Als Füllmaterial oder als Bestandteil technischer Barrieren in Endlagern von chemisch-toxischen oder radioaktiven Abfällen werden bestimmte Tonminerale verwendet bzw. in den Designstudien vorgeschlagen. Dabei sind vor allem drei Eigenschaften dieser Tone ausschlaggebend: Die geringe Wasserleitfähigkeit, das Quellvermögen bei Wasserzutritt und das Rückhaltevermögen für Kationen. Das wünschenswerte Rückhaltevermögen auch für Anionen fehlt bei naturbelassenen Tonen, kann aber durch Behandlung erzeugt werden, bei der die Zwischenschicht-Kationen der Tone durch bestimmte organische Kationen ersetzt werden. Dadurch entstehen sogenannte organophile Tone, die so eingestellt werden können, daß sie beide Ionenarten sorbieren können. Die entscheidenden Mechanismen dieser Sorptionsprozesse an organophilen Tonmineralen und die sich dabei ergebenden Strukturen des Tonminerals sind noch nicht vollständig bekannt. Ihre umfassende Kenntnis ist jedoch wichtig für die gezielte Optimierung ihrer Sorptionseigenschaften und ihrer Eignung zum Einsatz unter Endlagerungsbedingungen. Das Optimierungspotential liegt in der chemischen Struktur, Größe und Ladungsverteilung des organischen Kations sowie in der Wahl des Tonminerals. Zur Erlangung bisher fehlender Detailkenntnisse und zur Unterstützung der Optimierung soll daher in diesem Forschungsvorhaben eine Computersimulation des Organo-Ton-Systems auf der Basis der bisher gesammelten experimentellen Informationen entwickelt werden. Mit diesem Modell soll die Konsistenz des bisherigen Verständnisses der beteiligten Phänomene überprüft, geeignete Fragestellungen an das Experiment entwickelt und Optimierungsschritte durch Simulation ausgewählt werden.
This data publication reports results of Monte-Carlo simulations, configurations, pair-, and triplet-correlation functions for a Lennard-Jones fluid. The Lennard-Jones potential (Jones 1924) u^LJ is one of the prototypes of an intermolecular interaction. Gottschalk (2019) performed 32705 NVT Monte-Carlo simulations using 1372 LJ particles (N) for a large number of densities rho a and temperatures T.
The simulations range from 0.002 ≤ rho* ≤ 1.41 and 0.45 ≤ T* ≤ 25 using a cut-off of 5.0 for rho* ≤ 1.37 and 4.5 for rho* > 1.37, respectively. At each state point, 1372 LJ particles (N = 1372) were equilibrated using 5 x 10^4 cycles and subsequently sampled for 0.75 x 10^6 cycles. One cycle did consist of 1372 trial moves, one for each particle. Every 1000 cycles the thermodynamic properties U* and p* are recorded as well as the current configuration of particles including the pair- and triplet-correlation functions. A total of 27615 of these simulations were in the stable and metastable single fluid phase field which is a necessary requirement.
Field boundaries, U*, p* and further details of the Monte-Carlo simulations are given in Gottschalk (2019). Bin widths of 0.005 for pair- and 0.04 in all directions for triplet-correlation functions were used. Further details for the calculations of the pair- and triplet-correlation functions are presented in Gottschalk (2021). All configurations of particles, pair- and triplet-correlation functions of those 27615 simulations are reported here. However, the total amount of data for configurations, pair-, and triplet-configurations is 600, 0.3, and 1170 GB, respectively.
The data are provided as zipped files and described in the data description and the associated Read-me.txt. All rho* and T* state points are listed in the file Conditions.txt in the top level of the files.
Following Barker, Pople and Gubbins & Gray, the u-expansion of the perturbation theory, used for developing equations of state for fluids, requires sets of J-, K-, L-, M-, and N-integrals as a function of rho* and T*. These integrals are calculated here from pair and triplet correlation functions, which were derived in a previous communication, using particle configurations from extensive Monte-Carlo simulations of a Lennard-Jones fluid.
The pair and triplet correlation functions are based on 27615 state points covering a rho*-T* space from 0.002-1.41 and 0.45-25 in reduced variables, respectively, which is also the range of the calculated integrals. Quadruplet correlation functions, required by the M- and N-integrals, were calculated using the trans-superposition approximation, using pair and triplet correlation functions. Here the unfitted raw data of 597 J-, 90 K-, 256 L-, 4M-, and 4N-integrals are reported. The number of available values at different rho*-T* state points are 27615 for the J-integrals, and in the range of 6999-7053, 6789-7055, 6440-6587, 6544-6751 for the K-, L-, M-, andN-integrals, respectively.