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Physikalisch-chemisch Eigenschaften

Physikalisch-chemische Eigenschaften sind die physikalischen und chemischen Merkmale eines Stoffes, die sein Verhalten unter unterschiedlichen Bedingungen bestimmen. Diese Eigenschaften ergeben sich aus der molekularen Struktur und Zusammensetzung der Substanz und sind von grundlegender Bedeutung für die Bestimmung ihrer Wechselwirkungen, Stabilität und Funktionalität in verschiedenen Anwendungen. In den Materialwissenschaften, der Chemie und vielen weiteren Bereichen ist die Analyse und das Verständnis der physikalisch-chemischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Vorhersage der Performance, der Verarbeitung und der Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck.

Physikalische Eigenschaften können die Form und Beschaffenheit einer Substanz beeinflussen und bestimmen, wie sie auf Änderungen der Temperatur, des Drucks und anderer Umweltfaktoren reagiert Dazu gehören Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, PolymorphiePolymorphie ist die Fähigkeit eines festen Materials, verschiedene kristalline Strukturen (Synonym: Formen, Modifikationen) auszubilden.Polymorphie, Löslichkeit, DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte, Viskosität und Partikelgröße.
Chemische Eigenschaften beziehen sich auf die Reaktivität einer Substanz mit anderen Chemikalien. Dazu gehören Eigenschaften wie der pH-Wert, die chemische Stabilität, das Oxidations-/Reduktionspotenzial und das Potenzial für chemische Reaktionen wie Hydrolyse, Polymerisation oder Zersetzung.
Zu den thermischen Eigenschaften zählen die Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.spezifische Wärmekapazität, die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit, die thermische Ausdehnung und die Glasumwandlungstemperatur. Diese sind maßgebend dafür, wie eine Substanz Wärme absorbiert und überträgt und wie sie sich bei Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht.
Mechanische Eigenschaften sind relevant in der Materialwissenschaft und Technik und umfassen Härte, Zugfestigkeit, Elastizität und Sprödigkeit. Diese Eigenschaften bestimmen, wie sich das Material unter verschiedenen Belastungen verhält.

Die Beurteilung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Stoffen erfordert eine Kombination von theoretischem Wissen und analytischen Methoden wie der dynamischen Differenz-Kalorimetrie (DSC), der thermogravimetrischen Analyse (TGA) und der Rheologie.

Für die Bestimmung der physikalisch-chemischen Materialeigenschaften gibt es je nach Fachgebiet und Anwendung unterschiedliche Normen und Richtlinien. In den Materialwissenschaften und in Umweltstudien bieten Normen von Organisationen wie ASTM International und ISO Methoden zur Prüfung und Bewertung dieser Eigenschaften. In der pharmazeutischen Industrie geben Richtlinien wie die des International Council for Harmonisation (ICH), insbesondere ICH Q6A, einen Überblick über die erforderlichen Untersuchungen zur Charakterisierung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Arzneimitteln, und ICH Q2A (R2) enthält Richtlinien für die Qualifizierung von Verunreinigungen in neuen Arzneimitteln. Die für die Charakterisierung von pharmazeutischen Substanzen zu verwendenden Methoden und Geräte werden auch in den allgemeinen Kapiteln verschiedener Arzneibücher beschrieben.

Tabelle 1: Thermische Analyse zur Bestimmung der physikalisch-chemischen Eigenschaften

	Eigenschaft	DSC	TGA	TMA	Rheologie
Physikalische Eigenschaften	Schmelzpunkt	x			x
	Glasumwandlungstemperatur	x		x	x
	Polymorphie	x		x
	Ideale Löslichkeit	x
	Hygroskopizität		x
	Viskosität				x
	Viskoelastische Eigenschaften				x
Chemische Eigenschaften	Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).Thermische Stabilität		x
	Oxidationsstabilität		x
	Onset der Zersetzung	x	x
Thermomechanische Eigenschaften	Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelzenthalpie	x
	Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.Spezifische Wärmekapazität	x
	Lineare thermische Ausdehnung			x
	Thermischer Ausdehnungskoeffizient			x
	Erweichungspunkte			x
	Volumetrische Ausdehnung			x
	Dichteänderungen			x
	DelaminationUnter Delamination versteht man eine Trennung von z.B. Harz vom Laminat oder Fasern vom Harz, was Defekte in Leiterplatten verursacht.Delamination			x
	Schrumpfstufen und Kinetik			x