НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Молекулярно-динамическое исследование диизопропилового эфира: вязкость и растворимость

СПИСОК АВТОРОВ:
Кашурин О.В., Кондратюк Н.Д., Ланкин А.В., Норман Г.Э.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Кашурин Олег Владиславович, Кондратюк Николай Дмитриевич, Ланкин Александр Валерьевич, Норман Генри Эдгарович

DOI:
https://doi.org/10.33849/2023102

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
17 октября 2023 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
9

ГОД:
2023

СТРАНИЦЫ:
9-16

РУБРИКА:
Теплофизические свойства веществ

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
диизопропиловый эфир, молекулярная динамика, межатомный потенциал, вязкость, растворимость, коэффициенты распределения

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 539.3

АННОТАЦИЯ:
Простые эфиры, включая диизопропил, являются перспективными компонентами жидких мембран --- ион-селективных барьеров, которые могут использоваться для выделения из водных растворов редких элементов и создания новых электрохимических источников тока. Многообразие смесей органических веществ, содержащих диизопропил, делает целесообразным для их исследования использование методов молекулярной динамики. При этом необходимо определить межатомный потенциал, способный на качественном уровне моделировать жидкие мембраны на основе простых эфиров. С этой целью в данной работе проводится верификация четырех классических межатомных потенциалов: GAFF, OPLS-AA, CHARMM и COMPASS. Оценивается точность воспроизведения транспортных и термодинамических свойств диизопропила и его растворов. Для каждого из четырех потенциалов рассчитываются плотность и вязкость диизопропилового эфира в диапазоне температур 243--333 К. Было установлено, что все четыре потенциала хорошо воспроизводят плотность диизопропилового эфира. Однако GAFF и OPLS-AA в~1.5--2~раза завышают коэффициенты вязкости. При комнатных температурах потенциал CHARMM удовлетворительно воспроизводит вязкость: отклонение от эксперимента в пределах 20--40 %. Потенциал COMPASS наиболее точно воспроизводит вязкость диизопропила, давая отклонение в области комнатных температур не более 2--4 %. В работе также с использованием CHARMM и COMPASS оцениваются по порядку величины взаимная растворимость диизопропила и воды и коэффициенты распределения этанола в системе вода--диизопропил. Потенциал CHARMM попадает в тот же порядок растворимости и коэффициентов распределения, что и экспериментальные данные. Потенциал COMPASS дает отклонение на порядок для растворимости и коэффициентов распределения. По результатам проведенного сравнения установлено, что потенциал CHARMM является наиболее подходящим для качественного моделирования жидких мембран на основе простых эфиров.

TITLE:
Molecular Dynamics Study of Diisopropyl Ether: Viscosity and Solubility

AUTHORS:
Kashurin O. V., Kondratyuk N. D., Lankin A. V., Norman G. E.

KEYWORDS:
diisopropyl ether, molecular dynamics, interatomic potential, viscosity, solubility, partition coefficients

ABSTRACT:
Ethers, including diisopropyl, are promising components of liquid membranes - ion-selective barriers that can be used to isolate rare earth metals from aqueous solutions and create new electrochemical batteries. The variety of mixtures of organic substances containing diisopropyl makes it reasonable to use molecular dynamics methods to study them. In this case, it is necessary to find the interatomic potential that would allow to model liquid membranes based on ethers at least at qualitative level. For this purpose, in this work we verify four classical interatomic potentials: GAFF, OPLS-AA, CHARMM and COMPASS. The accuracy of reproducing the transport and thermodynamic properties of diisopropyl and its solutions is estimated. For each of the four potentials, the density and viscosity of diisopropyl ether are calculated in the temperature range 243–333 K. It was found that all four potentials reproduce the density of diisopropyl ether. However, GAFF and OPLS-AA overestimate the viscosity coefficients by 1.5-2 times. At room temperatures, CHARMM satisfactorily reproduces the viscosity: deviation from experiment is within 20-40%. COMPASS accurately reproduces viscosity of diisopropyl, giving a deviation in the room temperature region of no more than 2-4%. The work also uses CHARMM and COMPASS to estimate mutual solubility of diisopropyl and water and partition coefficients of ethanol in the water – diisopropyl system. CHARMM gives the same order of magnitude for solubility and partition coefficients as the experimental data. COMPASS gives an order of magnitude deviation for solubility and partition coefficients. Based on the results of the comparison, it was found that the CHARMM potential is the most suitable for qualitative modeling of liquid membranes based on ethers.