水晶材料:由Pharma Drama定义和解释
在这段视频中，制药剧着眼于晶体材料的基本定义-它们是如何定义的，什么是单位细胞和形态，以及为什么它们有不同的物理属性。
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欢迎来到制药剧频道，在这里我们将了解医疗保健科学和医疗保健产品。在这段视频中，我想要解释理解医学中最基本的概念之一;什么是晶体材料?所以，如果你想知道答案，给自己泡杯茶，坐好，我们开始吧。
首先要说的是，结晶度是一个适用于固态材料的概念。记住，所有的物质，除非是纯元素，都是由分子组成的。在医学上，大多数药物都是小分子量的有机化合物，所以这些是我在这里关注的。当分子温度升高时，它们会获得能量，并利用这些能量四处移动。这种运动可以是分子内部的，比如振动或旋转，也可以是整个分子本身的运动，分子本身就具有动能。
分子所具有的能量决定了物质的状态。如果分子有很多能量，那么它们就会四处移动——它们的动能比它们可能与其他分子形成的任何键的强度都要大。它们独立运动，我们把这种物质看成气体。如果它们的能量更少它们就会开始形成弱的相互作用，但仍然可以四处移动，我们看到这种物质是液体。
最后，当分子能量不足时，它们无法移动到足以克服与邻近分子的相互作用，它们就会被困住——我们把这些物质视为固体。顺便说一下，当一种物质没有能量，所以分子不会以任何方式运动，我们说这种物质处于绝对零度。绝对零度对所有物质来说都是一样的，等于零下273.15摄氏度(零下459.67华氏度，或零度开氏度)。
由于温度的升高意味着能量的增加，我们看到当温度升高时，物质从固体变成液体再变成气体。当一种物质从固体变成液体，或者从液体变成气体，我们说它发生了相变，这些相变发生在特定的温度下——熔点和沸点。结晶度是一个只适用于固相的概念。原因是结晶度仅仅意味着材料中的分子按重复的模式排列。要想形成一种模式，所有的分子必须彼此完美地排列在一起，如果我们将材料加热到其熔点以上，材料就会变成液体，分子就会四处移动，模式就会消失。
所以，当我们说一种材料是晶体的时候，我们只是指它是固体，它所包含的所有分子都排列成一个重复的模式。你可能会对我说，等一下，有可能一种物质是固体，但它的分子没有排列成重复的模式吗?“我会说是的!”我们称它为非晶态材料，我会在另一集视频中讨论它。将一种材料中的所有分子排列成某种模式的结果是什么?有很多!想象一下，我拿着的这个乐高积木代表一个分子。
我在一端放了一个标签来表示一个特殊的官能团比如说一个羧酸。原因一会儿就会清楚了。因为结晶度意味着一个重复的模式，让我们想象一下这些分子在固体状态下是如何排列的。它们可能会以这样的模式聚集在一起——你可以看到所有的分子都以同样的方式排列。我们如何定义晶体材料的结构?例如，我们可以通过指定坐标来记录每个分子在空间中的位置。
当我们的材料只由几块乐高积木组成时，这没问题，但对于真正的材料来说，这就不好了，因为即使是最小的晶体也会包含数以万亿计的分子，我们的座标表将是巨大的!相反，我们观察分子，然后问;最小的重复分子块是什么告诉我们模式是什么?在这种情况下，我们只需要两个乐高分子——我们可以通过将这些单元在三维空间中相加来创造更大的晶体。
我们称这种最小的重复结构为单元格。通过确定分子在单细胞中的相对位置，我们就知道了我们所需要知道的关于我们能看到的晶体的一切(我们称之为宏观晶体)，因为单细胞只是在每个方向上重复。
“分子能以不同的模式排列吗?”“我听见你问了。问得好，答案是，在很多情况下，是的!我手里拿着另一套乐高分子;同样的分子，但现在以不同的模式排列。当分子可以以不同的模式排列时，我们称之为多态的，每一种模式都称为多态。
如果你明白我的意思，你会发现每个变体都有不同的单位细胞。这是我们两个乐高变体的单元格。如果我们比较我们的两个变体，我们可以看到他们之间的一些差异。
在第一种情况下，分子似乎比第二种情况更紧密。因此，我们期望这个变形的密度比这个变形的密度要大。其次，因为这个多态中的分子更紧密，他们可能形成了比这个多态中的分子更强的分子间键。
记住，当一种材料熔化，并从固体变为液体时，我们必须向材料注入足够的能量，以打破将晶体结构连接在一起的分子间键。所以我们认为这个变体比这个有更高的熔点。在不同的晶型之间还有许多其他的物理性质会发生变化，甚至是溶解度，但我会在一个单独的视频中讨论。
最后，我之前提到这些贴纸代表一个羧酸基团。如果你观察我们的晶型，你会看到这种形式因为所有的分子都是排列在一起的，所有的羧酸基团都在晶体的这一端，或者说这面。但是在这个多态性中，在两个面上都有羧酸基团。因为在晶体材料中，分子都以相同的模式排列，我们必须记住，宏观晶体的不同面会有不同的化学性质。这在我们考虑晶体生长时变得很重要，但这是另一天的讨论。
那么，要点是什么呢?当我们说一种材料是晶体的时候，我们的意思是(a)它是固相的，(b)材料中的所有分子都以重复的模式排列。我们不需要描述所有分子的位置——我们只需要寻找最小的重复模式，我们称之为单元细胞。如果一种材料中的分子可以以一种以上的模式排列，也就是一个以上的单元细胞，我们就说它是多态的。
每种变体都有不同的物理性质，如密度和熔点。好的，我希望这个简短的描述对你们有用。如果你喜欢，请点击“赞”按钮并考虑订阅——我将发布许多解释基础科学概念的视频，如果你有任何特别的主题想让我解释，请在下面留下评论。谢谢大家的收看，我们下次再见。
来源:制药戏剧