Modelo COSMO-SAC como ferramenta de engenharia química

Abstract

Uma variedade de modelos tem sido proposta para descrever a dependência do coeficiente de atividade com a composição da mistura e a temperatura. Estes modelos se focam na energia livre de Gibbs em excesso (Gex). Recentemente Klamt (1995) propôs uma perspectiva completamente nova para a termodinâmica da fase líquida. Em contraste com os modelos de Gex existentes, como os de contribuição de grupos (UNIFAC), Klamt partiu da solvatação das moléculas em um condutor e desenvolveu o COnductor-like Screening Model for Real Solvent (COSMO-RS) que, em princípio, pode ser usado para determinar o coeficiente de atividade de qualquer espécie em qualquer mistura através de cálculos de mecânica quântica. Estes modelos permitem prever propriedades termo-físicas sem quaisquer dados experimentais. Neste trabalho será apresentado uma variação do modelo porposto pro Klamt, o modelo COSMO-SAC, que encontra-se implementado no programa computacional JCOSMO. Será feita uma introdução ao modelo explicando a teoria envolvida e como os cálculos são desenvolvidos, explicando o significado de cada um dos termos e equações do modelo. Um dos objetivos deste trabalho é tornar a tecnologia COSMO mais conhecida e facilitar a sua compreensão. Foi realizada uma análise qualitativa que permite entender muito bem porque algumas moléculas têm tanta afinidade, enquanto outras não. Além disso, estudos de caso quantitativos foram utilizados para avaliar a predição do COSMO-SAC para substâncias que não formem ligação de hidrogênio, desprezando esta contribuição no modelo. Foi realizada a predição do coeficiente de atividade em diluição infinita de 10 alcanos em 27 solventes, apresentando resultados com razoável precisão. No último estudo de caso, o COSMO-SAC foi utilizado para predizer a seletividade de sete solventes para a separação da mistura benzeno/ciclohexano/ciclohexeno.