T Yagasaki, M Matsumoto, H Tanaka

Lennard-Jones Parameters Determined to Reproduce the Solubility of NaCl and KCl in SPC/E, TIP3P, and TIP4P/2005 Water

Journal of Chemical Theory and Computation 16 (4), 2460-2473


Most classical nonpolarizable ion potential models underestimate the solubility values of NaCl and KCl in water significantly. We determine Lennard-Jones parameters of Na+, K+, and Cl- that reproduce the solubility as well as the hydration free energy in dilute aqueous solutions for three water potential models, SPC/E, TIP3P, and TIP4P/2005. The ion–oxygen distance in the solution and the cation–anion distance in salt are also considered in the parametrization. In addition to the target properties, the hydration enthalpy, hydration entropy, self-diffusion coefficient, coordination number, lattice energy, enthalpy of solution, density, viscosity, and number of contact ion pairs are calculated for comparison with 17 frequently used or recently developed ion potential models. The overall performance of each ion model is represented by a global score using a scheme that was originally developed for comparison of water potential models. The global score is better for our models than for the other 17 models not only because of the quite good prediction for the solubility but also because of the relatively small deviation from the experimental value for many of the other properties.

古典的な非極性イオンポテンシャルモデルの多くは、NaClとKClの水への溶解度を大きく過小評価している。本研究では、SPC/E, TIP3P, TIP4P/2005の3つの水ポテンシャルモデルについて、希薄水溶液中の溶解度と水和自由エネルギーを再現するNa+, K+, Cl-のLennard-Jonesパラメータを決定した。また、溶液中のイオン-酸素距離、塩中のカチオン-アニオン距離もパラメータ化しています。目的とする物性に加えて、水和エンタルピー、水和エントロピー、自己拡散係数、配位数、格子エネルギー、溶液のエンタルピー、密度、粘度、接触イオン対の数を計算し、頻繁に使用されている、あるいは最近開発された17種類のイオンポテンシャルモデルと比較した。各イオンモデルの総合的な性能は、もともと水ポテンシャルモデルの比較のために開発されたスキームを用いて、グローバルスコアで表されます。グローバルスコアは、溶解度の予測が非常に優れているだけでなく、他の多くの特性について実験値からの偏差が比較的小さいため、我々のモデルが他の17のモデルよりも優れています。 (DeepLによる機械翻訳)


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