Molekulare Simulation der Löslichkeit von Gasen in reinen ionischen Fluiden und in Lösungsmittelgemischen

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Die Löslichkeit von Gasen in flüssigen Lösungen wird in der Regel mit Hilfe der Henry´schen Konstanten beschrieben. Die Henry´sche Konstante entspricht in ihrer physikalischen Bedeutung dem Dampfdruck des Gases, wenn es nur von Lösungsmittelmolekülen umgeben ist. Die Henry´sche Konstante für die Löslichkeit eines Gases in einem reinen Lösungsmittel kann bisher zuverlässig nur experimentell bestimmt werden. Die Henry´sche Konstante für die Löslichkeit eines Gases in ein Lösungsmittelgemisch wird üblicherweise mit Hilfe mehr oder weniger empirischer Ansätze für die Gibbs´sche Energie der Flüssigkeit aus den Henry´schen Konstanten für die Löslichkeit des Gases in den einzelnen Lösungsmittelkomponenten und Informationen über die gasfreie Lösungsmittelmischung abgeschätzt. Diese Methoden führen jedoch in der Regel nur zu recht unbefriedigenden Ergebnissen, insbesondere dann, wenn sich die Lösungsmittelkomponenten in ihrer chemischen bzw. physikalischen Natur stark unterscheiden. Enthält das Lösungsmittelgemisch darüber hinaus Komponenten, die im interessierenden Temperaturbereich rein als Feststoffe vorliegen, ist diese Methode überhaupt nicht anwendbar - da die Henry´schen Konstanten in den reinen hypothetischen Flüssigkeiten (d.h. den Feststoffen) experimentell nicht zugänglich sind. Die molekulare Simulation (z. B. Gibbs Ensemble Monte-Carlo-Simulationen) bietet eine Möglichkeit - ausgehend von entweder empirischen oder (teilweise) auch quanten-chemisch begründeten Ansätzen für das zwischenmolekulare Potential Henry´sche Konstanten in reinen Lösungsmitteln und Lösungsmittelmischungen (auch bei Anwesenheit weiterer Komponenten, z.B. Feststoffe und Salze) zu berechnen. Die Ergebnisse solcher Simulationen sind gegebenenfalls auch geeignet, konventionelle Methoden zur Korrelation von Henry´schen Konstanten zu verbessern und weiter zu entwickeln. Im beantragten Forschungsvorhaben sollen Methoden zur molekularen Simulation der Gaslöslichkeit in ionischen Flüssigkeiten und in Lösungsmittelgemischen entwickelt und an aktuellen Beispielen (z.B. Löslichkeit von Kohlendioxid in wässrigen Lösungen organischer Lösungsmittel bzw. in wasserhaltigen ionischen Flüssigkeiten) erprobt werden.