Theoretical and experimental study of thermodynamic properties and phase behavior of molecular crystals
Project goals
The goal of the project is to gain an insight into current possibilities of first-principles calculations to provide reliable thermodynamic data for molecular crystals and to predict their phase behavior. In the theoretical part, quantum chemical methods in connection with a quasi-harmonic treatment of thermal expansion of crystal lattice will be applied to obtain thermodynamic properties (sublimation enthalpies and pressures, heat capacities, etc.) as a function of temperature for selected biochemical model compounds, presenting various molecular moieties and a wide range of intermolecular interactions representing thus a general set for testing computational methodolgies. Extensive experimental studies of sublimation thermodynamic properties as well as calorimetric measurements including both phase behavior and heat capacity determinations in wide temperature ranges (2 K to decomposition temperature) will be performed with the aim to establish a reliable and thermodynamically consistent database required for the evaluation of uncertainties of computational methodologies.
Keywords
molecular crystalsthermodynamic propertiesphase behaviorpolymorphismab initiopredictionperiodic calculationsfragment-based calculationslattice energyphononsquasi-harmonic approximationexperimental determinationreference datamodel compounds
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 21 (SGA0201700001)
Main participants
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta chemicko-inženýrská
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
17-03875S
Alternative language
Project name in Czech
Teoretická a experimentální studie termodynamických vlastností a fázového chování molekulárních krystalů
Annotation in Czech
Projekt bude zkoumat současné možnosti ab initio predikce termodynamických vlastností a fázových diagramů molekulárních krystalů. V teoretické části budou aplikovány kvantově chemické výpočty ve spojení s kvazi-harmonickou aproximací pro postih teplotní roztažnosti krystalové mřížky s cílem získat teplotně závislé termodynamické veličiny (sublimační entalpie a tlak, tepelné kapacity atd.) modelových látek pro biochemii obsahujících variaci molekulárních motivů a vykazujících pestrou škálu mezimolekulárních interakcí. Tyto látky tak představují velmi obecný soubor pro testování výpočetních metodologií. V experimentální části budou prováděna rozsáhlá měření referenčních termodynamických dat (sublimačního tlaku a entalpie, tepelných kapacit kondenzovaných fází a fázového chování) v širokém rozsahu teplot (od 2 K do teploty rozkladu), která budou společně s analýzou nejistot jednotlivých výpočetních kroků sloužit k celkové evaluaci nejistot ab initio predikcí. Nová měření zároveň podstatně rozšíří databázi dostupných termodynamických dat pro tyto významné látky.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
The project brought a new insight into possibilities of obtaining the sublimation pressures for molecular crystals from first principles, which require a very accurate calculation of sublimation enthalpies and entropies. New methods for such calculation of long chain flexible molecules and extremely low volatile amino acids have been developed. The results have been verified experimentally.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2017
Realization period - end
Dec 31, 2019
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 3, 2019
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP20-GA0-GA-U/02:1
Data delivery date
Jul 23, 2020
Finance
Total approved costs
4,928 thou. CZK
Public financial support
3,983 thou. CZK
Other public sources
945 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
4 928 CZK thou.
Public support
3 983 CZK thou.
80%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
Solution period
01. 01. 2017 - 31. 12. 2019