中文简体
Ionske tekućine (IL) jedinstvena su klasa kemijskih spojeva sastavljenih u cijelosti od iona - pozitivno nabijenih kationa i negativno nabijenih aniona - koji postoje u tekućem obliku na ili u blizini sobne temperature. Za razliku od konvencionalnih otapala koja su često molekularne tekućine, ionske tekućine su soli koje ostaju tekuće ispod 100 ° C, a mnoge na sobnoj temperaturi. Ova neobična karakteristika daje im različita fizikalno -kemijska svojstva, čineći ih fokusom rastućeg interesa za kemiju, znanost o materijalima i razne industrijske primjene.
Što su točno Jonske tekućine ?
Ionske tekućine su soli koje se tope na temperaturama obično ispod 100 ° C, a mnoge su preostale tekućine u sobnim uvjetima (oko 25 ° C). Nastaju kombiniranjem glomaznih i često asimetričnih organskih kationa s različitim anorganskim ili organskim anionima. Delokalizacija velike veličine i naboja u ionima snižava točku taljenja značajno u usporedbi s tradicionalnim soli poput natrijevog klorida.
Tipična ionska tekuća molekula sastoji se od:
Kationi: Obično imidazolij, piridinij, amonijev, fosfonij ili sulfonijski strukture.
Anioni: Primjeri uključuju halogenide (CL⁻, BR⁻), tetrafluorobort (BF₄⁻), heksafluorofosfat (PF₆⁻), bis (trifluorometilsulfonil) imide (tf₂n⁻) i druge.
Njihova ionska priroda dovodi do snažnih kolombijskih interakcija, ali njihova asimetrija i stericska prepreka sprječavaju ih da se kristaliziraju, što rezultira tekućim stanjem na relativno niskim temperaturama.
Ključne karakteristike ionske tekućine
Ionske tekućine pokazuju nekoliko karakterističnih svojstava koja ih razlikuju od tradicionalnih molekularnih otapala:
| Karakterističan | Opis |
| Niska volatilnost | Zanemarivi tlak pare, smanjenje isparavanja i emisija. |
| Visoka toplinska stabilnost | Stabilni u širokim rasponima temperature, često> 300 ° C. |
| Široki raspon tekućine | Ostanite tekući u rasponu širokih temperatura. |
| Visoka ionska vodljivost | Omogućite učinkovit transport naboja, koristan u elektrokemiji. |
| Nezapažljiv | Nemojte se lako zapaliti, povećavajući sigurnost. |
| Podesivost | Svojstva se mogu prilagoditi promjenom kombinacija kationa/aniona. |
| Visoka polarnost | Izvrsna otapala za polarne i ionske vrste. |
| Dobra sposobnost solvacije | Otopite razne organske, anorganske i polimerne tvari. |
| Nizak tlak pare | Ekološki prijateljski zbog smanjenih emisija zraka. |
Vrste ionske tekućine
Ionske tekućine kategorizirane su na temelju njihove kemijske strukture, prirode iona i specifičnih primjena:
Sobne temperaturne ionske tekućine (rtils)
Tekućina na ili blizu 25 ° C.
Primjeri: 1-butil-3-metilimidazolij tetrafluorobort ([BMIM] [BF₄]).
Visokotemperaturne ionske tekućine
Tekućine, ali s taljenim točkama između 100 ° C i 200 ° C.
Protočne ionske tekućine
Nastao protonskim prijenosom između Brønsted kiseline i baze.
Pokazuju svojstva poput vezanja vodika.
Aprotske jonske tekućine
Ne uključuju prijenos protona.
Često stabilnija termički i kemijski.
Ionske tekućine specifične za zadatak (TSILS)
Dizajniran s funkcionalnim skupinama prilagođenim specifičnim reakcijama ili odvajanjima.
Polimerne ionske tekućine (PILS)
Ionske tekućine polimerizirane u krute ili gelne oblike za napredne materijale.
Prednosti ionske tekućine
Kombinacija jedinstvenih svojstava čini ionske tekućine superiornim uobičajenim otapalima ili materijalima na više načina:
| Prednost | Obrazloženje |
| Ekološka prijateljstva | Niski tlak pare smanjuje emisiju VOC -a i onečišćenje zraka. |
| Prilagodljiva kemija | Molekularni dizajn omogućuje optimizaciju za određene uporabe. |
| Širok raspon topljivosti | Može otopiti širok spektar spojeva, uključujući plinove, soli i organske tvari. |
| Reciklabilnost | Može se oporaviti i ponovno upotrijebiti, smanjujući otpad. |
| Toplinska i kemijska stabilnost | Korisno u teškim kemijskim okruženjima i visokotemperaturnim procesima. |
| Nezapažljiv | Sigurnije rukovanje i skladištenje u usporedbi s isparljivim organskim otapalima. |
| Pojačane brzine reakcije | Mogu djelovati kao katalizatori ili ko-katalizatori, poboljšavajući učinkovitost. |
| Elektrokemijske primjene | Visoka ionska vodljivost pogodna za baterije, kondenzatore i elektropleta. |
Primjene ionskih tekućina
Ionske tekućine pronašle su primjene u širokom rasponu polja zbog svojih svestranih svojstava:
1. Zelena kemija i otapala
Zamjena hlapljivih organskih otapala (VOC) u kemijskim sintezama.
Koristi se kao reakcijski medij u organskoj sintezi, katalizi i enzimskim procesima.
Poboljšana selektivnost i prinos u mnogim reakcijama.
2. Elektrokemijski uređaji
Elektroliti u baterijama (litij-ion, natrijev-ion), superkapacitori i gorivne ćelije.
Elektroplana i elektrodepozicija s kontroliranom morfologijom.
Senzori i elektrokemijsko otkrivanje.
3. Procesi odvajanja
Snimanje plina i odvajanje, poput hvatanja CO₂ iz dimnih plinova.
Ekstrakcija metala i rijetkih zemaljskih elemenata.
Tehnike razdvajanja kromatografske i membrane.
4. Biotehnologija i lijekovi
Stabilizacija i solubilizacija biomolekula.
Sustavi i formulacija za dostavu lijekova.
Enzimska kataliza u ionskom tekućem mediju.
5. Znanost o materijalima
Sinteza nanomaterijala i polimera.
Predlošci za porozne materijale i ionske tekuće kristale.
Maziva i aditivi za tribologiju.
Kako koristiti ionske tekućine
Korištenje ionske tekućine zahtijeva pažnju na njihovu fizičku i kemijsku prirodu:
Rukovanje: Zbog njihove niske volatilnosti, rizik udisanja je minimalan, ali preporučuje se rukavice i zaštita očiju kako bi se izbjegao kontakt kože.
Otapanje: Ionske tekućine mogu otopiti razne tvari, ali mogu zahtijevati miješanje ili zagrijavanje.
Miješanje: Oni se mogu pomiješati s molekularnim otapalima ili koristiti uredno ovisno o primjeni.
Kataliza: Često se istovremeno koriste kao otapala i katalizatori; Uvjeti reakcije mogu se razlikovati od tradicionalnih otapala.
Oporavak: Može se oporaviti destilacijom proizvoda, ekstrakcijom ili odvajanjem faza za ponovnu upotrebu.
Kako pohraniti ionske tekućine
Pravilno skladištenje osigurava dugovječnost i održava njihova svojstva:
| Stanje skladištenja | Preporuka |
| Vrsta spremnika | Koristite zračne, kemijski otporne posude (staklo ili PTFE). |
| Temperatura | Čuvajte na sobnoj temperaturi, izbjegavajte krajnosti topline ili hladnoće. |
| Kontrola vlage | Držite se od vlage jer su neke ionske tekućine higroskopske. |
| Zaštita svjetlosti | Čuvajte u tamnim ili neprozirnim spremnicima kako biste spriječili degradaciju. |
| Etiketiranje | Jasno označiti kemijskim imenom i opasnostima. |
Ionske tekućine uglavnom pokazuju dobru kemijsku stabilnost, ali mogu se razgraditi nakon dužeg izlaganja vodi, zraku ili svjetlu, ovisno o njihovoj strukturi.
Budući razvoj i trendovi
Polje ionske tekućine brzo se razvija, vođeno potrebom za održivim tehnologijama i novim materijalima. Neki budući trendovi uključuju:
Dizajn više ionskih tekućina specifičnih za zadatak: Kraljevstvo ionske tekućine za precizne kemijske ili industrijske potrebe, kao što su CO₂ za snimanje ili farmaceutska sinteza.
Biorazgradive i bionske ionske tekućine: Razvijanje ionske tekućine dobivene iz obnovljivih izvora za poboljšanje kompatibilnosti okoliša.
Hibridni materijali: Kombinirajući ionske tekućine s polimerima, nanočesticama ili membranama za stvaranje naprednih funkcionalnih materijala.
Skaliranje i komercijalizacija: Prevladavanje izazova troškova i proizvodnje kako bi se omogućila široka industrijska upotreba.
Skladištenje energije i pretvorba: Poboljšanje performansi baterija, superkapacitora i gorivnih ćelija pomoću ionskih tekućih elektrolita.
Biomedicinske primjene: Proširivanje uporabe ionske tekućine u isporuci lijekova, inženjerstvu tkiva i dijagnostici.
Računalni dizajn: Korištenje strojnog učenja i molekularnog modeliranja za predviđanje i dizajniranje jonskih tekućina s optimalnim svojstvima.
Sažetak
Ionske tekućine predstavljaju revolucionarnu klasu tekućih soli s izuzetnim svojstvima koja imaju široku primjenu u kemiji, energiji, materijalima i biotehnologiji. Njihova sposobnost prilagođene određenim zadacima, u kombinaciji s prednostima okoliša i sigurnosti, pozicionira ih kao ključne komponente u unapređivanju zelenih tehnologija i inovativnih industrijskih procesa. Kako se istraživanje napreduje, a troškovi proizvodnje smanjuju, očekuje se da će ionske tekućine postati sve integralniji za održivi znanstveni i komercijalni razvoj širom svijeta.
