复配技术与应用---物质间的相互作用

1、复配技术与应用复配技术与应用第二章第二章 物质间的相互作用物质间的相互作用目目 录录 第一节第一节 物质间相互作用与复配物质间相互作用与复配 第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 第三节第三节 混合相物理化学混合相物理化学 第四节第四节 物质间的相互作用物质间的相互作用 第五节第五节 相互作用的确定相互作用的确定 第六节第六节 特殊的复合体系特殊的复合体系 第七节第七节 小结小结第一节第一节 物质间相互作用与复配物质间相互作用与复配复配技术复配技术两种以上物质有机结合两种以上物质有机结合物质间相互作用物质间相互作用精细化学品研究对象研究对象决定性质决定性质表现形式表现形式研究物质间的相互

2、作用发现新的复配原理，进而促进复配技术研究物质间的相互作用发现新的复配原理，进而促进复配技术的升级更新的升级更新复配原理复配原理研究结果研究结果发展更新发展更新 两者间的关系两者间的关系第一节第一节 物质间相互作用与复配物质间相互作用与复配物质间的相互作用是复配技术的理论基础物质间的相互作用是复配技术的理论基础化学中物质间的作用化学中物质间的作用物质间的作用力物质间的作用力分散分散分子级别分子级别的分散的分散分子级别以分子级别以上的分散上的分散溶溶解解无无界界面面具具有有相相界界面面聚合物溶液聚合物溶液静电静电阴阳离子阴阳离子色散力色散力弱键弱键离离子子对对静静电电排排斥斥范范德德法法力力偶极

3、相互作用氢氢键键第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面均相均相（Homogenous）体系中只有一个相，不管在体系中只有一个相，不管在宏观还是微观上都是均匀的，宏观还是微观上都是均匀的，在分子级别上的均匀。在分子级别上的均匀。非均相非均相（Heterogeneous ）体系中含有多个相，在宏观体系中含有多个相，在宏观上可能是均匀的，但在微观上上可能是均匀的，但在微观上也要不均匀。也要不均匀。 相与界面的定义相与界面的定义相（相（PhasePhase）：及物质的状态，指一个宏观物理系统所具有的一组状态，及物质的状态，指一个宏观物理系统所具有的一组状态，一个态一个态中的物质拥有单纯的化学组成和

4、物理特性。（如密度、晶体结构、折射率等中的物质拥有单纯的化学组成和物理特性。（如密度、晶体结构、折射率等. .青铜为均相青铜为均相硬质合金为非均相硬质合金为非均相第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面注：气相与凝聚态间的界面叫表面注：气相与凝聚态间的界面叫表面水滴为水相，表面为界面水滴为水相，表面为界面金属颗粒表面为界面金属颗粒表面为界面界面界面(Interface)：指物质相与相之间交界的区域。指物质相与相之间交界的区域。几何面（face）1.1.抽象的抽象的2.2.没有厚度没有厚度3.3.对于具体图形可计算面积对于具体图形可计算面积界面(interface）1.1.具体的具体的2.2.

5、有厚度几个分子到几十个分子厚有厚度几个分子到几十个分子厚度度3.3.在物质相的交界处在物质相的交界处第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 相界面的类型和特点相界面的类型和特点固液界面固液界面液液界面液液界面气液界面气液界面有气气有气气界面吗界面吗界面只出现在非均相体系中，及非分子级别的分散界面只出现在非均相体系中，及非分子级别的分散固体：固体：固体固体- -固体（晶体界面），固体固体（晶体界面），固体- -液体（润湿），固体液体（润湿），固体- -气体气体液体液体：液体：液体- -液体（不互溶），液体液体（不互溶），液体- -固体，液体固体，液体- -气体气体气体：气体：气体气体- -固

6、体，气体固体，气体- -液体液体 表面处力场不对称表面处力场不对称 界面层热力学状态不一样界面层热力学状态不一样 都趋于降低自己的表面自由能都趋于降低自己的表面自由能第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 界面的特殊物理性质界面的特殊物理性质表面处压力，温度和浓度与表面处压力，温度和浓度与相内不同相内不同第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 固体界面的特殊性质固体界面的特殊性质God created the solids, the devil created their surface wolfgang E. Pauli固体表面的的不均匀程度远大于液体，其表面能远大于液体。固体表面的

7、的不均匀程度远大于液体，其表面能远大于液体。固体与其他介质结合总是要减少其表面能的固体与其他介质结合总是要减少其表面能的不存在绝对光滑的固体表面不存在绝对光滑的固体表面。润湿性能润湿性能固体表面结构固体表面结构液体的性质液体的性质润湿会使原料的液体和固体表面消失形成新的界面，降润湿会使原料的液体和固体表面消失形成新的界面，降低体系表面自由能。低体系表面自由能。第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面溶溶 解：解：指一种或者一种以上的物质（溶质）以分子或离子指一种或者一种以上的物质（溶质）以分子或离子状态分散在另一物质（溶剂）中形成均匀的分散体系的过程，状态分散在另一物质（溶剂）中形成均匀的分

8、散体系的过程，形成的这个体系称为溶液形成的这个体系称为溶液 溶解的定义溶解的定义三种相互作用：溶剂间，溶质间，溶质溶剂间相互作用三种相互作用：溶剂间，溶质间，溶质溶剂间相互作用三个阶段：溶质解离，溶剂对溶质溶剂化，溶质在溶剂中扩散三个阶段：溶质解离，溶剂对溶质溶剂化，溶质在溶剂中扩散体系为热力学稳定体系，在物外力作用下使不可逆的，其反过程为，溶剂凝体系为热力学稳定体系，在物外力作用下使不可逆的，其反过程为，溶剂凝聚结晶聚结晶在饱和溶液中，溶解和结晶过程达到平衡，体系的熵变为零在饱和溶液中，溶解和结晶过程达到平衡，体系的熵变为零（1 1）物质的化学键类型和分子的极性）物质的化学键类型和分子的极性

9、（2 2）氢键的存在）氢键的存在（3 3）溶剂化作用）溶剂化作用（5 5）溶质的分子量及活性基团的种类和数量）溶质的分子量及活性基团的种类和数量（6 6）物质的酸碱性）物质的酸碱性（7 7）其他因素）其他因素 分子间作用力对溶解的影响分子间作用力对溶解的影响第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 分散和乳化分散和乳化分散：固体分散在分散：固体分散在不溶解的液体里不溶解的液体里乳化：液体分散在乳化：液体分散在不溶解的液体里不溶解的液体里相同点相同点：本身是动力学本身是动力学稳定，需要表面活性剂稳定，需要表面活性剂降低界面能降低界面能多为阴离子和非离子表面活性剂多为阴离子和非离子表面活性剂要求

10、液体能够润湿固体颗粒要求液体能够润湿固体颗粒要求固体的粒径小要求固体的粒径小要阻止固体凝聚要阻止固体凝聚所有表面活性剂都可以所有表面活性剂都可以胶束粒径不均匀胶束粒径不均匀往往需要外力帮助往往需要外力帮助第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面第二节第二节 物质的相与界面物质的相与界面 三种间的差异三种间的差异行程这种差异与混合过程中物理化学过程与混合相中物行程这种差异与混合过程中物理化学过程与混合相中物质的相互租用有关质的相互租用有关第三节第三节 混合相物理化学混合相物理化学预测混合的结果为配方的预测混合的结果为配方的设计指明方向。设计指明方向。打破传统开发新配方打破传统开发新配方确定配方

11、在不同条件的稳确定配方在不同条件的稳定性。定性。为配方中助剂的选用制定为配方中助剂的选用制定客观标准客观标准从宏观上解释精细化学品从宏观上解释精细化学品剂型的行程剂型的行程 研究混合相物理化学的意义研究混合相物理化学的意义第三节第三节 混合相物理化学混合相物理化学 如果混合时两种物质间无相互作用，混合过程无焓变化，物质可能均相液可能非均相。 如物质间的相互作用大于物质内部的相互作用体系的焓下降，混合稳定可形成匀相 如果混合中两物质间作用力小于各自内部作用力，体系不稳定非均相。 混合过程中焓变混合过程中焓变第三节第三节 混合相物理化学混合相物理化学 混合过程中熵变混合过程中熵变第三节第三节 混合

12、相物理化学混合相物理化学 混合过程自由能变化混合过程自由能变化第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 偶极矩与极化率偶极矩与极化率 极性分子存在永久偶极矩和非极性分子只存在诱导偶极矩，极性分子存在永久偶极矩和非极性分子只存在诱导偶极矩，分子的实际大小为两者的矢量和分子的实际大小为两者的矢量和第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 色散力（色散力（dispersion forcedispersion force）也称也称London force 由量子物理学家伦敦所阐明，其认为：由量子物理学家伦敦所阐明，其认为：分子内电子分子内电子告诉运动，在瞬间电子云分布不均匀，从而产生瞬时偶极矩，随这种告诉

13、运动，在瞬间电子云分布不均匀，从而产生瞬时偶极矩，随这种偶极矩会产生一种同频率的电场，诱导附近分子激发偶极矩会产生一种同频率的电场，诱导附近分子激发。而且邻近原子。而且邻近原子极化由促进瞬变偶极矩的变化幅度增加，增大了分子偶极矩，这样反极化由促进瞬变偶极矩的变化幅度增加，增大了分子偶极矩，这样反复作用就变现为非极性分子间的相互作用。复作用就变现为非极性分子间的相互作用。能量大小：能量大小：0.05-40 kJ/mol如：正己烷如：正己烷第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 诱导力和取向力诱导力和取向力诱导力诱导力： 极性分子对非极性分极性分子对非极性分子的作用子的作用能量大小：能量大小：2-

14、10 kJ/mol取向力取向力： 极性分子间的相互极性分子间的相互作用力作用力极性分子间三种力都存在极性分子间三种力都存在能量大小：能量大小：525 kJ/mol上述三种力都没有方向性也没有饱和性，三种力统称范德华力上述三种力都没有方向性也没有饱和性，三种力统称范德华力乙醇溶解环己烷乙醇溶解环己烷 范德华力的影响因素范德华力的影响因素排斥部分排斥部分吸引段吸引段:F= 1/D6距离一般在距离一般在300-500pm,大于大于500pm 作用力小（如气态）作用力小（如气态）第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 氢键氢键本质上：是一种弱的离子键，本质上：是一种弱的离子键，要求与氢原子键链的原子半

15、要求与氢原子键链的原子半径小电负性大氢部分变为质径小电负性大氢部分变为质子，氢键受体，要求电负性子，氢键受体，要求电负性大且含有孤对电子。大且含有孤对电子。拥有方向性和饱和性，距离叫其他分子间拥有方向性和饱和性，距离叫其他分子间作用力径约为作用力径约为150pm,键能为键能为25-40kJ/mol20132013年中国科学院首次拍到了氢键年中国科学院首次拍到了氢键水是液态的冰水是液态的冰第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 氢键的辨别破除氢键的辨别破除第三节第三节 分子间作用力分子间作用力氢键作用会削弱氢键受体氢键作用会削弱氢键受体 的键链强度的键链强度在原有氢键体系中引入新的氢键受体可以削

16、弱原有氢键，常用的氢键在原有氢键体系中引入新的氢键受体可以削弱原有氢键，常用的氢键破坏剂：尿素，聚乙二醇破坏剂：尿素，聚乙二醇这是因为熵增原理这是因为熵增原理（1）熔点和沸点）熔点和沸点 分子间作用力强熔点、沸点高，分子内作用力强，熔点、沸点低分子间作用力强熔点、沸点高，分子内作用力强，熔点、沸点低（2）溶解度）溶解度如果溶质与溶剂间作用力大于两者自身间的作用力，混溶，反正则难溶如果溶质与溶剂间作用力大于两者自身间的作用力，混溶，反正则难溶或不溶或不溶（3）对生物体的影响）对生物体的影响维持生命物质特殊的空间结构维持生命物质特殊的空间结构第三节第三节 分子间作用力分子间作用力 分子间作用力对物质性能的影响分子间作用力对物质性能的影响 高分子的溶解状态高分子的溶解状态一般为一般为“溶胀溶胀” 高分子在溶剂中分散性，不完全是均匀的，最高分子在溶剂中分散性，不完全是均匀的，最重要的是分散后不是熵变最小的时候重要的是分散后不是熵变最小的时候 其为复杂体系，影响因素多其为复杂体系，影响因素多 但也基本遵循但也基本遵循“相似相溶相似相溶” 粘度高，拥有特殊的性质粘度高，拥有特