Método Joback

El método Joback ^[1] (a menudo llamado método Joback/Reid ) predice once propiedades termodinámicas de componentes puros importantes y comúnmente utilizadas solo a partir de la estructura molecular.

El método Joback es un método de contribución de grupo . Este tipo de métodos utilizan información estructural básica de una molécula química, como una lista de grupos funcionales simples, agregan parámetros a estos grupos funcionales y calculan propiedades termofísicas y de transporte como una función de la suma de los parámetros del grupo.

Joback asume que no hay interacciones entre los grupos y, por lo tanto, solo utiliza contribuciones aditivas y ninguna contribución para las interacciones entre grupos. Otros métodos de contribución de grupo, especialmente métodos como UNIFAC , que estiman propiedades de mezcla como coeficientes de actividad, utilizan tanto parámetros de grupo aditivos simples como parámetros de interacción de grupo. La gran ventaja de usar solo parámetros de grupo simples es el pequeño número de parámetros necesarios. El número de parámetros de interacción de grupo necesarios se vuelve muy alto para un número creciente de grupos (1 para dos grupos, 3 para tres grupos, 6 para cuatro grupos, 45 para diez grupos y el doble si las interacciones no son simétricas).

Nueve de las propiedades son valores independientes de la temperatura, en su mayoría estimados mediante una simple suma de la contribución del grupo más un sumando. Dos de las propiedades estimadas dependen de la temperatura: la capacidad térmica del gas ideal y la viscosidad dinámica de los líquidos. El polinomio de capacidad térmica utiliza 4 parámetros, y la ecuación de viscosidad solo 2. En ambos casos, los parámetros de la ecuación se calculan mediante contribuciones del grupo.

El método Joback es una extensión del método Lydersen ^[2] y utiliza grupos, fórmulas y parámetros muy similares para las tres propiedades que Lydersen ya admitía ( temperatura crítica , presión crítica y volumen crítico).

Joback amplió la gama de propiedades admitidas, creó nuevos parámetros y modificó ligeramente las fórmulas del antiguo método Lydersen.

La popularidad y el éxito del método Joback se deben principalmente a la lista única de propiedades que se incluye en el grupo. Esto permite obtener las once propiedades admitidas a partir de un único análisis de la estructura molecular.

El método Joback utiliza además un esquema de grupos muy simple y fácil de asignar, lo que hace que el método sea utilizable también para personas con conocimientos químicos básicos.

Los últimos avances en métodos de estimación ^{[3] [4]} han demostrado que la calidad del método Joback es limitada. Los autores originales ya lo afirmaron en el resumen del artículo original: "No se pretende que sean muy precisos, pero los métodos propuestos suelen ser tan precisos como las técnicas que se utilizan habitualmente en la actualidad o incluso más".

La lista de grupos no cubre suficientemente muchas moléculas comunes. En particular, los compuestos aromáticos no se diferencian de los componentes normales que contienen anillos. Esto es un problema grave porque los componentes aromáticos y alifáticos difieren enormemente.

La base de datos que Joback y Reid utilizaron para obtener los parámetros de grupo era bastante pequeña y cubría sólo un número limitado de moléculas diferentes. La mejor cobertura se logró para los puntos de ebullición normales (438 componentes) y la peor para los calores de fusión (155 componentes). Los desarrollos actuales que pueden utilizar bancos de datos, como el Banco de Datos de Dortmund o la base de datos DIPPR, tienen una cobertura mucho más amplia.

La fórmula utilizada para la predicción del punto de ebullición normal presenta otro problema. Joback asumió una contribución constante de los grupos añadidos en series homólogas como los alcanos . Esto no describe correctamente el comportamiento real de los puntos de ebullición normales. ^[5] En lugar de la contribución constante, se debe aplicar una disminución de la contribución con el aumento del número de grupos. La fórmula elegida del método de Joback conduce a altas desviaciones para moléculas grandes y pequeñas y una estimación aceptablemente buena solo para componentes de tamaño mediano.

En las siguientes fórmulas, G _i denota una contribución de grupo. G _i se cuentan para cada grupo disponible. Si un grupo está presente varias veces, cada ocurrencia se cuenta por separado.

${\displaystyle T_{\text{b}}[{\text{K}}]=198,2+\sum T_{{\text{b}},i}.}$

${\displaystyle T_{\text{m}}[{\text{K}}]=122,5+\sum T_{{\text{m}},i}.}$

${\displaystyle T_{\text{c}}[{\text{K}}]=T_{\text{b}}[0,584+0,965\sum T_{{\text{c}},i}-\left(\sum T_{{\text{c}},i}\right)^{2}\right]^{-1}.}$

Esta ecuación de temperatura crítica necesita un punto de ebullición normal T _b . Si se dispone de un valor experimental, se recomienda utilizar este punto de ebullición. Por otra parte, también es posible introducir el punto de ebullición normal estimado por el método de Joback. Esto dará lugar a un error mayor.

${\displaystyle P_{\text{c}}[{\text{barra}}]=\left[0.113+0.0032\,N_{\text{a}}-\sum P_{{\text{c}},i}\right]^{-2},}$

donde N _a es el número de átomos en la estructura molecular (incluidos los hidrógenos).

${\displaystyle V_{\text{c}}[{\text{cm}}^{3}/{\text{mol}}]=17,5+\sum V_{{\text{c}},i}.}$

${\displaystyle H_{\text{formación}}[{\text{kJ}}/{\text{mol}}]=68,29+\sum H_{{\text{forma}},i}.}$

${\displaystyle G_{\text{formación}}[{\text{kJ}}/{\text{mol}}]=53,88+\sum G_{{\text{forma}},i}.}$

${\displaystyle C_{P}[{\text{J}}/({\text{mol}}\cdot {\text{K}})]=\suma a_{i}-37,93+\left[\sum b_{i}+0,210\right]T+\left[\sum c_{i}-3,91\cdot 10^{-4}\right]T^{2}+\left[\sum d_{i}+2,06\cdot 10^{-7}\right]T^{3}.}$

El método Joback utiliza un polinomio de cuatro parámetros para describir la dependencia de la temperatura de la capacidad calorífica del gas ideal. Estos parámetros son válidos desde 273 K hasta aproximadamente 1000 K. Pero se puede ampliar hasta 1500 K si no te importa un poco de incertidumbre aquí y allá.

${\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}[{\text{kJ}}/{\text{mol}}]=15,30+\sum H_{{\text{vap}},i}.}$

${\displaystyle \Delta H_{\text{fus}}[{\text{kJ}}/{\text{mol}}]=-0,88+\sum H_{{\text{fus}},i}.}$

${\displaystyle \eta _{\text{L}}[{\text{Pa}}\cdot {\text{s}}]=M_{\text{w}}exp{\left[\left(\sum \eta _{a}-597,82\right)/T+\sum \eta _{b}-11,202\right]},}$

donde M _w es el peso molecular .

El método utiliza una ecuación de dos parámetros para describir la dependencia de la temperatura de la viscosidad dinámica. Los autores afirman que los parámetros son válidos desde la temperatura de fusión hasta el 0,7 de la temperatura crítica ( T _r  < 0,7).

La acetona (propanona) es la cetona más simple y se separa en tres grupos en el método de Joback: dos grupos metilo (−CH ₃ ) y un grupo cetona (C=O). Como el grupo metilo está presente dos veces, sus contribuciones deben agregarse dos veces.

• Herramienta de dibujo molecular y estimación de propiedades en línea con el método Joback
• Estimación de propiedades en línea con el método Joback