中文简体
Lichidele ionice (ILS) sunt o clasă unică de compuși chimici compuși în întregime din ioni - cationi încărcați pozitiv și anioni încărcați negativ - care există în formă lichidă la sau aproape de temperatura camerei. Spre deosebire de solvenții convenționali care sunt adesea lichide moleculare, lichidele ionice sunt săruri care rămân lichide sub 100 ° C și multe la temperatura camerei. Această caracteristică neobișnuită le oferă proprietăți fizico -chimice distincte, ceea ce le face un accent al interesului din ce în ce mai mare pentru chimie, știința materialelor și diverse aplicații industriale.
Ce sunt exact Lichide ionice ?
Lichidele ionice sunt săruri care se topesc la temperaturi de obicei sub 100 ° C, cu multe lichide rămase în condiții ambientale (în jur de 25 ° C). Acestea sunt formate prin combinarea cationilor organici voluminoși și adesea asimetrici cu o varietate de anioni anorganici sau organici. Dimensiunea mare și delocalizarea sarcinii în ioni scade semnificativ punctul de topire în comparație cu sărurile tradiționale precum clorura de sodiu.
O moleculă lichidă ionică tipică este formată din:
Cationi: În mod obișnuit structuri pe bază de imidazolium, piridiniu, amoniu, fosfoniu sau sulfoniu.
Anioni: Exemple includ halogenuri (Cl⁻, Br⁻), tetrafluoroborat (BF₄⁻), hexafluorofosfat (PF₆⁻), bis (trifluorometilsulfonil) imide (TF₂n⁻) și altele.
Natura lor ionică duce la interacțiuni coulombice puternice, dar asimetria și piestul lor steric îi împiedică să se cristalizeze ușor, rezultând o stare lichidă la temperaturi relativ scăzute.
Caracteristici cheie ale lichidelor ionice
Lichidele ionice prezintă mai multe proprietăți distinctive care le diferențiază de solvenții moleculari tradiționali:
| Caracteristică | Descriere |
| Volatilitate scăzută | Presiunea de vapori neglijabilă, reducerea evaporării și a emisiilor. |
| Stabilitate termică ridicată | Stabilă pe intervale de temperatură largi, adesea> 300 ° C. |
| O gamă largă de lichid | Rămâneți lichid pe intervale largi de temperatură. |
| Conductivitate ionică ridicată | Activați un transport eficient de încărcare, util în electrochimie. |
| Neflamabilitate | Nu prindeți focul cu ușurință, sporind siguranța. |
| Tunabilitate | Proprietățile pot fi personalizate prin schimbarea combinațiilor de cation/anion. |
| Polaritate ridicată | Solvenți excelenți pentru speciile polare și ionice. |
| O bună abilitate de solvare | Se dizolvă o varietate de substanțe organice, anorganice și polimerice. |
| Presiune scăzută a vaporilor | Mai prietenos din punct de vedere ecologic din cauza emisiilor de aer reduse. |
Tipuri de lichide ionice
Lichidele ionice sunt clasificate pe baza structurii lor chimice, a naturii ionilor și a aplicațiilor specifice:
Lichide ionice de temperatură a camerei (RTIL)
Lichid la sau aproape 25 ° C.
Exemple: 1-butil-3-metilimidazolium tetrafluoroborat ([BMIM] [BF₄]).
Lichide ionice la temperatură ridicată
Lichide, dar cu puncte de topire între 100 ° C și 200 ° C.
Lichide ionice protice
Format prin transferul de protoni între un acid Brønsted și bază.
Prezentați proprietăți precum legarea la hidrogen.
Lichide ionice aprotice
Nu implicați transferul de protoni.
Adesea mai stabil termic și chimic.
Lichide ionice specifice sarcinii (TSIL)
Proiectat cu grupuri funcționale adaptate pentru reacții sau separații specifice.
Lichide ionice polimerice (PILS)
Lichidele ionice polimerizate în forme solide sau gel pentru materiale avansate.
Avantajele lichidelor ionice
Combinația de proprietăți unice face ca lichidele ionice să fie superioare solvenților sau materialelor convenționale în multe feluri:
| Avantaj | Explicaţie |
| Prietenie de mediu | Presiunea scăzută a vaporilor reduce emisiile COV și poluarea aerului. |
| Chimie personalizabilă | Molecular Design permite optimizarea pentru utilizări specifice. |
| O gamă largă de solubilitate | Poate dizolva un spectru larg de compuși, inclusiv gaze, săruri și organice. |
| Reciclabilitate | Poate fi recuperat și reutilizat, reducând deșeurile. |
| Stabilitate termică și chimică | Util în medii chimice dure și procese de temperatură ridicată. |
| Neflamabilitate | Manipulare și stocare mai sigură în comparație cu solvenții organici volatili. |
| Rate de reacție îmbunătățite | Poate acționa ca catalizatori sau co-catalizatori, îmbunătățind eficiența. |
| Aplicații electrochimice | Conductivitate ionică ridicată adecvată pentru baterii, condensatoare și electroplare. |
Aplicații de lichide ionice
Lichidele ionice au găsit aplicații pe o gamă largă de câmpuri datorită proprietăților lor versatile:
1. Chimie verde și solvenți
Înlocuirea solvenților organici volatili (COV) în sinteze chimice.
Utilizat ca medii de reacție în sinteza organică, cataliză și procese enzimatice.
Selectivitate îmbunătățită și randament în multe reacții.
2. Dispozitive electrochimice
Electroliți în baterii (litiu-ion, sodiu-ion), supercapacitoare și celule de combustibil.
Electroplarea și electrodepunerea cu morfologie controlată.
Senzori și detectare electrochimică.
3. Procese de separare
Captarea și separarea gazelor, cum ar fi CO₂ Captura de gaze de ardere.
Extragerea metalelor și a elementelor rare de pământ.
Tehnici de separare cromatografică și membrană.
4. Biotehnologie și produse farmaceutice
Stabilizarea și solubilizarea biomoleculelor.
Sisteme de administrare a medicamentelor și formulare.
Cataliza enzimatică în medii lichide ionice.
5. Știința materialelor
Sinteza nanomaterialelor și polimenților.
Șabloane pentru materiale poroase și cristale lichide ionice.
Lubrifianți și aditivi pentru tribologie.
Cum se folosește lichide ionice
Utilizarea lichidelor ionice necesită atenție asupra naturii lor fizice și chimice:
Manipulare: Datorită volatilității scăzute, riscul de inhalare este minim, dar se recomandă mănuși și protecția ochilor pentru a evita contactul cu pielea.
Dizolvare: Lichidele ionice pot dizolva diverse substanțe, dar pot necesita agitare sau încălzire.
Amestecare: Acestea pot fi amestecate cu solvenți moleculari sau utilizate în funcție de aplicație.
Cataliză: Adesea utilizate ca solvenți și catalizatori simultan; Condițiile de reacție pot diferi de solvenții tradiționali.
Recuperare: Poate fi recuperat prin distilarea produselor, extracția sau separarea fazelor pentru reutilizare.
Cum se depozitează lichide ionice
Depozitarea corectă asigură longevitatea și își menține proprietățile:
| Stare de depozitare | Recomandare |
| Tip de container | Folosiți recipiente etanșe, rezistente chimic (sticlă sau PTFE). |
| Temperatură | Depozitați la temperatura camerei, evitați extremele de căldură sau frig. |
| Controlul umidității | Păstrați -vă departe de umiditate, deoarece unele lichide ionice sunt higroscopice. |
| Protecție la lumină | Depozitați în containere întunecate sau opace pentru a preveni degradarea. |
| Etichetare | Etichetați clar cu nume chimic și pericole. |
Lichidele ionice prezintă, în general, o bună stabilitate chimică, dar se pot degrada la expunerea prelungită la apă, aer sau lumină în funcție de structura lor.
Dezvoltare viitoare și tendințe
Câmpul lichidelor ionice este în evoluție rapidă, determinat de nevoia de tehnologii durabile și materiale noi. Unele tendințe viitoare includ:
Proiectarea mai multor lichide ionice specifice sarcinii: Adaptarea lichidelor ionice pentru nevoi precise chimice sau industriale, cum ar fi capturarea CO₂ sau sinteza farmaceutică.
Lichide ionice biodegradabile și bazate pe bio: Dezvoltarea lichidelor ionice derivate din resurse regenerabile pentru a îmbunătăți compatibilitatea mediului.
Materiale hibride: Combinând lichide ionice cu polimeri, nanoparticule sau membrane pentru a crea materiale funcționale avansate.
Scară și comercializare: Depășirea provocărilor de costuri și producție pentru a permite utilizarea industrială pe scară largă.
Depozitare și conversie a energiei: Îmbunătățirea performanței bateriilor, supercapacitoarelor și a celulelor de combustibil folosind electroliți lichizi ionici.
Aplicații biomedicale: Extinderea utilizării lichidelor ionice în administrarea de medicamente, inginerie de țesuturi și diagnosticare.
Proiectare de calcul: Utilizarea învățării automate și a modelării moleculare pentru a prezice și proiecta lichide ionice cu proprietăți optime.
Rezumat
Lichidele ionice reprezintă o clasă revoluționară de săruri lichide cu proprietăți excepționale care au aplicații largi în chimie, energie, materiale și biotehnologie. Capacitatea lor de a fi adaptați pentru sarcini specifice, combinate cu avantaje pentru mediu și siguranță, le poziționează ca componente cheie în avansarea tehnologiilor ecologice și a proceselor industriale inovatoare. Pe măsură ce cercetarea progresează și costurile de producție scad, se preconizează că lichidele ionice vor deveni din ce în ce mai integrale pentru evoluțiile științifice și comerciale durabile la nivel mondial.
