Ионная жидкость

Формула 1-бутил-3-метилимидазолий гексафторфосфата [bmim]PF6, одной из самых распространённых ионных жидкостей

Ио́нная жи́дкость — жидкость, содержащая только ионы. В широком смысле этого понятия ионные жидкости — это любые расплавленные соли, например, расплавленный хлорид натрия при температуре выше 800 градусов Цельсия. В настоящее время под термином «ионные жидкости» чаще всего подразумевают соли, температура плавления которых ниже температуры кипения воды, то есть ниже 100 градусов Цельсия. В частности, соли, которые плавятся при комнатной температуре, называются «RTIL» или «Room-Temperature Ionic Liquids».

Основные применения: прикладная наука, биотехнологии, энергетика, химия, ракетостроение[1]. Ионные жидкости относятся к так называемым «зелёным растворителям», которые соответствуют принципам зелёной химии. Некоторые ионные жидкости, например, 1-бутил-3-метилимидазолий хлорид, являются относительно эффективными растворителями для целлюлозы. В классических растворителях этот процесс происходит только в очень жёстких условиях.[2]

История

Первая публикация вышла в 1888 году. Габриэль сообщал в ней о этаноламмоний нитрате, который имеет температуру плавления 52−55 °C[3]. В 1914 году Пауль Вальден получил первую ионную жидкость с температурой плавления ниже комнатной: нитрат этиламмония [EtNH3]+ [NO3]−, который имеет температуру плавления 12 °C[4]. После этого ионные жидкости на время были забыты, и считались лишь лабораторным курьёзом. В 1951 году Харли получил ионные жидкости из хлороалюминатов, которые использовал для электроосаждения алюминия[5]. В 1963 году Йоук сообщил о том, что смеси хлорида меди (I) с хлоридами алкиламмония зачастую жидкие[6]. В 1967 Свэйн использовал бензоат тетра-н-гексиламмония для исследования кинетики электрохимических реакций. В период с 70 по 80-е годы хлороалюминаты использовались для спектро- и электрохимических исследований комплексов переходных металлов. В 1981 году впервые были использованы, как растворитель и катализатор одновременно, для проведения реакции Фриделя — Крафтса. В 1990 нобелевский лауреат Ив Шовен применил ионные жидкости для двухфазового катализа[7]. В этом же году Остерйонг использовал ионные жидкости для полимеризации этилена при участии катализатора Циглера-Натта[8]. Прорыв в исследовании наступил в 1992 году, когда Вилкес и Заворотко, работая над поиском новых электролитов для батарей, сообщили о получении первых ионных жидкостей устойчивых к воздуху и влаге — солей имидазолия с анионами [BF4]− и MeCO2−[9]. После этого началось активное изучение ионных жидкостей. Количество издаваемых статей и книг постоянно растёт. В 2002 году было зафиксировано больше 500 публикаций, на 2006-й год почти 2000. Фирмы по продаже химических реактивов на данный день предлагают большой выбор коммерчески доступных ионных жидкостей. В 2009 году Министерство энергетики США (DOE) выделило грант в $5,13 миллиона молодой аризонской компании Fluidic Energy на постройку прототипов долговечных металло-воздушных батарей с удельной ёмкостью на порядок большей, чем у литиево-ионных аккумуляторов. Роль электролита должен играть не водный раствор, а ионная жидкость. Соответственно, новый тип аккумулятора получил название Metal-Air Ionic Liquid Battery.[10]

Свойства

Физические свойства

Поваренная соль NaCl и ионная жидкость [bmim]NTf2 при температуре в 27 °C

Ионные жидкости в твёрдом состоянии представляют собой порошки либо воскообразные субстанции белого, либо желтоватого цвета. В жидком состоянии бесцветны, либо с желтоватым оттенком, который обусловлен небольшим количеством примесей. Одно из характерных свойств ионных жидкостей – это их высокая вязкость, которая затрудняет работу с ними. Основная характеристика ионных жидкостей это их низкая температура плавления, обусловленная стерической затруднённостью структуры, которая усложняет кристаллизацию. Например, 1-этил-3-метилимидазолий дицианамид, [C2mim][N(CN)2], плавится при Tпл = −21 °C[11], хлорид пиридиния, [PyH]Cl, плавится при Tпл = 144.5 °C[12] но бромид 1-бутил-3,5-диметилпиридиния , [N-бутил-3,5-диметил-Py]Br, остекляется только ниже Tзатв = −24 °C.[13]

Классификация

Ионные жидкости можно условно классифицировать следующим образом:

  • Состоящие из органического катиона и неорганического аниона
  • Состоящие из неорганического катиона и органического аниона
  • Полностью органические ионные жидкости
  • Полностью неорганические ионные жидкости
  • Хиральные ионные жидкости

Получение и очистка

Часто используемые катионы для ионных жидкостей

Реакции кватернизации

Формирование катиона может быть осуществлено как реакцией с кислотой, так и кватернизацией амина, фосфина или сульфида. Для выполнения последней часто используют галогеналканы или диалкилсульфаты. Реакция кватернизации очень проста — исходный амин (или фосфин) смешивают с необходимым алкилирующим агентом, нагревают при перемешивании, в большинстве случаев без растворителя. Время реакции и температура нагрева зависят от галогеналкана. Реакционная способность возрастает от хлора к йоду. Фторпроизводные таким способом получить невозможно.

Реакции обмена анионами

Можно разделить на две категории: прямая реакция галогенидных солей с кислотами Льюиса и метатезис (обмен) анионов. Получение ионных жидкостей реакцией кислоты Льюиса (чаще всего AlCl3) с галидной солью было доминирующим способом на ранних этапах исследований.
Например, реакция получения ионной жидкости реакцией хлорида этилметилимидазолия с хлоридом алюминия (кислота Льюиса):
[EMIM]+Cl− + AlCl3 → [EMIM]+AlCl4−
Смысл реакции метатезиса солей заключается в формировании новой пары солей, которые можно было бы легко разделить, основываясь на их разных физических свойствах. Например, получая галогениды серебра (которые выпадают в осадок), или кислоты, которые могут быть легко отделены промыванием ионной жидкости водой (только для ионных жидкостей, несмешивающихся с водой). Например, реакция хлорида этилметилимидазолия с гексафторфосфорной кислотой
[EMIM]+Cl− + HPF6 → [EMIM]+PF6− + HCl
В результате реакции образуется несмешивающаяся с водой ионная жидкость, а побочный продукт, соляная кислота, остаётся растворенной в воде.

Получение в промышленности

Несмотря на лёгкость получения ионных жидкостей в лабораторных условиях, не все методы применимы в промышленных масштабах из-за своей дороговизны. Ионные жидкости позиционируются как «зелёные растворители», но при их производстве зачастую используются большие количества органических растворителей, зачастую для очистки ионных жидкостей от галогенов. Все эти недостатки должны быть устранены при переходе к многотоннажным синтезам. Например, фирма Solvent Innovation предложила, запатентовала и производит тонновыми количествами ионную жидкость, которая получила торговое название ECOENG 212. Она соответствует всем требованиям зелёной химии: она не токсична, способна разлагаться, попав в окружающую среду, не содержит примесей галогенов, при её производстве не применяются органические растворители, а единственным побочным продуктом является этиловый спирт.[14]

Очистка

Поскольку ионные жидкости невозможно очистить перегонкой (давление их насыщенного пара составляет порядка 10-13 мбар[15]) то на практике очищают исходные соединения, из которых собираются получать ионную жидкость. Теоретически можно отогнать любые органические примеси из ионной жидкости, так как многие из последних устойчивы к нагреванию до очень высоких температур: не разлагаются вплоть до 400 °C. Также можно очистить ионные жидкости активированным углем, с последующей фильтрацией через короткую колонку с нейтральным оксидом алюминия. Воду отгоняют нагреванием в течение нескольких часов до 60 °C при пониженном давлении. В промышленности способность ионных жидкостей к очистке для повторного использования играет важнейшую роль из-за высокой стоимости последних. Эффективность варьируется от плохой до очень хорошей.[14] Предлагаются различные инновационные методы. Например, экстракция продуктов суперкритическим CO2 [16] или мембранные техники [17]. Кроме того, перспективным кажется направление сдачи ионных жидкостей предприятиям в аренду, для одноразового пользования. Таким образом одна фирма будет заниматься поставкой и очисткой растворителя для другой, которая будет экономить средства за счёт многоразового использования растворителя.

См. также

Источники

  1. ↑ Вспомни о ЛИЗЕ. geektimes.ru. Дата обращения: 15 февраля 2016. Архивировано 16 февраля 2016 года.
  2. ↑ Ignatyev, Igor; Charlie Van Doorslaer, Pascal G.N. Mertens, Koen Binnemans, Dirk. E. de Vos. Synthesis of glucose esters from cellulose in ionic liquids (англ.) // Holzforschung : journal. — 2011. — Vol. 66, no. 4. — P. 417—425. — doi:10.1515/hf.2011.161. Архивировано 1 ноября 2014 года.
  3. ↑ S. Gabriel, J. Weiner. Ueber einige Abkömmlinge des Propylamins (нем.) // Chemische Berichte[англ.] : magazin. — 1888. — Bd. 21, Nr. 2. — S. 2669—2679. — doi:10.1002/cber.18880210288.
  4. ↑ P. Walden,. Molecular weights and electrical conductivity of several fused salts (англ.) // Bull. Acad. Sci. : journal. — 1914. — P. 405—422.
  5. ↑ Frank. H. Hurley, Thomas P. Wier Jr. Electrodeposition of metals from fused quaternary ammonium salts (англ.) // Journal of the Electrochemical Society[англ.] : journal. — 1951. — Vol. 98. — P. 203—206.
  6. ↑ Yoke, John T., Weiss, Joseph F.; Tollin, Gordon. Reactions of triethylamine with copper (I) and copper (II) halides (англ.) // Inorganic Chemistry : journal. — 1963. — Vol. 2(6). — P. 1209—1216.
  7. ↑ Chauvin, Yves; Gilbert, Bernard; Guibard, Isabelle. Catalytic dimerization of alkenes by nickel complexes in organochloroaluminate molten salts (англ.) // Chemical Communications[англ.] : journal. — 1990. — Vol. 23. — P. 1715—1716.
  8. ↑ Osteryoung, R. A. Chemical and electrochemical studies in ionic liquids (англ.) // Report AFOSR-TR-90-0084; Order No. AD-A217742 : journal. — 1990. — Vol. 23. — P. 1715—1716.
  9. ↑ Wilkes, John S.; Zaworotko, Michael J. Air and water stable 1-ethyl-3-methylimidazolium based ionic liquids (англ.) // Chemical Communications[англ.] : journal. — 1992. — Vol. 13. — P. 965—967.
  10. ↑ Американцы разработали супераккумулятор на ионной жидкости Архивная копия от 12 ноября 2009 на Wayback Machine // membrana, 9 ноября 2009
  11. ↑ D. R. MacFarlane, J. Golding, S. Forsyth, M. Forsyth and G. B. Deacon. Low viscosity ionic liquids based on organic salts of the dicyanamide anion (англ.) // Chem. Commun.[англ.] : journal. — 2001. — P. 1430. — doi:10.1039/b103064g.
  12. ↑ L. F. Audrieth, A. Long and R. E. Edwards. Fused "Onium" Salts as Acids. Reactions in Fused Pyridinium Hydrochloride (англ.) // J. Am. Chem. Soc.[англ.] : journal. — 1936. — Vol. 58. — P. 428.
  13. ↑ J. M Crosthwaite, M. J. Muldoon, J. K. Dixon, J. L. Anderson and J. F. Brennecke. Phase transition and decomposition temperatures, heat capacities and viscosities of pyridinium ionic liquids (англ.) // J. Chem. Thermodyn.[англ.] : journal. — 2005. — Vol. 37. — P. 559—568.
  14. ↑ 1 2 Ionic Liquids in Synthesis (неопр.) / Peter Wasserscheid , Thomas Welton. — Wiley, 2007. — ISBN 3527312390.
  15. ↑ Источник. Дата обращения: 10 февраля 2023. Архивировано 6 июля 2022 года.
  16. ↑ L. A. Blanchard, D. Hancu, E.J. Beckman, J. F. Brennecke. Green processing using ionic liquids and CO2 (англ.) // Nature : journal. — 1999. — Vol. 28. — P. 399.
  17. ↑ Solvent innovation WO 2003.039.719, 2003

Литература

Ссылки

Read other articles:

Stocking Pelham

Human settlement in EnglandStocking PelhamSt. Mary's Church, Stocking PelhamStocking PelhamLocation within HertfordshirePopulation163 (2011 Census)[1]OS grid referenceTL4529DistrictEast HertfordshireShire countyHertfordshireRegionEastCountryEnglandSovereign stateUnited KingdomPost townBUNTINGFORDPostcode districtSG9Dialling code01279PoliceHertfordshireFireHertfordshireAmbulanceEast of England List of places UK England Hertfordshire 51°56′31″N 0...

 

 

César Cui

Dalam nama yang mengikuti kebiasaan penamaan Slavia Timur ini, patronimiknya adalah Antonovich dan nama keluarganya adalah Cui. César Cui, 1910 César Antonovich Cui (bahasa Rusia: Цезарь Антонович Кюи, tr. Tsézar Antónovich Kyuí[a]; IPA: [ˈt͡sjezərʲ ɐnˈtonəvʲɪt͡ɕ kʲʊˈi] ( simak); Prancis: Cesarius Benjaminus Cui; 18 Januari [K.J.: 6 Januari] 1835 – 13 Maret 1918)[2] adalah seorang komponis dan kritikus m...

 

 

Lili Marleen

Untuk Film 1980 buatan Rainer Werner Fassbinder, lihat Lili Marleen (film). Patung peringatan Lili Marleen dan Lale Andersen di Langeoog Berkas:Lili-Marleen-1939-Version 1.ogg Lili Marleen (alias Lili Marlene, Lily Marlene, Lili Marlène, dan lain-lain) merupakan judul tembang yang disiarkan oleh radio Nazi di stasiun Belgrade, Yugoslavia. Transmisinya bisa menjangkau kawasan Eropa dan Mediterania, sehingga bisa dinikmati seluruh prajurit yang bertugas. Ketika masih berupa bait puisi, tembang...

Nova Cinema (Czech Republic)

Television channel Nova CinemaCountryCzech RepublicHeadquartersPragueProgrammingLanguage(s)CzechPicture format4:3/16:9 (480p/720p, HDTV)OwnershipOwnerCMESister channelsTV NovaNova ActionNova FunNova GoldNova LadyNova Sport 1Nova Sport 2Nova Sport 3Nova Sport 4Nova Sport 5Nova Sport 6Nova InternationalHistoryLaunched1 December 2007[1]LinksWebsiteFilmy online - VOYO (in Czech)AvailabilityTerrestrialDVB-T/T2MUX 23 (FTA)Streaming mediaNova.czWatch live(Czech only)VOYOWatch live(Czech only...

 

 

Ali Fethi Okyar

Ali Fethi Okyar Ali Fethi Okyar (29 April 1880 – 7 Mei 1943) ialah seorang tentara dan politikus Turki Utsmani. Merupakan kepala penjaga Sultan Abd-ul-Hamid II di pengasingannya di Salonika. Kemudian menjadi utusan Kesultanan Utsmaniyah ke Sofia, Bulgaria. Kemudian ia bekerja sebagai Ketua Majelis Perwakilan yang didirikan Mustafa Kemal Atatürk, dan perdana menteri pada masa Republik. Didahului oleh:İsmet İnönü Perdana Menteri Turki Digantikan oleh:Ismet Inonu lbsPerdana ...

 

 

西遊記大結局之仙履奇緣

本條目存在以下問題，請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法。 此條目需要編修，以確保文法、用詞、语气、格式、標點等使用恰当。 (2013年8月6日)請按照校對指引，幫助编辑這個條目。（幫助、討論） 此條目剧情、虛構用語或人物介紹过长过细，需清理无关故事主轴的细节、用語和角色介紹。 (2020年10月6日)劇情、用語和人物介紹都只是用於了解故事主軸，輔助�...

Alina Zagitova

Russian figure skater (born 2002) In this name that follows Eastern Slavic naming customs, the patronymic is Ilnazovna and the family name is Zagitova. Alina ZagitovaZagitova at the 2019 World ChampionshipsFull nameAlina Ilnazovna ZagitovaNative nameАлина Ильназовна ЗагитоваBorn (2002-05-18) 18 May 2002 (age 22)Izhevsk, Udmurtia, RussiaHeight1.60 m (5 ft 3 in)[1][2]Figure skating careerCountry RussiaCoachEteri Tutberidze Sergei Du...

 

 

Jerusalem Gate Hotel

Hotel in Jerusalem 31°47′23″N 35°12′03″E / 31.78985°N 35.20097°E / 31.78985; 35.20097 The Jerusalem Gate hotel is above and attached to Centre One The Jerusalem Gate Hotel is a hotel located at the western entrance to Jerusalem, Israel. The hotel is attached to the shopping mall, Centre One. The hotel was constructed in 1988 by Heftsiba. In April 2006, the hotel was bought by American investor Morris Wilner.[1][2] The hotel focuses on the Ha...

 

 

List of places in Iraq

This is a list of places in Iraq. Governorates of Iraq lists the governorates, and Districts of Iraq lists the subdivisions of those governorates. Modern cities and towns Main article: List of cities in Iraq Iraq Map Afak (عفك) Samarra Al `Awja (العوجا) Baghdad (ܒܓܕܐܕ) (بغداد) Kadhimiya(الكاظمية) Sadr City (مدينة الصدر) Green Zone (المنطقة الخضراء) List of neighborhoods and districts in Baghdad Baghdadi Bayji (بيجي) Balad (بلد) Ba`qub...

German prisoners of war in Azerbaijan

During World War II German prisoners in Mingachevir German prisoners of war in Azerbaijan (German: Deutsche Kriegsgefangene in Aserbaidschan) are former servicemen of Nazi Germany captured by Soviet troops during World War II and kept on the territory of the Azerbaijan Soviet Socialist Republic. History of the prisoners of war in Azerbaijan Main article: German prisoners of war in the Soviet Union Arrival and accommodation According to the historian Tair Behbudov, who is studying the fate of ...

 

 

Agotamiento de los recursos

Mina a cielo abierto. El agotamiento de los recursos es el consumo de un recurso más rápido de lo que se puede reponer. Los recursos naturales se dividen comúnmente entre (recurso renovable/recursos no renovables) y (véase también la clasificación de recursos minerales). El uso de cualquiera de estas formas de recursos más allá de su tasa de reemplazo se considera agotamiento de los recursos.[1]​ El agotamiento de los recursos se utiliza más comúnmente en referencia a la agric...

 

 

1964 Montana gubernatorial election

Election for Governor of Montana For related races, see 1964 United States gubernatorial elections. 1964 Montana gubernatorial election ← 1960 November 3, 1964 1968 → Turnout85.80%0.10[1]   Nominee Tim Babcock Roland Renne Party Republican Democratic Popular vote 144,113 136,862 Percentage 51.29% 48.71% County resultsBabcock:      50–60%      60–70%      70–80% Renne:  ...

Islam di Sri Lanka

Islam menurut negara Afrika Aljazair Angola Benin Botswana Burkina Faso Burundi Kamerun Tanjung Verde Republik Afrika Tengah Chad Komoro Republik Demokratik Kongo Republik Kongo Djibouti Mesir Guinea Khatulistiwa Eritrea Eswatini Etiopia Gabon Gambia Ghana Guinea Guinea-Bissau Pantai Gading Kenya Lesotho Liberia Libya Madagaskar Malawi Mali Mauritania Mauritius Maroko Mozambik Namibia Niger Nigeria Rwanda Sao Tome dan Principe Senegal Seychelles Sierra Leone Somalia Somaliland Afrika Selatan ...

 

 

1592 год

Годы 1588 · 1589 · 1590 · 1591 — 1592 — 1593 · 1594 · 1595 · 1596 Десятилетия 1570-е · 1580-е — 1590-е — 1600-е · 1610-е Века XV век — XVI век — XVII век 2-е тысячелетие XIV век XV век XVI век XVII век XVIII век 1490-е 1490 1491 1492 1493 1494 1495 1496 1497 1498 1499 1500-е 1500 1501 1502 1503 1504 1505 1506 1507 1508 1509 1510-е 1510 1511 1512 1513 1514 1515 1516 ...

 

 

American Revolution

1765–1791 period establishing the US This article is about political and social developments, and the origin and aftermath of the war. For military actions, see American Revolutionary War. For other uses, see American Revolution (disambiguation). American RevolutionPart of the Atlantic RevolutionsThe Continental Colors flag (1775–1777)The Committee of Five presenting its draft of the Declaration of Independence to the Second Continental Congress in Philadelphia on June 28, 1776, depicted ...

Ein Nazi fährt nach Palästina

1934 series of articles in Der AngriffThis article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources.Find sources: Ein Nazi fährt nach Palästina – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (October 2024) Ein Nazi fährt nach Palästina (A Nazi Travels to Palestine) is a 12-part article series by German journalist and junio...

 

 

The Ivory Ape

This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (October 2012) (Learn how and when to remove this message) 1980 multi-national TV series or program The Ivory ApeOfficial release posterGenre Action Adventure Drama Romance Written byArthur Rankin Jr.William OvergardDirected byTsugunobu KotaniStarringJack PalanceSteven KeatsCindy PickettCeline LomezTheme music co...

 

 

王清宪

王清宪 安徽省人民政府省长现任就任日期2021年2月1日书记李锦斌 → 郑栅洁 → 韩俊 → 梁言顺前任李国英 中国共产党青岛市委员会书记任期2019年1月29日—2021年1月29日副职孟凡利 → 赵豪志（副书记兼市长）前任张江汀继任陆治原 个人资料性别男出生1963年7月（61歲）河北永年国籍 中华人民共和国政党 中国共产党居住地安徽省合肥市母校南开大学中国社会科学院 王�...

Abéché Airport

AirportAbéché Airportمطار أبشيIATA: AEHICAO: FTTCSummaryAirport typePublicOperatorGovernmentServesAbéché, ChadElevation AMSL1,788 ft / 545 mCoordinates13°50′49″N 020°50′39″E / 13.84694°N 20.84417°E / 13.84694; 20.84417MapFTTCLocation of airport in ChadRunways Direction Length Surface m ft 09/27 2,800 9,186 Asphalt Sources:[1][2] Abéché Airport (Arabic: مطار أبشي; French: Aéroport d'Abéché; (IATA: AEH, ...

 

 

Charles-Jean-François Hénault

French writer and historian (1685–1770) This article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources.Find sources: Charles-Jean-François Hénault – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (February 2012) Charles-Jean-François HénaultBorn(1685-02-08)8 February 1685Paris, FranceDied24 November 1770(1770-11-24) (aged&#...