Jobackova metoda - Joback method - Wikipedia
The Jobackova metoda[1] (často pojmenovaný Joback / Reid metoda) předpovídá jedenáct důležitých a běžně používaných termodynamických vlastností čistých komponent pouze z molekulární struktury.
Základní principy
Metoda skupinových příspěvků

Metoda Joback je a metoda skupinových příspěvků. Tyto druhy metod využívají základní strukturní informace o chemické molekule, jako je seznam jednoduchých funkčních skupin, přidávají k těmto funkčním skupinám parametry a vypočítávají termofyzikální a transportní vlastnosti jako funkci součtu parametrů skupiny.
Joback předpokládá, že mezi skupinami neexistují žádné interakce, a proto pro interakce mezi skupinami používá pouze aditivní příspěvky a žádné příspěvky. Další metody skupinových příspěvků, zejména metody jako UNIFAC, které odhadují vlastnosti směsi, jako jsou koeficienty aktivity, používají jak jednoduché parametry aditivní skupiny, tak parametry skupinové interakce. Velkou výhodou použití pouze jednoduchých skupinových parametrů je malý počet potřebných parametrů. Počet potřebných parametrů skupinové interakce se velmi zvyšuje s rostoucím počtem skupin (1 pro dvě skupiny, 3 pro tři skupiny, 6 pro čtyři skupiny, 45 pro deset skupin a dvakrát tolik, pokud interakce nejsou symetrické).
Devět z vlastností jsou jednotlivé hodnoty nezávislé na teplotě, většinou odhadované jednoduchým součtem příspěvku skupiny plus sčítání. Dvě z odhadovaných vlastností jsou závislé na teplotě: ideální plyn tepelná kapacita a dynamika viskozita kapalin. Tepelná kapacita polynomiální používá 4 parametry a rovnici viskozity pouze 2. V obou případech se parametry rovnice počítají pomocí skupinových příspěvků.
Dějiny
Metoda Joback je rozšířením Lydersenova metoda[2] a používá velmi podobné skupiny, vzorce a parametry pro tři vlastnosti, které Lydersen již podporoval (kritická teplota, kritický tlak, kritický objem).
Joback rozšířil rozsah podporovaných vlastností, vytvořil nové parametry a mírně upravil vzorce staré Lydersenovy metody.
Modelovat silné a slabé stránky
Silné stránky
Popularita a úspěch metody Joback pochází hlavně ze seznamu jedné skupiny pro všechny vlastnosti. To umožňuje jednomu získat všech jedenáct podporovaných vlastností z jediné analýzy molekulární struktury.
Metoda Joback navíc používá velmi jednoduché a snadno přiřaditelné skupinové schéma, díky čemuž je metoda použitelná pro lidi pouze se základními chemickými znalostmi.
Slabé stránky

Novější vývoj metod odhadu[3][4] prokázali, že kvalita metody Joback je omezená. Původní autoři již uvedli v původním abstraktu článku: „Vysoká přesnost není nárokována, ale navrhované metody jsou často stejně nebo přesnější než dnes běžně používané techniky.“
Seznam skupin dostatečně nepokrývá mnoho běžných molekul. Zejména aromatické sloučeniny se neliší od normálních složek obsahujících kruh. To je vážný problém, protože aromatické a alifatické složky se silně liší.
Databáze Joback a Reid použitá k získání parametrů skupiny byla poměrně malá a pokrývala pouze omezený počet různých molekul. Nejlepšího pokrytí bylo dosaženo při normálních bodech varu (438 složek) a nejhoršího při fúzích (155 složek). Aktuální vývoj, který může využívat datové banky, jako je Dortmundská datová banka nebo databáze DIPPR, mají mnohem širší pokrytí.
Vzorec použitý pro predikci normálního bodu varu ukazuje další problém. Joback předpokládal neustálý příspěvek přidaných skupin v homologních sériích, jako je alkany. To nepopisuje skutečné chování normálních bodů varu správně.[5] Namísto stálého příspěvku je třeba použít snížení příspěvku se zvyšujícím se počtem skupin. Zvolený vzorec Jobackovy metody vede k velkým odchylkám pro velké a malé molekuly a přijatelný dobrý odhad pouze pro středně velké komponenty.
Vzorce
V následujících vzorcích Gi označuje skupinový příspěvek. Gi se počítají pro každou dostupnou skupinu. Pokud je skupina přítomna vícekrát, počítá se každý výskyt zvlášť.
Normální bod varu
Bod tání
Kritická teplota
Tato rovnice kritické teploty potřebuje normální bod varu Tb. Pokud je k dispozici experimentální hodnota, doporučuje se použít tento bod varu. Na druhou stranu je také možné zadat normální bod varu odhadovaný metodou Joback. To povede k vyšší chybě.
Kritický tlak
kde NA je počet atomů v molekulární struktuře (včetně vodíků).
Kritický objem
Vznikající teplo (ideální plyn, 298 K)
Gibbsova energie formace (ideální plyn, 298 K)
Tepelná kapacita (ideální plyn)
Metoda Joback používá čtyřparametrový polynom k popisu teplotní závislosti tepelné kapacity ideálního plynu. Tyto parametry jsou platné od 273 K do přibližně 1 000 K.
Odpařovací teplo za normálního bodu varu
Teplo fúze
Dynamická viskozita kapaliny
kde Mw je molekulární váha.
Metoda používá dvouparametrovou rovnici k popisu teplotní závislosti dynamické viskozity. Autoři uvádějí, že parametry jsou platné od teploty tání do 0,7 kritické teploty (Tr < 0.7).
Skupinové příspěvky
Skupina | TC | PC | PROTIC | Tb | Tm | Hformulář | Gformulář | A | b | C | d | Hfúze | Hvap | ηA | ηb |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Data kritického stavu | Teploty fázových přechodů | Chemická kalorická vlastnosti | Ideální plynové tepelné kapacity | Entalpie fázových přechodů | Dynamická viskozita | ||||||||||
Skupiny bez kruhu | |||||||||||||||
-CH3 | 0.0141 | −0.0012 | 65 | 23.58 | −5.10 | −76.45 | −43.96 | 1,95E + 1 | −8,08E − 3 | 1,53E − 4 | −9,67 E − 8 | 0.908 | 2.373 | 548.29 | −1.719 |
-CH2− | 0.0189 | 0.0000 | 56 | 22.88 | 11.27 | −20.64 | 8.42 | −9,09 E − 1 | 9,50 E − 2 | −5,44E − 5 | 1,19E − 8 | 2.590 | 2.226 | 94.16 | −0.199 |
> CH− | 0.0164 | 0.0020 | 41 | 21.74 | 12.64 | 29.89 | 58.36 | -2,30 E + 1 | 2,04E − 1 | −2,65E − 4 | 1,20E − 7 | 0.749 | 1.691 | −322.15 | 1.187 |
> C < | 0.0067 | 0.0043 | 27 | 18.25 | 46.43 | 82.23 | 116.02 | -6,62 E + 1 | 4.27E − 1 | -6,41E − 4 | 3.01E −7 | −1.460 | 0.636 | −573.56 | 2.307 |
= CH2 | 0.0113 | −0.0028 | 56 | 18.18 | −4.32 | −9.630 | 3.77 | 2,36E + 1 | −3,81E − 2 | 1,72E − 4 | −1,03 E − 7 | −0.473 | 1.724 | 495.01 | −1.539 |
= CH− | 0.0129 | −0.0006 | 46 | 24.96 | 8.73 | 37.97 | 48.53 | −8.00 | 1,05E − 1 | −9,63 E − 5 | 3,56E − 8 | 2.691 | 2.205 | 82.28 | −0.242 |
= C < | 0.0117 | 0.0011 | 38 | 24.14 | 11.14 | 83.99 | 92.36 | −2,81E + 1 | 2,08E − 1 | −3.06E − 4 | 1,46E − 7 | 3.063 | 2.138 | n. A. | n. A. |
= C = | 0.0026 | 0.0028 | 36 | 26.15 | 17.78 | 142.14 | 136.70 | 2,74 E + 1 | −5,57E − 2 | 1.01E − 4 | −5,02 E − 8 | 4.720 | 2.661 | n. A. | n. A. |
≡CH | 0.0027 | −0.0008 | 46 | 9.20 | −11.18 | 79.30 | 77.71 | 2,45E + 1 | -2,71 E − 2 | 1.11E − 4 | −6,78 E − 8 | 2.322 | 1.155 | n. A. | n. A. |
≡C− | 0.0020 | 0.0016 | 37 | 27.38 | 64.32 | 115.51 | 109.82 | 7.87 | 2.01E − 2 | −8,33 E − 6 | 1.39E-9 | 4.151 | 3.302 | n. A. | n. A. |
Skupiny vyzvánění | |||||||||||||||
-CH2− | 0.0100 | 0.0025 | 48 | 27.15 | 7.75 | −26.80 | −3.68 | −6.03 | 8,54E − 2 | −8,00 E − 6 | −1,80E − 8 | 0.490 | 2.398 | 307.53 | −0.798 |
> CH− | 0.0122 | 0.0004 | 38 | 21.78 | 19.88 | 8.67 | 40.99 | -2,05 E + 1 | 1,62 E − 1 | −1,60E − 4 | 6,24E − 8 | 3.243 | 1.942 | −394.29 | 1.251 |
> C < | 0.0042 | 0.0061 | 27 | 21.32 | 60.15 | 79.72 | 87.88 | −9,09 E + 1 | 5,57E − 1 | −9,00 E − 4 | 4,69 E − 7 | −1.373 | 0.644 | n. A. | n. A. |
= CH− | 0.0082 | 0.0011 | 41 | 26.73 | 8.13 | 2.09 | 11.30 | −2.14 | 5,74E − 2 | −1,64E − 6 | −1,59E − 8 | 1.101 | 2.544 | 259.65 | −0.702 |
= C < | 0.0143 | 0.0008 | 32 | 31.01 | 37.02 | 46.43 | 54.05 | −8.25 | 1,01E − 1 | −1,42E − 4 | 6,78E − 8 | 2.394 | 3.059 | -245.74 | 0.912 |
Halogenové skupiny | |||||||||||||||
- F. | 0.0111 | −0.0057 | 27 | −0.03 | −15.78 | −251.92 | −247.19 | 2,65E + 1 | −9,13 E − 2 | 1,91E − 4 | −1,03 E − 7 | 1.398 | −0.670 | n. A. | n. A. |
-Cl | 0.0105 | −0.0049 | 58 | 38.13 | 13.55 | −71.55 | −64.31 | 3,33E + 1 | −9,63 E − 2 | 1,87E − 4 | −9,96E − 8 | 2.515 | 4.532 | 625.45 | −1.814 |
- Br | 0.0133 | 0.0057 | 71 | 66.86 | 43.43 | −29.48 | −38.06 | 2,86E + 1 | −6,49E − 2 | 1,36E − 4 | −7,45 E − 8 | 3.603 | 6.582 | 738.91 | −2.038 |
- Já | 0.0068 | −0.0034 | 97 | 93.84 | 41.69 | 21.06 | 5.74 | 3.21E + 1 | −6,41E − 2 | 1,26E − 4 | −6,87 E − 8 | 2.724 | 9.520 | 809.55 | −2.224 |
Skupiny kyslíku | |||||||||||||||
−OH (alkohol) | 0.0741 | 0.0112 | 28 | 92.88 | 44.45 | −208.04 | −189.20 | 2,57E + 1 | −6,91E − 2 | 1,77E − 4 | −9,88 E − 8 | 2.406 | 16.826 | 2173.72 | −5.057 |
−OH (fenol) | 0.0240 | 0.0184 | −25 | 76.34 | 82.83 | −221.65 | −197.37 | −2.81 | 1,11E − 1 | −1,16E − 4 | 4,94E − 8 | 4.490 | 12.499 | 3018.17 | −7.314 |
−O− (bez zvonění) | 0.0168 | 0.0015 | 18 | 22.42 | 22.23 | −132.22 | −105.00 | 2,55E + 1 | −6,32 E − 2 | 1.11E − 4 | -5,48E − 8 | 1.188 | 2.410 | 122.09 | −0.386 |
−O− (zazvonit) | 0.0098 | 0.0048 | 13 | 31.22 | 23.05 | −138.16 | −98.22 | 1,22E + 1 | −1,26E − 2 | 6,03E − 5 | -3,86 E − 8 | 5.879 | 4.682 | 440.24 | −0.953 |
> C = O (bez kroužku) | 0.0380 | 0.0031 | 62 | 76.75 | 61.20 | −133.22 | −120.50 | 6.45 | 6,70E − 2 | −3,57E − 5 | 2,86E − 9 | 4.189 | 8.972 | 340.35 | −0.350 |
> C = O (kroužek) | 0.0284 | 0.0028 | 55 | 94.97 | 75.97 | −164.50 | −126.27 | 3,04 E + 1 | −8,29 E − 2 | 2,36E − 4 | −1,31 E − 7 | 0. | 6.645 | n. A. | n. A. |
O = CH- (aldehyd) | 0.0379 | 0.0030 | 82 | 72.24 | 36.90 | −162.03 | −143.48 | 3,09 E + 1 | −3,36E − 2 | 1,60E − 4 | −9,88 E − 8 | 3.197 | 9.093 | 740.92 | −1.713 |
−COOH (kyselina) | 0.0791 | 0.0077 | 89 | 169.09 | 155.50 | −426.72 | −387.87 | 2,41 E + 1 | 4.27E − 2 | 8,04E − 5 | −6,87 E − 8 | 11.051 | 19.537 | 1317.23 | −2.578 |
−COO− (ester) | 0.0481 | 0.0005 | 82 | 81.10 | 53.60 | −337.92 | −301.95 | 2,45E + 1 | 4.02E − 2 | 4.02E − 5 | −4,52E − 8 | 6.959 | 9.633 | 483.88 | −0.966 |
= O (jiné než výše) | 0.0143 | 0.0101 | 36 | −10.50 | 2.08 | −247.61 | −250.83 | 6.82 | 1,96E − 2 | 1,27E − 5 | −1,78 E − 8 | 3.624 | 5.909 | 675.24 | −1.340 |
Skupiny dusíku | |||||||||||||||
- NH2 | 0.0243 | 0.0109 | 38 | 73.23 | 66.89 | −22.02 | 14.07 | 2,69 E + 1 | −4.12E − 2 | 1,64E − 4 | −9,76E − 8 | 3.515 | 10.788 | n. A. | n. A. |
> NH (bez kruhu) | 0.0295 | 0.0077 | 35 | 50.17 | 52.66 | 53.47 | 89.39 | −1.21 | 7,62 E − 2 | −4,86E − 5 | 1,05E − 8 | 5.099 | 6.436 | n. A. | n. A. |
> NH (kruh) | 0.0130 | 0.0114 | 29 | 52.82 | 101.51 | 31.65 | 75.61 | 1,18E + 1 | −2,30E − 2 | 1,07E − 4 | −6,28 E − 8 | 7.490 | 6.930 | n. A. | n. A. |
> N− (bez kroužku) | 0.0169 | 0.0074 | 9 | 11.74 | 48.84 | 123.34 | 163.16 | −3,11E + 1 | 2,27E − 1 | −3,20E − 4 | 1,46E − 7 | 4.703 | 1.896 | n. A. | n. A. |
−N = (bez prstence) | 0.0255 | -0.0099 | n. A. | 74.60 | n. A. | 23.61 | n. A. | n. A. | n. A. | n. A. | n. A. | n. A. | 3.335 | n. A. | n. A. |
−N = (zazvonit) | 0.0085 | 0.0076 | 34 | 57.55 | 68.40 | 55.52 | 79.93 | 8.83 | -3,84 E-3 | 4.35E − 5 | −2,60E − 8 | 3.649 | 6.528 | n. A. | n. A. |
= NH | n. A. | n. A. | n. A. | 83.08 | 68.91 | 93.70 | 119.66 | 5.69 | −4.12E − 3 | 1,28E − 4 | −8,88E − 8 | n. A. | 12.169 | n. A. | n. A. |
- CN | 0.0496 | −0.0101 | 91 | 125.66 | 59.89 | 88.43 | 89.22 | 3,65E + 1 | -7,33E − 2 | 1,84E − 4 | −1,03 E − 7 | 2.414 | 12.851 | n. A. | n. A. |
- NE2 | 0.0437 | 0.0064 | 91 | 152.54 | 127.24 | −66.57 | −16.83 | 2,59 E + 1 | −3,74E − 3 | 1,29E − 4 | −8,88E − 8 | 9.679 | 16.738 | n. A. | n. A. |
Skupiny síry | |||||||||||||||
- SH | 0.0031 | 0.0084 | 63 | 63.56 | 20.09 | −17.33 | −22.99 | 3,53E + 1 | −7,58E − 2 | 1,85E − 4 | −1,03 E − 7 | 2.360 | 6.884 | n. A. | n. A. |
−S− (bez zvonění) | 0.0119 | 0.0049 | 54 | 68.78 | 34.40 | 41.87 | 33.12 | 1,96E + 1 | −5,61 E − 3 | 4.02E − 5 | -2,76 E − 8 | 4.130 | 6.817 | n. A. | n. A. |
−S− (zazvonit) | 0.0019 | 0.0051 | 38 | 52.10 | 79.93 | 39.10 | 27.76 | 1,67E + 1 | 4,81E − 3 | 2,77E − 5 | −2,11 E − 8 | 1.557 | 5.984 | n. A. | n. A. |
Příklad výpočtu
Aceton (propanon) je nejjednodušší keton a je v metodě Joback rozdělena do tří skupin: dvě methylové skupiny (-CH3) a jednu ketonovou skupinu (C = O). Jelikož je methylová skupina přítomna dvakrát, je nutné přidat její příspěvky dvakrát.
-CH3 | > C = O (bez kroužku) | ||||||
Vlastnictví | Počet skupin | Skupinová hodnota | Počet skupin | Skupinová hodnota | Odhadovaná hodnota | Jednotka | |
TC | 2 | 0.0141 | 1 | 0.0380 | 0.0662 | 500.5590 | K. |
PC | 2 | −1,20E − 03 | 1 | 3.10E − 03 | 7.00E − 04 | 48.0250 | bar |
PROTIC | 2 | 65.0000 | 1 | 62.0000 | 192.0000 | 209.5000 | ml / mol |
Tb | 2 | 23.5800 | 1 | 76.7500 | 123.9100 | 322.1100 | K. |
Tm | 2 | −5.1000 | 1 | 61.2000 | 51.0000 | 173.5000 | K. |
Hformace | 2 | −76.4500 | 1 | −133.2200 | −286.1200 | −217.8300 | kJ / mol |
Gformace | 2 | −43.9600 | 1 | −120.5000 | −208.4200 | −154.5400 | kJ / mol |
Cstr: A | 2 | 1,95E + 01 | 1 | 6,45 E + 00 | 4,55E + 01 | ||
Cstr: b | 2 | −8,08E − 03 | 1 | 6.70E − 02 | 5,08E − 02 | ||
Cstr: C | 2 | 1.53E − 04 | 1 | −3,57E − 05 | 2,70E − 04 | ||
Cstr: d | 2 | −9,67E − 08 | 1 | 2,86E − 09 | -1,91 E − 07 | ||
Cstr | na T = 300 K. | 75.3264 | J / (mol · K) | ||||
Hfúze | 2 | 0.9080 | 1 | 4.1890 | 6.0050 | 5.1250 | kJ / mol |
Hvap | 2 | 2.3730 | 1 | 8.9720 | 13.7180 | 29.0180 | kJ / mol |
ηA | 2 | 548.2900 | 1 | 340.3500 | 1436.9300 | ||
ηb | 2 | −1.7190 | 1 | −0.3500 | −3.7880 | ||
η | na T = 300 K. | 0.0002942 | Pa · s |
Reference
- ^ Joback K. G., Reid R. C., „Odhad vlastností čistých komponent ze skupinových příspěvků“, Chem. Eng. Commun., 57, 233–243, 1987.
- ^ Lydersen A. L., „Odhad kritických vlastností organických sloučenin“, University of Wisconsin College Engineering, Eng. Exp. Stn. Rep. 3, Madison, Wisconsin, 1955.
- ^ Constantinou L., Gani R., „Nová metoda skupinového příspěvku pro odhad vlastností čistých sloučenin“, AIChE J., 40(10), 1697–1710, 1994.
- ^ Nannoolal Y., Rarey J., Ramjugernath J., "Odhad čistých vlastností komponent, Část 2. Odhad dat kritických vlastností podle skupinového příspěvku", Fluidní fázový ekvilib., 252(1–2), 1–27, 2007.
- ^ Stein S. E., Brown R. L., „Odhad normálních bodů varu z příspěvků skupiny“, J. Chem. Inf. Comput. Sci. 34, 581–587 (1994).