-->
↑ H + ↑ --> pH ↓ --> respiratory acidosis
Hyperventilation
Blood CO2 ↓ --> H+ ↓ --> pH ↑ --> respiratory alkalosis
Shibu lijack
46. Blood gas
ระดับน้าทะเล
ํ ที่ความสูง 1 ไมล
PO2 > 80 mmHg 70 mmHg
O2 saturation of > 95% 93%
hemoglobin
PCO2 40 mmHg 38 mmHg
*Application in sport science
Shibu lijack
55. การเดือดของของเหลว
ความสมพนธระหวางความดนบรรยากาศกบจุดเดอด
ความสัมพันธระหวางความดันบรรยากาศกับจดเดือด
Clausius-Clapeyron equation : exponential
py q p
P2 − ΔH V ⎛ 1 ⎞
log = ⎜
⎜T T ⎟
P1 2.3R ⎝ 2 1 ⎟
⎠
T1 และ T2 = จดเดือดที่ความดันบรรยากาศ P1 และ P2
จุดเดอดทความดนบรรยากาศ
ΔHv = Heat of evaporation
p
Shibu lijack
56. การเดือดของของเหลว
Heat of vaporization, ΔHv
ความรอนทีี่ทําใหของเหลว 1 โ เปนไ
โมล ไอจนหมด
• High MW.
• Low VP.
• High Intermolecular
• High ΔHv, BP.
force
Shibu lijack
57. การเดือดของของเหลว
n-hydrocarbon, simple alcoholl และ carboxylic acid
hd b l l h b l d
จุดเดืือดเพิิ่มขึึ้นเมื่อน้้ําหนัักโ ลสูงขึึ้น
ื โมเลกุ
°
ประมาณ 18°C เมื่อมีหมู -CH2- เพิ่มขึ้นหนึงหมู่
van de Waals force เพิมเมื่อจํานวนอะตอมเพิ่มขึ้น
่
Shibu lijack
84. Type of crystal bonding
Unit Example Bonding Physical characteristic
Atom Diamond, 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
packing
force together, low melting
point
Ionic NaCl Electrostatic ionic Hard,, close p g,
packing,
bond strongly held together,
high melting point
Shibu lijack
86. Polymorphism
Cortisone acetate polymorph
l h
Form MP, °
°C Appearance Crystal Density Hydration
g/cm3
g
I 241-245 Opaque needle Monoclinic 1.25 Anhydrous
II 235-238 Flat l t
235 238 Fl t plate Orthorhombic 11.21
O th h bi 21 Anhydrous
Ahd
III 233-251 Prism Orthorhombic 1.25 Anhydrous
IV 237-245 Column Orthorhombic 1.26 2 H 2O
V 238-242 Transparent Monoclinic 1.25 2 H 2O
needle
Shibu lijack
87. Polymorphism
Theobroma oil หรือ cocoa butter
suppository base - ยาพื้นของยาเหน็บ
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
89. Polymorphism
Drug Number of polymorphic form
b l h
Acetaminophen 4
Caffeine 2
Chloramphenicol palmitate 4
Cimetidine
d 3
p
Nefedipine 2
Phenobarbital sodium 2
Progesterone 2
Theophyline 2
Shibu lijack
90. Polymorphism
Polymorphism and b
l h d bioavailability
l bl
ตวยา (ของแขง)
ตัวยา (ของแข็ง)
ละลาย (สารละลาย)
ดูดซึม
Polymorph ทีี่ละลายไดดี จะถูกดูดซึมไ ดี ใ ระดัับยาในเลืือดสูง
l h ไ ึ ได ให ใ
Shibu lijack
103. การหลอมเหลวของของแข็ง
Melting point
l
Hydrocarbon compound; b h chain > normall chain
d b d branch h h
Saturated bond Unsaturated bond
S t t db d>U t t db d
MP ↑ --> water solubility ↓ : เนืื่องจากการทีี่มีจุด
l bl
หลอมเหลวสูงแสดงวาของแขงนนมพนธะของโครงสรางผลกท
หลอมเหลวสงแสดงวาของแข็งนั้นมีพันธะของโครงสรางผลึกที่
แขงแรง
แข็งแรง
Shibu lijack
128. Phase rule
Component ↑ --> d degree of freedom ↑
d
ระบบจะมีีความซับซอนมากยิ่งขึึ้น
ั ิ
ตองมีการควบคุมตัวแปรหลายตัว
Phase ↑ --> degree of freedom ↓
ตัวแปรที่ตองควบคุมมีนอยลง
Shibu lijack
129. Phase rule
Liquid 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
mixture
F=C-P+2=2–3+2=1
Liquid ater Liquid
Liq id water + Liq id phenol
F=C-P+2=2–1+2=3
Shibu lijack
130. ระบบที่มีสวนประกอบเดียว
OA – Vapor pressure curve
OC – Sublimation curve
OB – Melting point curve
g
Triple point
Shibu lijack
131. ระบบที่มีสวนประกอบเดียว
0.0098°C < T < 374°C และ 4.58
mmHg < P < 165680 mmHg
S <--> L <--> G
T < 00098°C และ P < 4 58 mmHg
0.0098 C 4.58
S <--> G
T > 374°C และ P > 165680 mmHg
Only G
Shibu lijack