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Article

1 - CONTEXTE

2 - COSMO-RS : PRINCIPES FONDAMENTAUX

3 - ANALYSE BIBLIOMÉTRIQUE DE COSMO-RS ET CARTES CONCEPTUELLES

4 - PROPRIÉTÉS PRÉVISIBLES PAR COSMO-RS EN FONCTION DU MILIEU

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : J2114 v1

Analyse bibliométrique de COSMO-RS et cartes conceptuelles
COSMO-RS : principes de base et applications en thermodynamique et en génie chimique

Auteur(s) : Théophile GAUDIN, Jean-Marie AUBRY

Date de publication : 10 juil. 2022

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RÉSUMÉ

COSMO-RS est une théorie basée sur la chimie quantique et la thermodynamique statistique, permettant de prédire de nombreuses propriétés physico-chimiques utiles aux ingénieurs et aux formulateurs. Cet article présente la théorie COSMO-RS dans sa version la plus simplifiée ainsi que ses différentes implémentations et ses limitations. Elle décrit ses applications les plus importantes en génie chimique, dans le domaine de la solubilisation des composés moléculaires, des coefficients de partage entre phases L-L et L-G, des constantes d’équilibres et des potentiels d’oxydo-réduction.

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ABSTRACT

COSMO-RS: fundamentals and applications in chemical engineering thermodynamics

COSMO-RS is a theory that combines quantum chemistry and statistical thermodynamics to predict numerous physico-chemical properties relevant for engineers and formulators. This article presents COSMO-RS theory in its most simplified version, as well as its various implementations and limitations. Then, a description of its most important applications in chemical engineering, in terms of solubilization of molecular compounds, partition coefficients, LLE, VLE, equilibrium constants and redox potentials, is provided.

Auteur(s)

  • Théophile GAUDIN : Docteur en Chimie - Ingénieur support scientifique à Dassault Systèmes, Cambridge, Royaume-Uni

  • Jean-Marie AUBRY : Ingénieur de l’École Supérieure de Physique et Chimie Industrielle (ESPCI) - Agrégé de Chimie - Docteur es-Sciences en Chimie - Professeur Émérite à l’École Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL), Lille, France

INTRODUCTION

D’une manière générale, les ingénieurs chimistes ont pour objectif de développer et d’optimiser des procédés, des matières premières ou des formulations complexes prêtes à l’emploi. La compréhension des phénomènes physico-chimiques mis en jeu et la modélisation viennent l’assister pour remplir ces missions plus rapidement et plus efficacement.

Les chimistes et les formulateurs sont souvent confrontés à des liquides car leur fluidité facilite leur manipulation, leur transport et leur utilisation. Toutefois, les interactions intermoléculaires qui gouvernent les propriétés macroscopiques des liquides sont complexes et difficiles à appréhender quantitativement. Pour choisir les matières premières liquides et les procédés pour les mettre en œuvre, l’ingénieur procède encore souvent par essais/erreurs. Pourtant, les méthodes de modélisation des liquides ont considérablement progressé dans leur pouvoir prédictif et leur domaine d’application, et mériteraient d’être davantage utilisées dans la pratique industrielle quotidienne. Pour une utilisation optimale de ces méthodes, l’ingénieur doit pouvoir appréhender les principes, les avantages mais également les limitations des nombreux outils de modélisation à sa disposition.

COSMO-RS « COnductor-like Screening MOdel for Realistic Solvation » est une théorie visant à prédire les propriétés physicochimiques des liquides purs et des mélanges sur la base de la structure moléculaire des composants, et d’équations combinant les principes de la mécanique quantique et de la thermodynamique statistique. L'article [AF 6 713] se concentre principalement sur la méthodologie de calcul pour obtenir les surfaces COSMO et sur les différentes implémentations de COSMO-RS. Le présent article [J 2 114], complémentaire de [AF 6 713], se focalise sur les applications de la méthode et offre un vaste panorama des propriétés prévisibles par COSMO-RS. Les principes fondamentaux de la théorie, ainsi que des propriétés prévisibles, sont présentés, avec une emphase sur l’explicitation des différents paramètres intervenant dans les équations clé. Un troisième article [J 2 116] est plus particulièrement orienté vers les applications en chimie de spécialités et en formulation.

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KEYWORDS

activity coefficient   |   chemical potential   |   charge densité   |   solvation   |   COSMO molecular surface

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2114


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3. Analyse bibliométrique de COSMO-RS et cartes conceptuelles

Afin d’obtenir un panorama des domaines d’application actuels de COSMO-RS, des représentations visuelles distinctes de la littérature scientifique et des brevets ont été générées afin d’identifier les convergences et complémentarités des intérêts académiques et industriels pour COSMO-RS.

3.1 Littérature scientifique

Une recherche sur le site SciFinder ©  a été effectuée en août 2020 avec l’équation booléenne [« COSMO-RS » OR « COSMO-SAC » OR « COSMO RS » OR « COSMO SAC »]. 1 735 résultats ont été obtenus et exportés sous la forme d’un fichier .txt. Après une fusion semi-automatisée des doublons et synonymes parmi les mots-clés, par l’intermédiaire du programme OpenRefine © , les données ont été importées dans le logiciel VOSviewer © . Ces données ont été analysées par deux approches : l’une basée sur les mots-clés sélectionnés par l’éditeur lors de l’indexation des travaux (figure 5) et l’autre, basée sur le nom d’auteurs, permet d’identifier les principales équipes utilisatrices de COSMO-RS ou de COSMO-SAC pour traiter un sujet particulier.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GMEHLING (J.), LI (J.), SCHILLER (M.) -   A modified UNIFAC model. 2. Present parameter matrix and results for different thermodynamic properties.  -  Ind. Eng. Chem. Res. 32(1) : p. 178-193 (1993).

  • (2) - TROPSHA (A.), GRAMATICA (P.), GOMBAR (V.K.) -   The Importance of Being Earnest : Validation is the Absolute Essential for Successful Application and Interpretation of QSPR Models.  -  J. Comb. Sci. 22(1) : p. 69-77 (2003).

  • (3) - GAUDIN (T.), ROTUREAU (P.), FAYET (G.) -   Mixture Descriptors toward the Development of Quantitative Structure – Property Relationship Models for the Flash Points of Organic Mixtures.  -  Ind. Eng. Chem. Res. 54(25) : p. 6596-6604 (2015).

  • (4) - KLAMT (A.), SCHUURMANN (G.) -   COSMO : a new approach to dielectric screening in solvents with explicit expressions for the screening energy and its gradient.  -  J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2(5) : p. 799-805 (1993).

  • (5) - BEN NAIM (A.) -   Solvation Thermodynamics.  -  New York : Plenum Press (1987).

  • ...

1 Annuaire

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1.1 Distributeurs (liste non exhaustive)

Dassault Systèmes, marque BIOVIA – Solvation Chemistry

http://www.3ds.com

SCM, ADF COSMO-RS

http://www.scm.com/

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