Aktivitätskoeffizienten komplexer Moleküle aus molekularer Simulation

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Die Bestimmung von Aktivitätskoeffizienten komplexer Moleküle in Lösung durch molekulare Simulation stellt besondere Anforderungen. So sind die für kleine Moleküle entwickelten Methoden zwar prinzipiell anwendbar, erfordern aber einen unverhältnismäßig hohen Rechenaufwand und sind daher bisher nur sehr vereinzelt auf komplexe Moleküle angewendet worden. Ziel des beantragten Projektes ist daher die Entwicklung von Methoden, die die Bestimmung der Aktivitätskoeffizienten komplexer Moleküle mit vertretbarem Zeitaufwand und mit für ingenieurtechnische Anwendungen ausreichender Genauigkeit gestatten. Hierzu sollen zwei Lösungsansätze verfolgt und schließlich miteinander kombiniert werden. Zunächst soll eine Methodik entwickelt werden, den Aktivitätskoeffizienten eines gelösten, komplexen Moleküls durch Gibbs-Duhem-Integration aus den durch molekulare Simulation ermittelten Aktivitätskoeffizienten des einfacheren Lösungsmittel-Moleküls zu bestimmen. Alternativ soll der Aktivitätskoeffizient des gelösten Moleküls durch molekulare Simulation mit effektiven Potentialen berechnet werden (Coarse-Graining). Schließlich wird untersucht, inwieweit sich der Berechnungsaufwand bei gleich bleibender Genauigkeit durch eine Kombination beider Methoden (Gibbs-Duhem-Integration der mit Coarse-Graining ermittelten Aktivitätskoeffizienten des Lösungsmittels) weiter reduzieren lässt. Das Projekt ordnet sich damit in den Arbeitsschwerpunkt „Prädiktive Stoffdatenmodelle" des Schwerpunktprogramms ein.