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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 計算模擬區(qū) » 量子化學 » 其他 » 物質在溶劑中的可溶性模擬
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gongyiweimu木蟲 (著名寫手)
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[交流]
物質在溶劑中的可溶性模擬 已有8人參與
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在做分子在氣態(tài)及水中的模擬，發(fā)現(xiàn)不溶于水的物質也可以計算。吃飯的時候想到是否可以模擬物質在溶劑中是否可溶？溶解度是多少？物質在溶劑中溶解要關注哪些參數？準備好好看看溶劑模型的資料。 以前判斷一種物質都是看它親水疏水的基團情況，不能較準確的判斷。請大家推薦一下與物質在溶劑中溶解的相關資料，最好是理論模擬的。非常感謝！ [ 來自科研家族 木蟲量化 ] 感謝大家的幫助，特別感謝vigaryang 和ChemiAndy 。vigaryang 說COSMO-RS方法可以。我查找后，發(fā)現(xiàn)在ADF中COSMO-RS方法確實可以，下面是我復制宏劍頁面上的介紹，希望對感性趣的人有用：http://hongcam.com.cn/product/product-detail.asp?id=271 COSMO-RS用于計算流體的熱力學性質，包括： ● 活度系數，溶劑化自由能，亨利常數 ● 溶解度 ● 分配系數（logP） ● （部分）蒸汽壓 ● 溶液沸點 ● 氣-液與液-液二元混合（VLE/LLE） ● 估計HE、GE ● pKa值 ● Sigma profiles與Sigma potential 圖18 亨利常數實驗值與計算值對比 COSMO-RS計算基于Klamt的工作，并使用ADF Slater基組擬合出參數。與其他過度經驗參數化的方法如UNIFAC不同，COSMO-RS以量子化學計算產生的結果為基礎，因此其結果與ＵＮＩＦＡＣ相比具有更強的預測能力。ＣＯＳＭＯ－ＲＳ目前包含１８００多種常用化合物，但用戶可以輕松地通過ＡＤＦ自建需要的其他化合物，用于ＣＯＳＭＯ－ＲＳ計算（詳見ＣＯＳＭＯ－ＲＳ指南）。 另外，COSMOtherm也行，詳細的我就不多說了，具體的請參看http://www.tech-box.com.cn/cosmotherm.html [ Last edited by gongyiweimu on 2012-7-12 at 19:31 ] 上面宏劍的網址確實不能打開，這個是新的http://www.hongcam.com.cn/index.php/product/platform/adf，你也可以到宏劍主頁找ADF的介紹。 [ Last edited by gongyiweimu on 2012-11-20 at 17:00 ] |
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1. 能不能溶解的問題，用物理化學的語言來說，叫“把無窮遠處氣象中的一個溶質分子引入溶劑中，請問此過程的體系的自由能升高還是降低：如果升高，不溶（不可自發(fā)發(fā)生）；如果降低，可溶（可自發(fā)溶解）” 這里面有兩個狀態(tài)，第一個狀態(tài)是溶劑和溶質分開，第二個狀態(tài)就是二者混合（溶質插入到溶劑中），可以用動力學模擬求兩個狀態(tài)下的勢能差。并根據玻爾茲曼理論得出前后狀態(tài)的概率，再由概率計算自由能差。一般用widom插入法來做這個。這是個蒙特卡洛隨機動力學模擬。缺點是，溶質大的話，很難插入到溶劑中，因為插入的時候，要求溶劑構型不變，而溶質隨機插入。也就是說溶劑不會擠一擠給溶質騰出一個空間來，因此，對于大的邪惡的溶質分子，根本插不進去。 其實量子化學是可以計算“溶不溶”問題的：可以用隱式溶劑模型（PCM）估算溶劑化自由能的。PCM模型的實質是把單個溶劑分子從氣象到水中引起的溶質和溶劑變化的平均效應，用空穴生成能和表面極化能來經驗估算自由能變化。這樣看溶劑化自由能是大于0還是小于0，即可判斷是否溶。準確與否，與PCM計算的參數有關。個別體系還是很準確的。 2. 溶解度多大的問題恐怕量子化學是無能為力了，這個問題的實質，隨著溶液中的溶質分子越來越多，在某個時刻，溶質分子跑到溶液中的意愿，和待在氣相的意愿是相等的，這個意愿相等的時刻，就是兩相化學勢相等的時刻。模擬這個時刻，需要所謂的吉布斯系綜的蒙特卡洛模擬：構造一個溶質氣體盒子，一個溶液盒子，分別作NPT，不連通，但是允許溶質氣體分子在兩個盒子隨機移動，并根據移動后兩盒子總的勢能變化計算接受概率。這樣，一直達到溶質分子在兩盒子間正向和逆向移動的移動概率相等時，算是化學勢相等了，這個時候即可知道溶解度。這種模擬需要事先大概知道溶解度，否則離平衡太遠的話，模擬時間太長。因為從氣象往液相引入一個分子并弛豫到平衡態(tài)不是那么容易的。 3. 像這類模擬的準確性，和你用的能量計算模型有關。用力場的話，準確程度在±1~10kcal/mol這個量級。因此，對于溶劑化自由能小的體系，不能指望結果太好，定性錯誤也是有可能的。量子計算化學可以達到±0.1~1kcal/mol這個量級，用PCM計算溶劑化自由能比力場好很多。 [ Last edited by ChemiAndy on 2012-7-8 at 16:41 ] |
7樓2012-07-09 12:21:37
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