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27-May-2017

物性推算法基礎

2011.6.15

非常勤講師:山本博志 講義補助資料

 

化学工学で必要になる物性を推算する方法を解説する。物性推算に関して最もよくまとまっている成書は「The Properties of Gases & Liquids」であろう。第3版は日本語に翻訳された書籍が利用出来る。そこに記載されているものと、他の書籍、例えば佐藤一雄の「物性推算法」などに記載の物性推算法を纏めると下のようなチャートになる。方法論としては分子を、それを構成する原子団に分割して、原子団ごとのパラメータを決定し、その足しあわせで推算する原子団寄与法(Group Contribution method)、図中で四角で囲った方法がまず第一に重要であろう。次に楕円で囲った対応状態原理法がある。これは臨界定数(Tc:臨界温度、Pc:臨界圧力、Vc:臨界体積)から物性を推算する方法である。この臨界点では、分子同士の相互作用の度合いが大体同じになるので、いろいろな物性値は臨界点からどのくらい離れたかで記述でき、臨界点がわかれば分子の細かい違いは考えなくて済むという便利な方法だ。多くの場合、臨界点だけでは不十分で沸点と偏心因子(ω)の値を使い、4定数、5定数の対応状態原理と呼ばれている。さらに(菱形で囲った)分子軌道法から得られる物性値も重要だ。分子軌道法は原子団が定義されていないとか、臨界点がわからないとかに依存せず、分子の構造だけあれば計算が可能だ。ただし、化学工学の学生が使うような分子軌道計算は半経験的分子軌道法と呼ばれるようなMOPACなどが主なので、使える原子に制限がある。

 

 

このチャートからわかるように他の物性を推算するために重要な、基礎となる物性値は沸点と密度だ。次に臨界点であることがわかる。沸点や臨界点がわかると対応状態原理で物性を推算することが可能になる。以下にその関係式を示しておく。

 

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