Ciecz jonowa

Z Wikipedii

Ciecz jonowa - substancja ciekła składająca się wyłącznie z jonów. W sensie najbardziej ogólnym cieczami jonowymi są wszystkie stopione sole. Większość soli topi się jednak w wysokich temperaturach (np. chlorek sodu w 800°C). Współcześnie mówiąc o cieczach jonowych ma się zwykle na myśli sole, które topią się poniżej 100°C (373,15 K). Istnieją też sole, które topią się w temperaturach niższych niż pokojowe (poniżej 20°C) i nazywane są one "niskotemperaturowymi cieczami jonowymi" (room-temperature ionic liquids - RTIL).

Spis treści 1 Budowa chemiczna 2 Właściwości i zastosowanie 3 Historia cieczy jonowych 3.1 Bibliografia 3.2 Cytowana 3.2.1 Książki 3.2.2 Artykuły przeglądowe

[edytuj] Budowa chemiczna

Ciecze jonowe o niskich temperaturach topnienia składają się zazwyczaj z dużego i niesymetrycznego kationu (np: 1-alkilo-3-metylimidazoliowy, 1-alkilopirydyniowy, N-metylo-N-alkilopirolidyniowy) oraz jednego z szerokiej gamy anionów. Proste aniony halogenkowe (np. chlorkowy) dają ciecze jonowe topiące się w stosunkowo wysokich temperaturach. Szczególnie popularne i badane są ciecze jonowe z anionami, w których występuje duża liczba atomów fluoru (tetrafluoroboranowy, heksafluorofosforanowy) oraz rozbudowanymi organicznymi (bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy, trifluorosulfonowy). Np: tetrafluoroboran 1-butylo-3-metyloimidazoliowy topi się w temperaturze -80°C.

[edytuj] Właściwości i zastosowanie

Głównymi zaletami cieczy jonowej są:

• bardzo mała prężność par,
• niepalność,
• stabilność termiczna (nawet do 600 K),
• szeroki zakres występowania w stanie ciekłym (rzędu 400°),
• szeroki zakres stabilności elektrochemicznej (tzw. okno elektrochemiczne)
• zdolność rozpuszczania szerokiej i różnorodnej gamy substancji.

Istotną cechą cieczy jonowych jest łatwość przewidywanie ich własności takich jak mieszalność z wodą lub rozpuszczalnikami organicznymi, temperatura topnienia. Własnościami tymi można sterować przez zmianę długości łańcuchów w kationach oraz rodzaju anionu. Z tego powodu dlatego ciecze jonowe są często nazywane projektowalnymi rozpuszczalnikami.

Ciecze jonowe są stosowane w chemii organicznej jako środowisko wielu przemysłowo prowadzonych reakcji chemicznych (m.in reakcja Dielsa-Aldera, reakcja Friedla-Craftsa). Są też stosowane w elektrochemii (elektroliza, ogniwa litowe, kondensatory elektrochemiczne). Ze względu na swoją znikomą lotność są one uważane za bezpieczne dla środowiska naturalnego i dlatego coraz częściej zastępują w wielu zastosowaniach tradycyjne rozpuszczalniki organiczne.

[edytuj] Historia cieczy jonowych

Pierwszą ciecz jonową zsyntezował w 1914 r. P. Walden protonując przy pomocy kwasu azotowego(V) etyloaminę. Otrzymał w ten sposób azotan etyloamoniowy (EAN), którego temperatura topnienia wynosi 14°C^[1]

W późnych latach 40. XX w. F. Hurley i T. Weir z Rice University odkryli, że można otrzymać ciecz jonową przez zmieszanie i ogrzanie chlorku etylopirydyniowego z chlorkiem aluminium.

W latach 70. XX w. R. A. Osteryoung z North Carolina State University, Ch. L. Hussey z University of Mississippi i J. S. Wilkes z Chemistry Research Center z U.S. Air Force Academy prowadzili intensywne badania nad organicznymi chloroaluminiowymi cieczami jonowymi w celu zastosowania ich jako elektrolit w bateriach.

Aktywność badawcza w tej dziedzinie silnie wzrosła wraz z odkryciem w 1992 roku pierwszych cieczy jonowych stabilnych w obecności wilgoci i powietrza ^[2]. Pierwsze dostępne handlowo niskotemperaturowe ciecze jonowe pojawiły się na rynku w 1999.

W latach 1994-2004 ukazało się ponad 2100 prac dotyczących cieczy jonowych (wg raportu ISI Essential Science Indicators^[3]

W roku 2005 Y.U. Paulechka wraz ze współpracownikami obaliła dotychczasowy mit o nielotności cieczy jonowych^[4] co zostało potwierdzone i szerzej zbadane przez L.P.N. Rebelo i współpracowników^[5].

[edytuj] Bibliografia

[edytuj] Cytowana

1. ↑ P. Walden, Bull. Acad. Imp. Sci. (St. Petersburg) 8 (1914)405-422, Chem. Zentralbl., 1914, 1800, S. Sugden, H. Wilkins, Chem. Soc. (1929) 1291-1298.
2. ↑ J. S. Wilkes, M. J. Zaworotko, J.Chem.Soc., Chem.Commun. 1992, 965 ; E. I. Cooper, E. J. M. O’Sullivan, in Molten Salts, R. J. Gale, G. Blomgren, and H. Kojima, Editors, PV 92-16, p.386, The Electrochemical Society Proceedings Series, Pennington NJ (1992)
3. ↑ raport ISI Essential Science Indicatorso cieczach jonowych
4. ↑ Thermochimica Acta 439 (2005) 158–160
5. ↑ NATURE Vol 439,16 February 2006

[edytuj] Książki

• Hiroyuki Ohno (Editor), Electrochemical Aspects of Ionic Liquids, (Wiley-VCH, Weinheim, 2005)
• Ohno, H. (ed.), Ionic Liquids: The Front and Future of Material Development (CMC Press, Tokyo, 2003).
• Wasserscheid, P. and Welton, T. (eds.), Ionic Liquids in Synthesis (Wiley-VCH, Weinheim, 2003).
• Rogers, R.D. and Seddon, K.R. (eds.), Ionic Liquids as Green Solvents: Progress and Prospects, ACS Symp. Ser., Vol. 856 (American Chemical Society, Washington D.C., 2003)
• Rogers, R.D., Seddon, K.R. and Volkov, S. (eds.), Green Industrial Applications of Ionic Liquids, NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, Vol. 92 (Kluwer, Dordrecht, 2002)
• Rogers, R.D. and Seddon, K.R. (eds.), Ionic Liquids: Industrial Applications for Green Chemistry, ACS Symp. Ser., Vol. 818 (American Chemical Society, Washington D.C., 2002)

[edytuj] Artykuły przeglądowe

• van Rantwijk, F., Lau, R.M. and Sheldon, R.A., "Biocatalytic transformations in ionic liquids", Trends in Biotechnology 21 (3), 131-138 (2003)
• Marsh, K.N., Deev, A., Wu, A.C.T., Tran, E. and Klamt, A., "Room temperature ionic liquids as replacements for conventional solvents - A review", Korean J. Chem. Eng. 19 (3), 357-362 (2002)
• Sheldon, R.A., Lau, R.M., Sorgedrager, M.J., van Rantwijk, F. and Seddon, K.R., "Biocatalysis in ionic liquids", Green Chem. 4 (2), 147-151 (2002)
• Rooney, D.W. and Seddon, K.R., "Ionic liquids", in Handbook of Solvents, Ed. G. Wypych (ChemTech Publishing, Toronto, 2001), pp. 1459-1484
• Olivier, H., "Recent developments in the use of non-aqueous ionic liquids for two-phase catalysis", J. Mol. Catal. A: Chem. 146 (1-2), 285-289 (1999)
• Welton, T., "Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis", Chem. Rev. 99, 2071-2084 (1999)
• Seddon, K.R., "Ionic liquids for clean technology: an update", in Molten Salt Forum: Proceedings of 5th International Conference on Molten Salt Chemistry and Technology, Ed. H. Wendt, Vol. 5-6, 1998), pp. 53-62