QSPR-модель для прогнозування стандартної ентальпії утворення складних оксигеновмісних неорганічних сполук

Abstract

Досліджено вибірку з 74 оксигеновмісних неорганічних сполук — складних змішаних оксидів і солей, деякі з яких є перспективними компонентами оптичних матеріалів. Із застосуванням 1D-симплексного підходу побудовано адекватну консенсусну QSPR-PLS-модель для стандартної ентальпії утворення (ΔН⁰₂₉₈)досліджуваних сполук. Під час розрахунку 1D-симплексних дескрипторів (одиниць, двійок, трійок, четвірок) для диференціації вершин (атомів) у симплексах використовували різні характеристики атомів з періодичної системи Д.І. Менделєєва, ступінь окиснення, електронегативність, іонний радіус, характеристики ван-дер-ваальсових взаємодій. Для тестового набору розробленої моделі коефіцієнт детермінації (R2(R²test) дорівнює 0,94, середня відносна похибка прогнозу становить 10,0 %. У результаті аналізу структурних параметрів, які увійшли до розробленої моделі, виявлено, що найістотніший вплив виявляють орбітальні квантові числа електронів зовнішнього шару атомів (28 %) і ван-дер-ваальсові взаємодії (19 %). Побудовану модель можна використовувати для попередньої оцінки стандартної ентальпії утворення різноманітних оксигеновмісних неорганічних сполук.This study utilized a dataset comprising 74 oxygen-containing inorganic compounds, including complex mixed oxides and salts—some of which show promise as components of optical materials. Employing the 1D-simplex approach, a robust consensus QSPR model for the standard enthalpy of formation (ΔН⁰₂₉₈) was developed for the investigated compounds. The calculation of 1D simplex descriptors involved differentiating vertices (atoms) in simplexes based on various characteristics, including those from Mendeleev’s periodic system, oxidation state, electronegativity, ionic radius, and features of van der Waals interactions. The predictive QSPR model was constructed using the partial least squares (PLS) method. For the test set of the developed 1D-PLS model, the coefficient of determination was found to be 0.94, with an average relative error of 10.0%. An analysis of the influence of structural parameters on the standard enthalpy of formation for the studied compounds revealed that the orbital quantum numbers of electrons in the outer layer of atoms (28 %) and van der Waals interactions (19 %) had the most significant contributions. The developed model proves useful for the preliminary estimation of the standard enthalpy of formation for various oxygen-containing inorganic compounds.