1 / 84

หลักฟิสิโคเคมี

หลักฟิสิโคเคมี. Topics. - acid , base , buffer - unit of concentration - water : body water ; properties of water - solution : solubility ; physical properties - colloidal state - Gibbs-Donnan equilibrium - transport of small molecules across membrane - clinical application.

scarlett-mcmillan
Download Presentation

หลักฟิสิโคเคมี

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. หลักฟิสิโคเคมี

  2. Topics - acid , base , buffer - unit of concentration - water : body water ; properties of water - solution : solubility ; physical properties - colloidal state - Gibbs-Donnan equilibrium - transport of small molecules across membrane - clinical application

  3. Physicochemical Principles “เป็นการใช้หลักของฟิสิกส์และเคมี เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับส่วนประกอบต่างๆในร่างกายของสิ่งมีชีวิต”

  4. WATER : H2O Body water(w/w) adultbaby Total body water (TBW) 60% 70% : Intracellular fluid (ICF) 40% 40% : Extracellular fluid (ECF) 20% 30% - intravascular (IVF) 5% 5% - interstitial (ISF) 15% 25% Note: ISF (intercellular fluid)มีส่วนประกอบเหมือน plasmaเพราะเป็นของเหลวที่ซึมผ่านผนังหลอดเลือดฝอย แบ่งเป็น น้ำเหลือง (lymph)และ น้ำผ่านเซลล์

  5. น้ำผ่านเซลล์ (transcellular fluid) ได้แก่ - น้ำตามข้อ (joint or synovial fluid) - น้ำในเยื่อบุช่องท้อง (peritoneal fluid) - น้ำในโพรงเยื่อหุ้มปอด (pleural fluid) - น้ำในถุงเยื่อหุ้มหัวใจ (pericardial fluid) - น้ำไข้สันหลัง (cerebrospinal fluid or CSF) - น้ำคัดหลั่งต่างๆ (secretion) ได้แก่ น้ำในลูกตา น้ำย่อยอาหาร น้ำจากต่อมเหงื่อ

  6. ปริมาณน้ำในเนื้อเยื่อต่างๆปริมาณน้ำในเนื้อเยื่อต่างๆ Dental enamel 3%liver 75% Bones (s marrow) 22-23%heart 79% Adipose tissue 10-30%kidney 81-83% Cartilages 55% brain (gray) 86% Skin 70%brain (white) 70% Muscles 75-80%CNT 80% LENS 99%bone (c marrow) 46%

  7. Properties of water + H - . . Non bonded e- pair o 104.5๐ . . + H Polar molecule -unusual physical & chemical properties

  8. : Molecular structure & intermolecular force ICE LIQUID WATER VAPOR WATER COMPLETE AGGREGATE MIXTURE OF SMALLER AGGREGATES& INDIVIDUAL MOLECULES INDIVIDUAL MOLECULES

  9. Empty space Vapor water Ice Liquid water

  10. ENERGY OF CHEMICAL BOND TYPE OF INTERACTION BOND ENERGY (KJ/MOLE) 250-500 400-4000 IN THE ABSENT OF SOLVENT ; MUCH SMALLER IN AN AQUEOUS SOLUTION; USUALLY LESS THAN 50 1.COVALENT BOND 2.IONIC BOND (ION PAIR) + -

  11. 3.POLAR BOND 3.1 ION – DIPOLE 3.2 DIPOLE – DIPOLE 4. H-BOND (SPECIAL DIPOLE-DIPOLE) 5.VAN DER WAALs (TEMPORARY DIPOLE-DIPOLE) 6.HYDROPHOBIC 40-600 1-25 2-40 0.1-4 NORMALLY CLOSE TO 3

  12. BOND ENERGY OF H- BOND = 5 kcal/mol BOND ENERGY OF COVALENT BOND = 110 kcal/mol Liquid form = tetrahedral (closely packed) Solid form = open lattice (hexagonal) (ความหนาแน่นน้อย)

  13. คุณสมบัติพิเศษบางประการของน้ำคุณสมบัติพิเศษบางประการของน้ำ 1.Highsolubility power : polarity & H-bonding capacity : substances with ionic or polar covalent bonds : universal solvent 2.High specific heat ความร้อนที่ใช้ในการทำให้น้ำ 1g มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C เก็บความร้อนได้ 1 cal, Fe = 0.11, ether =0.56 : heat buffer

  14. 3.HIGH LATENT HEAT ปริมาณความร้อนที่ใช้หรือถูกปล่อยออกมาในการเปลี่ยนสถานะของสาร : ความร้อนที่ใช้ในการทำให้น้ำ 1g เปลี่ยนสถานะเป็นไอที่ 100°C, sweat 0.54 kcal/ml 4.HIGH HEAT CONDUCTIVITY : เป็นการไหลของความร้อนจากที่ที่ T สูงไปยังที่ที่ T ต่ำกว่า

  15. 5.HIGHDIELECTRIC CONSTANT F = q1q2 (Coulomb’s Law) Dr2 Where: F = electrostatic force q1, q2 = electrically charge particles r = separation distance D = dielectric constant : H2O = 78.55 CCl4 = 2.24 , BENZENE = 2.28 6.HIGH CATALYTIC ACTION 7.HIGH LUBRICATIVE ACTION

  16. 8.HIGH SURFACE TENSION , INTERFACIAL TENSION: This tension is the result of unbalanced attraction of the molecules to each other Surface active substance Surface film beads a b Non polar wax c d GLASS (POLAR) Si-O e f H2O

  17. แรงตึงผิวของน้ำเป็นพลังงานชนิดหนึ่งมีค่า 75dyne/cm Cohesive force: แรงดึงดูดของอนุภาคชนิดเดียวกัน Adhesive force: แรงดึงดูดของอนุภาคต่างชนิดกัน

  18. ความเครียดพื้นผิว (แรงตึงผิว) อาจเปลี่ยนแปลงได้ 1.อุณหภูมิ : temp surface tension 2. เติมสารบางอย่างลงไป:เกลือต่างๆ surface tension สบู่, น้ำมัน, protein, bile salts (surfactant)surface tension surfactant, surface active substance = สารลดแรงตึงผิว

  19. ในร่างกายเรา มีสารอยู่ 3 ประเภท • Polar compound : ละลายได้ในน้ำ (polarity, H-bond) • Non polar compound : ละลายได้ใน organic solvent • (Van-der-Waals & hydrophobic attraction) • Amphipathic molecules : เช่น bile salts, sodium lauryl • (laureth) sulfate, phospholipid ใน molecules มีทั้งส่วนมีขั้ว • และส่วนไม่มีขั้ว

  20. sodium lauryl sulfate, SLS Polar head Hydrophobic tail Micelle

  21. ในการกำจัดสิ่งสกปรกมักใช้ SLS > PL เพราะมีขนาดเล็ก ทำให้เกิดฟองและกำจัดสิ่งสกปรกได้ดีกว่า - ข้อเสียของ SLS คือ สะสมในร่างกายได้ เช่น ในรากผม ทำให้ผมร่วง, ในตับ ไต หัวใจ อาจทำให้เป็นมะเร็ง ดังนั้น การใช้ SLS ในน้ำยาสระผม, สบู่, น้ำยาล้างจาน (detergent) จึงควรใช้ในปริมาณน้อยๆ และล้างออกให้หมด

  22. Emulsion : Emulsifying agent or emulsifier น้ำนม : เคซีน , แอลบูมีน (emulsion ของไขมันในน้ำ) น้ำสลัด : ไข่แดง (emulsion ของน้ำมันกับน้ำส้ม) การทำงานของสบู่ในการกำจัดคราบไขมัน

  23. SOLUTION MOLECULAR SOLUTION IONIC SOLUTION TRUE SOLUTION -ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ -solvent & solute -aqueous solution : H2O (solvent)

  24. Examples of solutions gas in a solid liquid in a solid Solid solutions Amalgam (alloy of murcury with another metal (used in making dental fillings)) Rubber cement (toluene in rubber) Steel (carbon in iron) solid in a solid

  25. Gaseous solutions gas in a gas Air liquid in a gas (if droplets are present, colloidal system) solid in a gas (if particles are present, colloidal system)

  26. Liquid solutions gas in a liquid liquid in a liquid solid in a liquid Carbonated beverages Vinegar , gasoline Seawater

  27. ปัจจัยต่างๆที่ช่วยในการละลายปัจจัยต่างๆที่ช่วยในการละลาย • Nature of solute & solvent: like dissolves like : substances with similar bonding , structures and intermolecular forces will be mutually soluble • solubility: the amount that will dissolve in a given solvent to produce saturated sol. (at a given T.) • Miscibility :

  28. 2.Temp. : โดยทั่วไป temp solubility เช่น (NH4)2SO4 SUNDISSOLVED + SOLUTION + HEAT OF SOLUTION MORE CONCENTRATED SOLUTION

  29. Li2CO3, Ca(OH)2 temp solubility Gas : temp solubility Gasundissolved + SOLUTION MORE CONCENTRATED SOLUTION + HEAT OF SOLUTION NaCl ไม่เปลี่ยนแปลง

  30. 3.Pressure Solubility of gas  partial pressure of that gas above solution Henry’s law (pressure solubility law) (at constant temp.) : decompression sickness (Caisson’s disease, bends) Cg = kgPg

  31. Air : O2 20%, N2 80% • high-altitude flyers • Deep-sea divers • Pressurized caissons • rapid changes in atmospheric pressure • Formation of N2 gas bubbles called the bends -cause intense pain , loss of function, deafness, paralysis and intravascular clotting, death -joints , adipose and other tissues

  32. : if gradual , the dissolved gases are removed by regular exhalation and diffusion through the skin : helium-oxygen mixture instead of air

  33. 4.พื้นผิวสัมผัส: ถ้ามาก rate of dissolution 5. การคนหรือเขย่า : rate of dissolution 1)-3) : solubility 4)-5) : rate of dissolution , ไม่เพิ่มsolubility solubility = rate of dissolution

  34. -saturated solution -unsaturated solution -supersaturated solution : solvent holds more solute than it can normally hold at a given temp. Eg. Sat.soln of glycine at 80°c cool to 30°c without agitation no crystal supersat.soln are not stable , slightly disturb or seeded with a dust particle or a crystalline produces crystal rapidly solubility

  35. Colloidal state (colloidal dispersion) • - ~90 % ของสารอินทรีย์ในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตจะอยู่ในสภาพของ colloids (colloidal solution) • -Thomas Graham (1861) แบ่งสารเป็น 2 ประเภท • Crystalloids : sucrose , copper sulfate • Colloids : gelatin , glue , starch paste

  36. Colloidal state -modern concept : based on size of particles dispersed in the medium -crytalloidal soln : homogeneous , solutes are present in molecular or ionic state , uniformly distributed -colloidal systems are heterogeneous : 2 phasesmedium = dispersion medium (peptizing agent) = solvent particles (micelle) = dispersed phase = solute (cluster of molecules)

  37. Types of colloidal systems 1. sol : เป็นภาวะที่ของแข็งกระจายอยู่ใน ของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ 2. gel : เป็นภาวะที่ของแข็งที่มีความเข้มข้นสูงกระจายอยู่ในของเหลว 3. emulsion : เป็นภาวะที่ของเหลวชนิดหนึ่งกระจายอยู่ในของเหลวอีกชนิด หนึ่งโดยที่ของเหลวทั้งสองชนิดไม่ละลายในกันและกัน 4. foam : เป็นภาวะที่ก๊าซกระจายอยู่ในของเหลว

  38. Both phases may be solids , liquids or gases except no colloidal dispersion of gas in gas

  39. Examples of colloids Dispersed phase Dispersing medium type colloids gas gas - none gas liquid foam Soap suds Activated charcoal , marshmallows gas solid Solid foam

  40. gas Liquid aerosol Fog , clouds liquid emulsion Milk , mayonnaise liquid liquid liquid solid Solid emulsion Cheese , butter solid gas smoke Smoke , dust in smog

  41. solid liquid sol Coffee , tea , jelly , plasma extender , protoplasm solid solid solidsol Alloys , black diamond , pearls

  42. Tyndall effect ( Tyndall phenomenon) • พบเฉพาะใน colloidal solution เท่านั้น • Colloidal particles scatter the light and make the path of the light beam visible Brownian movement - เกิดจากอนุภาคของน้ำbuffeting and collision ของอนุภาคcolloids ที่ถูกล้อมรอบโดยmolecule ของdispersion medium

  43. Types of colloids : 2 types (ability to take up dispersion medium) 1. Lyophilic colloids (=solvent loving) or emulsoids : have a great attraction for dispersion medium Hydration shells (solvation spheres) Eg. Starch , egg albumin , blood protein , soap ไม่ stable เหมือน emulsion ถาวร

  44. 2.Lyophobic colloids (=solvent hating) or suspensoid : ไม่ชอบdispersion medium ไม่มีเปลือกน้ำมาหุ้มหรือมีบางมาก จึงมีโอกาสตกตะกอนได้ง่ายแบบเดียวกับ suspension Eg. Colloidal metals (gold , silver) Kaolin (native hydrated aluminium silicate)

  45. Theodore W. Richards (1868-1928) The first American to receive the Nobel Prize In Chemistry in 1914)

  46. Gold - dispersion medium เป็นน้ำ :hydrophilic & hydrophobic colloids - hydrophilic colloid อยู่ตัวดีมาก , ตกตะกอนได้ยาก เมื่อตกตะกอนด้วยการเติมเกลือ (salting out) แล้วก็เอากลับมาละลายได้อีก - hydrophobic colloid ตกตะกอนได้ง่ายกว่าเมื่อตกตะกอน แล้วจะไม่สามารถกลับละลายได้อีก เนื่องจากขนาดของตะกอนใหญ่กว่า

  47. Electrical charges on colloids • 2 ways • Groups on the surface of colloidal particles may ionize eg. Proteins • R R R • NH3+ CH COOH NH3+ CH COO- NH2 CH COO- • H+ H+ • Acidic cation Basic anion Zwitterions

  48. 2. Ions from the medium may be absorbed on the surface of colloidal particles Carrying like charges repel each other Electrophoresis or cataphoresis เป็นการแยกสาร colloid วิธีหนึ่ง เช่น การแยก plasma proteins ชนิดต่างๆ, การแยกสารโดยใช้ charge & size

More Related