[发明专利]一种计算液体酸解离过程吉布斯自由能变的方法

说明书

本发明公开了一种计算液体酸解离过程吉布斯自由能变的方法，包括以下步骤：确定液体酸298K时在水溶液中解离的吉布斯自由能变参考值ΔG_a(aq,298K)_ref；确定液体酸解离温度T时在溶剂中解离的吉布斯自由能变计算值ΔG_a(solvent,T)_calc；确定液体酸298K时在水溶液中解离的吉布斯自由能变计算值ΔG_a(aq,298K)_calc；计算液体酸解离过程吉布斯自由能变ΔG_a，该方法能够较为准确计算液体酸解离过程吉布斯自由能变。

技术领域

本发明属于量子化学技术领域，涉及一种计算液体酸解离过程吉布斯自由能变的方法。

背景技术

在有液体酸催化的化学反应过程中，酸分子首先会发生解离作用生成H⁺和对应的阴离子(A^-)，进而由H⁺和A^-在反应物相应的位点上进行催化，因此酸解离过程是计算整个催化反应反应能垒的一部分。当酸解离过程最慢时，会成为整个反应的速控步骤。因此，在催化反应的微观动力学模型中，酸解离过程吉布斯自由能变的准确计算对有液体酸催化的反应过程中反应能垒及反应速率常数的确定具有十分重要的意义。

利用密度泛函理论求解液体酸解离过程吉布斯自由能变的主要技术难点在于液体酸解离产生的H⁺和A^-为带电离子，与呈电中性的分子相比，带电离子吉布斯自由能的计算往往不够精确，尤其对于不含电子的H+而言。吉布斯自由能由电子能量和吉布斯自由能校正量两部分组成。H+不含电子，利用密度泛函理论计算其电子能量时，结果往往为零，然而，电子能量不仅包含电子的动能、电子间互斥能及电子与核的吸引能，还应包含核间互斥能，因此H⁺的电子能量不应为零，直接对H⁺进行电子能量及吉布斯自由能的计算，误差较大，同时会使得液体酸解离产物(H⁺+A^-)的总吉布斯自由能出现较大误差。因此，单独计算H⁺、A^-的吉布斯自由能，相加后直接与酸分子吉布斯自由能差减所得解离过程的吉布斯自由能变的计算方式存在较大误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种计算液体酸解离过程吉布斯自由能变的方法，该方法能够较为准确计算液体酸解离过程吉布斯自由能变。

为达到上述目的，本发明所述的计算液体酸解离过程吉布斯自由能变的方法包括以下步骤：

确定液体酸298K时在水溶液中解离的吉布斯自由能变参考值ΔG_a(aq，298K)_ref；

确定液体酸解离温度T时在溶剂中解离的吉布斯自由能变计算值ΔG_a(solvent，T)_calc；

确定液体酸298K时在水溶液中解离的吉布斯自由能变计算值ΔG_a(aq，298K)_calc；

计算液体酸解离过程吉布斯自由能变ΔG_a为：

ΔG_a＝ΔG_a(aq，298K)_ref+ΔG_a(solvent，T)_calc-ΔG_a(aq，298K)_calc；

其中，液体酸HA在溶剂中所得解离产物为氢离子H⁺及阴离子A^-。

所述液体酸包括盐酸、硫酸或硝酸；解离发生的溶剂介质包括水或四氢呋喃。