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adf:solubility

如何计算气体在溶液中的溶解度

本教程使用版本:AMS2019.303。

第一步:分别为溶剂、溶液创建*.coskf文件

使用COSMO-RS模块,系统会提示下载一个分子库,这个分子包含大量常用溶剂溶质分子的coskf文件,下载后将存储于adf2019.*/atomicdata/ADFCRS-2018文件夹中:

用户要使用的时候,也可以通过COSMO-RS模块的操作窗口Compounds - Add compounds添加到我们的计算任务中,用于后面的步骤。添加时,可以筛选后缀为*.coskf的文件,将自己需要的分子逐一添加进去,也可以选择后缀为*.compoundlist的文件,将这一类分子全部添加进来,在计算具体性质时,再选择需要的溶剂、溶质即可。

如果库里面没有,用户就需要自行创建*.coskf文件。该文件的创建,应使用AMS中ADF模块,在基组、泛函、相对论方面,才能与COSMO-RS里面的内置参数更加匹配。创建过程参考:如何准备*.coskf文件(该教程是以制作H3O+的coskf文件为例),有机分子尤其需要注意同分异构体的问题,需要详细研究确定正确的构型,然后基于正确的构型,生成*.coskf文件。

第二步:正式计算

  • 制作coskf完毕之后,菜单栏> SCM > COSMO-RS,打开COSMO-RS模块。
  • 新的计算任务,首先是导入coskf文件:菜单栏 > Compounds > add compounds,如下图所示:

  • 选择我们前面生成的两个coskf文件(注意如下图中右下角红框所示,将文件类型选择为coskf):

solvation02.jpg

选中某种分子之后,窗口右侧下方Input Data中,会列出一些为了提高计算准确度,有可能需要(不是一定需要)补充的这种物质的(实验)参数:其中Nring(芳香环原子个数)可以通过后面对应的Generate按钮自动生成;对气体的溶解度来说,Vapor Pressure Equation影响较大,没有实验数据的情况下,可以用对应的Estimate按钮进行估算;对固溶而言,Melting Point的两个数据影响较大。

本例中,我们没有修改这些数据。

  • Methods默认为COSMO-RS对本例的结果更好,用户可以自行测试自己的体系,何种method更好,parameters也可以分别测试,进行选择
  • 然后继续设置该任务的参数:菜单栏 > Properties > Solubility in mixture
  • 分别在溶剂处,选择water,如果是混合溶剂,需要修改1 component选项为其他,例如2种混合溶剂就选择2 Components,同时注意后面溶剂摩尔比的数据要正确,摩尔比总和为1.0
  • Use density solvent选项的值,只影响计算结果中,以kg/L为单位的数据,如果我们只关心质量百分比或者摩尔百分比,就不必勾选这个选项
  • 设置温度范围,例如这里是278.15K~308.15K,中间总共四个点的数据
  • 设置压强范围:这里压强保持不变,因此只有一个压强数据
  • 溶质类型有Gas、Liquid、Solid三种,类型选择正确,对结果影响非常大,这里我们选择gas
  • 溶质处点击加号,添加溶质,这里我们添加CO、CH4、C2H4、C2H2

设置完毕,点击窗口上方的Run按钮,几秒钟后即可得到结果:

即得到溶解度曲线,如上图右方所示,右下角是不同温度下,具体的溶解度数据。在定量上,一般而言并不会很精确,一般在数量级上能够得到正确的结果。本例中计算得到的四种溶质的溶解度的大小顺序与实验是一致的。

adf/solubility.txt · 最后更改: 2020/11/27 19:57 由 liu.jun

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