中文简体
Ioniset nesteet (IL: t) ovat ainutlaatuinen kemiallisten yhdisteiden luokka, joka koostuu kokonaan ioneista - positisesti varautuneista kationeista ja negatiivisesti varautuneista anioneista -, joita esiintyy nestemäisessä muodossa huoneenlämpötilassa tai sen lähellä. Toisin kuin tavanomaiset liuottimet, jotka ovat usein molekyylinesteitä, ioniset nesteet ovat suoloja, jotka pysyvät nestemäisinä alle 100 ° C ja monet huoneenlämpötilassa. Tämä epätavallinen ominaisuus antaa heille selkeät fysikaalis -kemialliset ominaisuudet, jolloin ne keskittyvät kasvavaan kiinnostukseen kemian, materiaalitieteen ja erilaisten teollisten sovellusten suhteen.
Mitä tarkalleen on Ioniset nesteet ?
Ioniset nesteet ovat suoloja, jotka sulavat lämpötiloissa tyypillisesti alle 100 ° C: n, monien jäljellä olevien nesteiden ollessa ympäristön olosuhteissa (noin 25 ° C). Ne muodostetaan yhdistämällä tilaa vievät ja usein epäsymmetriset orgaaniset kationit erilaisiin epäorgaanisiin tai orgaanisiin anioneihin. Ionien suuri koko ja varaus deleokalisaatio pienentävät sulamispistettä merkittävästi verrattuna perinteisiin suoloihin, kuten natriumkloridiin.
Tyypillinen ioninen nestemolekyyli koostuu:
Kationit: Yleisesti imidatsolium, pyridinium, ammonium, fosfonium tai sulfoniumpohjaiset rakenteet.
Anionit: Esimerkkejä ovat halogenidit (cl⁻, br⁻), tetrafluoroboraatti (bf₄⁻), heksafluorofosfaatti (pf₆⁻), bis (trifluorimetyylisulfonyyli) imidi (tf₂n⁻) ja muut.
Niiden ioninen luonne johtaa voimakkaisiin coulombisiin vuorovaikutuksiin, mutta niiden epäsymmetria ja steeriset esteet estävät niitä kiteytymästä helposti, mikä johtaa nestemäiseen tilaan suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa.
Ionisten nesteiden keskeiset ominaisuudet
Ionisilla nesteillä on useita erottuvia ominaisuuksia, jotka erottavat ne perinteisistä molekyyliliuottimista:
| Ominainen | Kuvaus |
| Alhainen volatiliteetti | Höyrynpaine vähentämällä haihtumista ja päästöjä. |
| Korkea lämmönvakaus | Vakaa leveiden lämpötila -alueilla, usein> 300 ° C. |
| Laaja nestealue | Pysy nestemäisenä laajojen lämpötila -alueiden yli. |
| Korkea ionin johtavuus | Ota tehokas varauskuljetus, hyödyllinen sähkökemiassa. |
| Tulehdus | Älä syttele helposti, mikä parantaa turvallisuutta. |
| Virkavuus | Ominaisuudet voidaan mukauttaa muuttamalla kationin/anionikombinaatioita. |
| Korkea napaisuus | Erinomaiset liuottimet polaarisille ja ionisille lajeille. |
| Hyvä solvaatio | Liuota erilaisia orgaanisia, epäorgaanisia ja polymeerisiä aineita. |
| Matala höyrynpaine | Ympäristöystävällisempi vähentyneiden ilmapäästöjen vuoksi. |
Ionisten nesteiden tyypit
Ioniset nesteet luokitellaan niiden kemiallisen rakenteen, ionien luonteen ja erityisten sovellusten perusteella:
Huoneenlämpöinen ioniset nesteet (rtilit)
Neste 25 ° C: ssa tai lähellä.
Esimerkkejä: 1-butyyli-3-metyyli-imidatsoliumtetrafluoroboraatti ([BMIM] [BF₄]).
Korkean lämpötilan ioniset nesteet
Nesteet, mutta sulamispisteillä välillä 100 ° C - 200 ° C.
Prottiset ioniset nesteet
Muodostettu protoninsiirrolla Brønsted -hapon ja emäksen välillä.
Näyttää ominaisuuksia, kuten vedyn sidos.
Aproottiset ioniset nesteet
Älä liity protoninsiirtoon.
Usein vakaampi lämpö ja kemiallisesti.
Tehtäväkohtaiset ioniset nesteet (TSIL)
Suunniteltu funktionaalisilla ryhmillä, jotka on räätälöity spesifisille reaktioille tai erotteluille.
Polymeeriset ioniset nesteet (PILS)
Ioniset nesteet, jotka on polymeroitu kiinteisiin tai geelimuotoihin edistyneille materiaaleille.
Ionisten nesteiden edut
Ainutlaatuisten ominaisuuksien yhdistelmä tekee ionisista nesteistä parempia kuin tavanomaiset liuottimet tai materiaalit monin tavoin:
| Etu | Selitys |
| Ympäristöystävällisyys | Matala höyrynpaine vähentää VOC -päästöjä ja ilman pilaantumista. |
| Muokattavissa oleva kemia | Molekyylisuunnittelu mahdollistaa optimoinnin tiettyihin käyttötarkoituksiin. |
| Liukoisuusalue | Voi liuottaa laajan spektrin yhdisteitä, mukaan lukien kaasut, suolat ja orgaaniset tuotteet. |
| Kierrätettävyys | Voidaan palauttaa ja käyttää uudelleen, vähentäen jätteitä. |
| Lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus | Hyödyllinen ankarissa kemiallisissa ympäristöissä ja korkean lämpötilan prosesseissa. |
| Tulehdus | Turvallisempi käsittely ja varastointi verrattuna haihtuviin orgaanisiin liuottimiin. |
| Parannetut reaktionopeudet | Voi toimia katalyyteinä tai katalyyteinä parantaen tehokkuutta. |
| Sähkökemialliset sovellukset | Paristoille, kondensaattorille ja sähköpuhdistukselle sopiva korkea ioninen johtavuus. |
Ionisten nesteiden sovellukset
Ioniset nesteet ovat löytäneet sovelluksia monenlaisia kenttiä niiden monipuolisten ominaisuuksien vuoksi:
1. Vihreä kemia ja liuottimet
Haihtuvien orgaanisten liuottimien (VOC) korvaaminen kemiallisissa synteeseissä.
Käytetään reaktioväliaineina orgaanisessa synteesissä, katalyysissä ja entsymaattisissa prosesseissa.
Parannettu selektiivisyys ja saanto monissa reaktioissa.
2. Sähkökemialliset laitteet
Elektrolyyttit paristoissa (litium-ioni, natrium-ioni), superkondensaattorit ja polttokennot.
Sähköplantointi ja elektrodepositio kontrolloidulla morfologialla.
Anturit ja sähkökemiallinen havaitseminen.
3. Erotusprosessit
Kaasun sieppaaminen ja erottelu, kuten co₂ vangitsee savukaasuista.
Metallien ja harvinaisten maametallien elementtien erottaminen.
Kromatografiset ja membraanin erotustekniikat.
4. biotekniikka ja lääkkeet
Biomolekyylien stabilointi ja liukeneminen.
Huumeiden toimitusjärjestelmät ja formulaatio.
Entsyymikatalyysi ionisissa nestemäisissä väliaineissa.
5. Materiaalitiede
Nanomateriaalien ja polymeerien synteesi.
Huokoisten materiaalien ja ionisten nestekiden mallit.
Voiteluaineet ja lisäaineet tribologiaan.
Kuinka käyttää ionisia nesteitä
Ionisten nesteiden käyttö vaatii huomiota niiden fysikaaliseen ja kemialliseen luonteeseen:
Käsittely: Heidän alhaisen volatiliteettinsa vuoksi hengitysriski on minimaalinen, mutta käsineitä ja silmäsuojaa suositellaan ihon kosketuksen välttämiseksi.
Liukeneminen: Ioniset nesteet voivat liuottaa erilaisia aineita, mutta voivat vaatia sekoittamista tai lämmitystä.
Sekoittaminen: Niitä voidaan sekoittaa molekyyliliuottimien kanssa tai käyttää siistiä levityksestä riippuen.
Katalyysi: Käytetään usein liuottimina ja katalyyteinä samanaikaisesti; Reaktio -olosuhteet voivat poiketa perinteisistä liuottimista.
Toipuminen: Voidaan talteen talteenottamalla tuotteita, uuttaminen tai vaiheen erottaminen uudelleenkäytöstä.
Kuinka varastoida ionisia nesteitä
Oikea varastointi varmistaa pitkäikäisyyden ja ylläpitää niiden ominaisuuksia:
| Säilytystila | Suositus |
| Konttityyppi | Käytä ilmatiiviitä, kemiallisesti kestäviä astioita (lasi tai PTFE). |
| Lämpötila | Säilytä huoneenlämpötilassa, vältä äärimmäisyyksiä lämmön tai kylmän äärimmäisyyksistä. |
| Kosteudenhallinta | Pidä poissa kosteudesta, koska jotkut ioniset nesteet ovat hygroskooppisia. |
| Valonsuoja | Säilytä tummissa tai läpinäkymättömissä astioissa hajoamisen estämiseksi. |
| Merkinnät | Selvästi merkitä kemiallisella nimellä ja vaaroilla. |
Ionisilla nesteillä on yleensä hyvä kemiallinen stabiilisuus, mutta ne voivat heikentyä pitkittyneen altistumisen jälkeen vedelle, ilmalle tai valolle niiden rakenteesta riippuen.
Tuleva kehitys ja suuntaukset
Ionisten nesteiden kenttä kehittyy nopeasti kestävän tekniikan ja uusien materiaalien tarve. Joitakin tulevia suuntauksia ovat:
Tehtävämpien ionisten nesteiden suunnittelu: Ionisten nesteiden räätälöinti tarkkoihin kemiallisiin tai teollisiin tarpeisiin, kuten co₂ -sieppaukseen tai farmaseuttiseen synteesiin.
Biohajoavat ja biopohjaiset ioniset nesteet: Uusiutuvista resursseista johdettujen ionisten nesteiden kehittäminen ympäristön yhteensopivuuden parantamiseksi.
Hybridimateriaalit: Yhdistämällä ioniset nesteet polymeereihin, nanohiukkasiin tai kalvoihin edistyneiden funktionaalisten materiaalien luomiseksi.
Mittakaava ja kaupallistaminen: Kustannus- ja tuotantohaasteiden voittaminen laajalle levinneen teollisuuden käytön mahdollistamiseksi.
Energian varastointi ja muuntaminen: Paristojen, superkondensaattorien ja polttokennojen suorituskyvyn parantaminen ionisia nestemäisiä elektrolyyttejä käyttämällä.
Biolääketieteelliset sovellukset: Ionisten nesteiden käytön laajentaminen lääkkeiden synnytyksessä, kudostekniikassa ja diagnostiikassa.
Laskennallinen suunnittelu: Koneoppimisen ja molekyylimallinnuksen käyttäminen ionisten nesteiden ennustamiseksi ja suunnittelemiseksi optimaalisilla ominaisuuksilla.
Yhteenveto
Ioniset nesteet edustavat vallankumouksellista nestemäisiä suoloja, joilla on poikkeukselliset ominaisuudet, joilla on laaja sovelluksia kemian, energian, materiaalien ja bioteknologian välillä. Niiden kyky räätälöidä tiettyihin tehtäviin yhdistettynä ympäristö- ja turvallisuusetuihin, asettaa ne avainkomponentteiksi vihreän tekniikan ja innovatiivisten teollisuusprosessien edistämisessä. Tutkimuksen edetessä ja tuotantokustannukset vähenevät, ionisten nesteiden odotetaan muuttuvan yhä olennaisemmaksi kestävälle tieteelliselle ja kaupalliselle kehitykselle maailmanlaajuisesti.
