Accurate elemental boiling points from first principles

Abstract

The normal boiling point (NBP) is a fundamental property of liquids and marks the intersection of the Gibbs energies of the liquid and the gas phase at ambient pressure. This...

Oganesson: A Noble Gas Element That Is Neither Noble Nor a Gas

“…Rn 9.5 K). Although this result might appear surprising and can not be confirmed by the PTMC approach, it should be pointed out that the employed Gibbs energy based approach has recently been tested for a representative set of elements of the periodic table, for which it provided boiling points in excellent agreement with experimental references with <2 % mean absolute deviation, and <1 % deviation for Xe [25] . Based on the deviation in this comprehensive test, we provide a final estimate of 450±10 K for the NBP.…”

“…This can be seen as a showcase for the importance of using a dispersion correction with DFT, and we have thus selected PBE‐D3 for our study (a detailed description and discussion of this scaling is provided in ref. [25]).…”

“…After determining the equilibrium volume of the condensed phases at a simulation temperature of T =500 K, which corresponds to an effective temperature of λ T=388 K, we calculate their Gibbs energies via TI [25] . For the liquid, represented by a 61 atom configuration, we begin from the non‐interacting atoms at the liquid equilibrium volume and integrate to the fully interacting liquid at the scalar‐relativistic DFT/PBE‐D3 level of theory.…”

Oganesson: Ein Edelgas, das weder edel noch ein Gas ist

“…Obwohl dieses Ergebnis zunächst überraschend erscheint und bislang nicht durch die PTMC Methode bestätigt wird, mçchten wir hervorheben, dass der benutzte Ansatz basierend auf Gibbs-Energien kürzlich für eine repräsentative Auswahl an Elementen des Periodensystems getestet worden ist und dabei Siedepunkte in hervorragender Übereinstimmung mit dem Experiment ergab, mit einer durchschnittlichen Standardabweichung von < 2 % und einer Abweichung von < 1 % für Xe im Speziellen. [25] Unter Berücksichtigung der Abweichungen dieses umfangreichen Tests schätzen wir abschließend den NBP mit 450 AE 10 K ab. Der große Flüssigkeitsbereich kann einerseits damit erklärt werden, dass bei Og im Vergleich zu den anderen Edelgasen ungewçhnlich starke 3-Kçrper-Wechselwirkungen auftreten, und anderseits damit, dass Og als Halbleiter vorhergesagt worden ist.…”

“…ergibt sich ein NBP zwischen 360–420 K. Dies widerspricht dem TI‐basierenden Ergebnis von 450±2 K, dass wir aus der Bestimmung der Gibbs‐Energien erhalten haben, welches zudem noch einen untypisch großen Flüssigkeitsbereich von 125 K impliziert (vergleiche mit 9.5 K bei Rn). Obwohl dieses Ergebnis zunächst überraschend erscheint und bislang nicht durch die PTMC Methode bestätigt wird, möchten wir hervorheben, dass der benutzte Ansatz basierend auf Gibbs‐Energien kürzlich für eine repräsentative Auswahl an Elementen des Periodensystems getestet worden ist und dabei Siedepunkte in hervorragender Übereinstimmung mit dem Experiment ergab, mit einer durchschnittlichen Standardabweichung von <2 % und einer Abweichung von <1 % für Xe im Speziellen [25] . Unter Berücksichtigung der Abweichungen dieses umfangreichen Tests schätzen wir abschließend den NBP mit 450±10 K ab.…”