Entropies of Condensed Phases and Complex Systems (eBook)

A First Principles Approach
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2011 | 2011
XVI, 225 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-642-15736-3 (ISBN)

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Entropies of Condensed Phases and Complex Systems - Christian Spickermann
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Predicting thermodynamic quantities for chemically realistic systems on the basis of atomistic calculations is still, even today, a nontrivial task. Nonetheless, accurate treatment of inter-particle interactions, in terms of quantum chemical first principles methods, is a prerequisite for many applications, because of the complexity of both reactants and solvents in modern molecular sciences. Currently, a straightforward calculation of thermodynamic properties from these methods is only possible for high-temperature and low- density systems. Although the enthalpy of a system can often be predicted to a good level of precision with this ideal gas approach, calculating the entropy contribution to the free energy is problematic, especially as the density of the system increases. This thesis contains a compact and coherent introduction of basic theoretical features. The foundations are then laid for the development of approaches suitable for calculation of condensed phase entropies on the basis of well-established quantum chemical methods. The main emphasis of this work is on realistic systems in solution, which is the most important environment for chemical synthesis. The presented results demonstrate how isolated molecular concepts typically employed in modern quantum chemistry can be extended for the accurate determination of thermodynamic properties by means of scale- transferring approaches.

Supervisor's Foreword 7
Acknowledgments 10
Contents 11
List of Abbreviations and Symbols 13
Introduction 15
References 17
From Atomistic Calculations to Thermodynamic Quantities 18
2.1 The Rigid Rotor Harmonic Oscillator Model 18
2.2 The Quantum Cluster Equilibrium Approach 33
2.3 Thermodynamic Data from Molecular Dynamics Simulations 45
References 53
Assessment of the Rigid Rotor Harmonic Oscillator Model at Increased Densities 55
3.1 Supramolecular Compounds as Test Systems of High Complexity 55
3.2 A Quantitative Error Analysis of the Rigid Rotor Harmonic Oscillator Model 76
References 129
Liquid Phase Thermodynamics from the Quantum Cluster Equilibrium Model 132
4.1 Quantum Cluster Equilibrium Computations for Associated Liquids 132
4.2 Liquid Phase Entropies from the Quantum Cluster Equilibrium Model 165
References 185
Phase Transitions 187
5.1 Phase Transition Properties from the Parameter-Free Model 187
5.2 Liquid–Vapor Phase Transition and Cooperativity 195
References 220
Outlook 221
References 225
Appendix 226
7.1 Computational Details 226
7.2 The Effect of the Boltzmann Operator on a Product Wave Function for Non- Interacting Particles 228
References 229
Index 231

Erscheint lt. Verlag 18.1.2011
Reihe/Serie Springer Theses
Zusatzinfo XVI, 225 p.
Verlagsort Berlin
Sprache englisch
Themenwelt Naturwissenschaften Chemie
Naturwissenschaften Physik / Astronomie
Technik
Schlagworte Entropy calculations • First principles methods • Liquid phase thermodynamics • Liquid vapor phase transition • Quantum Cluster Equilibrium model • Rigid-rotor-harmonic-oscillator approximation • solvent effects • supramolecular chemistry
ISBN-10 3-642-15736-X / 364215736X
ISBN-13 978-3-642-15736-3 / 9783642157363
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