Determinación de la solubilidad de alcoholes en agua a presión atmosférica

Abstract

Trabajo de Máster Universitario en Simulación Molecular (2023/24). Directores: Dr. Felipe Jiménez Blas; Dr. Jesús Algaba Fernández. En este Trabajo Fin de Master se ha llevado a cabo el estudio de las propiedades interfaciales y de equilibrio líquido-líquido de la mezcla 1- butanol+agua. En particular, se han obtenido los perfiles de densidad, las solubilidades y densidades de ambas fases en equilibrio, así como la tensión interfacial. Este estudio se ha realizado a la presión de 1 bar y en un rango de temperaturas desde 280 hasta 380 K. Este trabajo se ha realizado mediante simulación en dinámica molecular utilizando el paquete de simulación GROMACS (versión 2016.5 en doble precisión). El modelo de agua utilizado es el ampliamente conocido TIP4P/2005 mientras que el 1-butanol ha sido modelado con el campo de fuerzas TraPPE (Transferable Potentials for Phase Equilibria). Los resultados obtenidos en este trabajo han sido comparados con resultados publicados previamente en la literatura obtenida mediante experimentos. Además, los resultados obtenidos en este trabajo se comparan con los resultados de un trabajo ya publicado, donde el mismo sistema fue estudiado mediante simulación molecular. Los modelos y los detalles de simulación usados en ambos trabajos son idénticos, excepto el valor del radio de corte para las interacciones dispersivas. En el trabajo tomado de la literatura, el radio de corte fue de 1.975 nm y no se aplicaron correcciones de largo alcance. En este trabajo, se ha empleado un radio de corte menor, 1.185 nm, pero se han utilizado correcciones de largo alcance inhomogéneas para las interacciones dispersivas. De este modo se podrá discutir el efecto del radio de corte sobre las propiedades anteriormente mencionadas.

In this Master's Thesis, the study of the interfacial properties and liquid-liquid equilibrium of the 1-butanol+water mixture has been carried out. In particular, the density profiles, solubilities and densities of both phases in equilibrium, as well as the interfacial tension, have been obtained. This study was carried out at a pressure of 1 bar and in a temperature range from 280 to 380 K. This work has been carried out by simulation in molecular dynamics using the GROMACS simulation package (version 2016.5 in double precision). The water model used is the widely known TIP4P/2005 while 1-butanol has been modeled with the TraPPE (Transferable Potentials for Phase Equilibria) force field. The results obtained in this work have been compared with results previously published in the literature obtained through experiments. Furthermore, the results obtained in this work are compared with the results of an already published work, where the same system was studied by molecular simulation. The models and simulation details used in both works are identical except for the cutoff radius value for dispersive interactions. In the work taken from the literature, the cutoff radius was 1.975 nm and no long-range corrections were applied. In this work, a smaller cutoff radius, 1.185 nm, has been used, but inhomogeneous long-range corrections have been used for dispersive interactions. In this way, the effect of the cutting radius on the aforementioned properties can be discussed.