从明尼苏达州溶解数据库中预测溶解自由能量,使用基于PC-SAFT状态方程的经典密度函数理论
Benjamin Bursik1, Johannes Eller1, Joachim Gross1
1Institute of Thermodynamics and Thermal Process Engineering, University of Stuttgart, Stuttgart 70569, Germany.
本研究评估了密度函数理论 (DFT),使用PC-SAFT状态方程来预测碳化合物溶剂中的溶解自由能量. PC-SAFT DFT方法为计算这些能量提供了一种计算效率高和预测方法.
科学领域:
- 物理化学 物理化学
- 计算化学计算化学
- 热力学是一种热力学.
背景情况:
- 准确预测溶解自由能量对于理解化学过程至关重要.
- 经典密度函数理论 (DFT) 和扰乱链统计关联流体理论 (PC-SAFT) 是物理化学中确立的方法.
- 现有的现象学模型往往缺乏准确性或是计算上昂贵.
研究的目的:
- 批判性地评估PC-SAFT DFT在预测碳化合物溶剂中小分子的溶解自由能量方面的能力.
- 将PC-SAFT DFT的准确性与实验数据和其他理论模型进行比较.
- 为了确定PC-SAFT DFT方法中的错误来源和局限性.
主要方法:
- 使用密度函数理论 (DFT) 与扰乱链统计关联流体理论 (PC-SAFT) 状态方程相结合.
- 将预测的溶解自由能量与明尼苏达州溶解数据库中的实验数据进行比较.
- 使用统计方法分析准确性,计算各种碳化合物溶剂类别的平均绝对误差 (MAE).
主要成果:
- 在PC-SAFT DFT中,N-溶剂的平均绝对误差 (MAE) 为3.7kJmol-1和周期性碳化合物溶剂的4.2kJmol-1.
- 确定了关键的错误来源,包括忽略了库伦比相互作用,溶解物莱纳德-斯参数和洛伦茨-伯塞洛特结合规则.
- 与标准现象学模型和显式分子模拟相比,证明了更高的准确性和计算效率.
结论:
- PC-SAFT DFT提供了一种具有预测性和计算效率的方法,用于计算非极地和弱极地系统中的溶解自由能量.
- 仅使用PC-SAFT状态方程,并使用可用的溶液参数,也可以准确预测溶解自由能量 (MAE < 2.51 kJ mol-1).
- DFT方法是通用的,适用于任何可用分子力场表示的溶液,而不需要特定的PC-SAFT溶液参数.
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