• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik18. 02. 2026 | Heidi Thode

Supporting chemical thermodynamics:

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik18. 02. 2026 By Heidi Thode

The role of infrared spectroscopy

The use of molecular vibrations to probe structure in hydrogen bonding liquids.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

By Evangelos Drougkas, Georgios M. Kontogeorgis and Xiaodong Liang, Center for Energy Resources Engineering, DTU Kemiteknik, and Henrik G. Kjaergaard, Department of Chemistry, University of Copenhagen

Hydrogen bonding compounds have a strong presence in many industrial and chemical processes. To tackle the challenge that many thermodynamic models face in the description of their properties, novel experimental data of their structure are of great importance to the chemical engineering community. Vibrational spectroscopy is an accessible yet invaluable tool for inferring the microscopic picture of hydrogen bonding, and its pairing with profound theoretical tools can help revolutionize chemical thermodynamics.

Describing the ”network”
A vast range of industrial applications involves hydrogen bonding substances, and the accurate prediction of their physical properties lays the groundwork for the design of advanced and efficient processes. Among them, water has arguably the largest number of applications, but despite its commonness a conclusive model that can capture its unique thermophysical property profiles remains as the “holy grail” of modern applied thermodynamics. Specifically, traditional equations of state fail to account for water’s anomalous properties, such as its maximum density or minimum heat capacity as a function of temperature.
There is consensus among the modeling community that the primary factor for water’s peculiar property profiles is its strong intermolecular interactions with an intense orientational character, commonly referred to as hydrogen bonding [1]. Most advanced models incorporate special terms that involve a key structural parameter: the number of molecules that do not participate in hydrogen bonds as donors, known as the free hydroxyl fractions. A traditional and highly accessible tool for the analysis of hydrogen bonding at the molecular level is infrared spectroscopy, a common technique that studies the transitions between molecular vibrational states. Hydrogen bonding induces changes in the vibrational patterns of hydroxyl groups, generating complex spectra that encode orientational information using vibrations as a proxy.

From spectra to free hydroxyl fractions
The analysis of temperature-varied vibrational spectra for the estimation of the degree of hydrogen bonding has been the subject of multiple works over the past 80 years. Among them, one empirical approach has survived the test of time, having been greatly utilized by the thermodynamics community. The works of Werner Luck have provided free hydroxyl fraction data for a wide temperature range for methanol, ethanol and water [2]. While these important data have found use in the calibration of the association terms of equations of state, they have surprisingly not been replicated or consolidated in later studies.
Contemporary computational means enable the investigation of the free hydroxyl group fraction problem, challenging the previous attempts. Taking methanol as a base case, quantum mechanical techniques are used for the geometry optimization of several methanol clusters. The vibrational properties of the hydroxyl stretching modes are determined with the local vibrational mode methodology [3], a highly customizable approach that relies on first principles and allows for the efficient calculation of spectroscopic peak positions and intensities.
A consideration commonly encountered during the application of quantum calculations is their default conduction at “vacuum” conditions. For increased tangibility to the liquid phase, this issue is amended with the application of solvation models, with the latest trends favoring the use of several “layers” of explicit molecules that are analyzed with lower levels of theory, such as semiempirical methods or molecular dynamics. An example of a chain-like cluster surrounded by explicit solvent molecules is shown in figure 1. Hence, balancing robustness and complexity is the key for efficient calculations on large systems with meaningful relevance to condensed states.
To simplify the complex near-infrared spectrum of methanol, measurements are conducted on its deuterated variants. The statistical analysis of the measured bands allows for the isolation of the free hydroxyl stretching band and the observation of its intensity change with respect to temperature. Combined with the theoretical intensity predictions, quantitation can be achieved. The basic principle behind this is illustrated in figure 2.
The new results (shown in figure 3) reveal a large disagreement with older empirical techniques [4].
The free hydroxyl fractions are found to be an order of magnitude lower than previously believed. This indicates that the overwhelming majority of hydrogen bond sites are actively participating in intermolecular interactions. This behavior persists even for temperatures approaching the normal boiling point of methanol, hinting at the strength of the hydrogen bond network that dominates the condensed phases of methanol.
While these initial results defy the picture painted by the milestone studies of the previous century, further investigation is conducted at the moment to ascertain the conclusions about the structural intricacies of liquid methanol.
Ongoing studies on solvation modeling and the inclusion of important intermolecular vibrational modes are bound to offer credibility on the implementation of the elaborate local mode methodology. Furthermore, collection of data on more regions of methanol’s spectrum is imminent, as well as the study of more relative compounds such as other light alcohols, paving the way for the rejuvenation of the hydrogen bond thermodynamic modeling framework and closing the distance towards a resolution of bulk water/aqueous electrolyte systems.

Acknowledgements
The authors would like to thank the European Research Council (ERC) for funding this work under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (Grant Agreement No. 832460), ERC Advanced Grant project “New Paradigm in Electrolyte Thermodynamics”. Co-funded by the European Union (ERC, REMOTE, 101171135). Views and opinions expressed are, however, those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council Executive Agency. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.

E-mail:
Evangelos Drougkas: evadr@kt.dtu.dk
Georgios M. Kontogeorgis: gk@kt.dtu.dk
Xiaodong Liang: xlia@kt.dtu.dk

References
1. E. Arunan et al., “Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011),” Pure and Applied Chemistry, vol. 83, no. 8, pp. 1637-1641, Jul. 2011, doi: 10.1351/PAC-REC-10-01-02.
2. W.A.P. Luck, “A Model of Hydrogen-Bonded Liquids,” Angewandte Chemie International Edition in English, vol. 19, no. 1, pp. 28-41, 1980, doi: 10.1002/ANIE.198000281.
3. E. Vogt, A.S. Hansen, and H.G. Kjaergaard, “Local Modes of Vibration: The Effect of Low-Frequency Vibrations,” in Molecular Spectroscopy, vol. 2, Y. Ozaki, M.J. Wójcik, and J. Popp, Eds., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2019, ch. 14, pp. 389-424. doi: 10.1002/9783527814596.ch14.
4. E. Drougkas et al., “Application of the Local Vibrational Mode Framework for the Spectroscopic Estimation of Free Hydroxyl Group Fractions in Pure Liquid Methanol-d3,” J Phys Chem B, pp. 129-10824, Oct. 2025, doi: 10.1021/ACS.JPCB.5C03059.

BOKS:
Deuteration
The substitution of methanol’s methyl hydrogen atoms with deuterium leads to a shift to the peaks related to methyl-related vibrational transitions, simplifying the statistical treatment of the spectra specifically for the treatment of the hydroxyl bands.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Kemiens etik:

Artikler fra Dansk Kemi22. 04. 2026

Et overset felt med voksende betydning Kemisk forskning og teknologi påvirker i stigende grad sundhed, miljø og samfund. Derfor er der behov for større opmærksomhed på kemiens etiske dimensioner i både forskning, undervisning og faglige organisationer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr.

Plastik i luften – havets usynlige bidrag

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

Springende bobler på havets overflade kan transportere mikroskopiske plastikpartikler fra vand til luft. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Eva R. Kjærgaard, Institut for Kemi,

Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

Artikler fra Dansk Kemi22. 04. 2026

Kombinationen af polycykliske aromatiske kulbrinter og den organiske svovlforbindelse tetrathiafulvalen giver nye multi-redox systemer. De har potentiel anvendelse inden for materialekemien som elektrisk ledende materialer, elektrokrome materialer eller som komponenter i batterier. Artiklen har

Aminosyrer til folk og fæ – hvad er egentlig ”L-cystin”?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemi22. 04. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I forbindelse med EU-forordninger om fodertilsætningsstoffer (jf. Appendiks) fik Nomenklaturudvalget en forespørgsel fra en oversætter i EU om

Physical Unclonable Functions

Artikler fra Dansk KemiNanoteknologi22. 04. 2026

Fremtidens sikkerhedsløsninger baserer sig på tilfældige mønstre. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Thomas Just Sørensen, Nano-Science Center og Kemisk Institut, Københavns

Ozon i den arktiske troposfære

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

Ozon (O3) i atmosfæren er en vigtig klimagas – desuden er den giftig for dyr og mennesker samt skadelig for planter. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Henrik Skov, Claus

Stratosfærisk ozon

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

En status. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ole John Nielsen, Kemisk Institut, Københavns Universitet Stratosfærisk ozon har været vigtig for livets udvikling og beståen på

Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemiTop21. 04. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg (KFNU) i dets nuværende inkarnation daterer sig fra 1940. Udvalgets første større bedrift var i 1952 at nedkomme med

To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi13. 04. 2026

Naturvidenskab kom ind i latinskolen – den lærde skole – i midten af 1800-tallet. Hvad var det for lærere, der underviste i naturvidenskab i den lærde skole og realskolen? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger

CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø06. 04. 2026

CleanCloud er et EU-finansieret forskningsprojekt, hvor der blandt andet er udført to målekampagner på Villum Research Station (VRS) på Station Nord i Nordgrønland, med det formål at undersøge, hvordan partikler og skyer interagerer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Kem-En-Tec Nordic

    Opnå rent DNA/RNA på få minutter og på bæredygtig vis!

  • DENIOS ApS

    Hvordan bortskaffer du lithiumbatterier?

  • MD Scientific

    EcoSEC Elite® GPC System

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Gør drikkevandsanalyse enkel, hurtig og pålidelig – nu med 20% i rabat

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Design af vakuumprocesser for øget effektivitet – fire vigtige overvejelser

  • DENIOS ApS

    Vil du have et opslagsværk til arbejdssikkerhed og miljøbeskyttelse?

  • DENIOS ApS

    Må du opbevare to forskellige stoffer på det samme opsamlingskar?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions introducerer CenterLine CNR-serien

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Følg med i årets seminarer og events

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Kemiens etik:

    22.04.2026

  • Plastik i luften – havets usynlige bidrag

    22.04.2026

  • Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

    22.04.2026

  • Aminosyrer til folk og fæ – hvad er egentlig ”L-cystin”?

    22.04.2026

  • Physical Unclonable Functions

    22.04.2026

  • Ozon i den arktiske troposfære

    22.04.2026

  • Stratosfærisk ozon

    22.04.2026

  • Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

    21.04.2026

  • To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

    13.04.2026

  • CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

    06.04.2026

  • Svensk opfinder af pengeseddelautomaten har doneret over 538 mio. SEK til demensforskning

    25.03.2026

  • Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

    11.03.2026

  • Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

    04.03.2026

  • Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

    25.02.2026

  • ISO 13391 og ISO 25078

    18.02.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik