離子液體性質

離子液體性質,指的是離子液體的物理性質(如熔點、黏度、密度、親水性)和化學特性(如熱穩定性,是否易氧化)等,離子液體性質經過合適的陽離子和陰離子組合,可以在很寬的范圍內改變。比如對水的相容性調變,對用作反應介質分離產物和催化劑非常有利。

這里通過一些性能數據說明離子液體的結構和其物化性能間的關系:

密度

離子液體的密度也是由陰離子和陽離子共同決定的。陰離子對密度有著更多的影響,通常是陰離子越大,離子液體的密度也越大。通過對含不同取代基咪唑陽離子的氯鋁酸鹽的密度比較,密度與咪唑陽離子上N – 烷基鏈長度呈線性關系,隨著有機陽離子變大,離子液體的密度變小。這樣可以通過陽離子結構的輕微調整來調節離子液體的密度。因此要設計某種密度的離子液體,首先應通過陰離子來確定大體范圍,然后通過改變陽離子對密度來細微調節。

熔點

熔點是離子液體的最重要的性質之一,對于工業有用的離子液體的熔點都必須低于室溫,甚至在-100℃都為液體狀態。通過對不同氯化物的熔點研究,發現陽離子的結構特征對其熔點有主要的決定性作用。陽離子結構越不對稱性,離子間相互作用力越小,陽離子電荷越均勻分布,則其熔點越低,陰離子體積增大,也會使熔點降低。

綜上所述,低熔點的離子液體的陽離子的特點是:弱的分子間作用力、低對稱性、陽離子電荷的均勻分布。

熱穩定性

離子液體的熱穩定性會受雜原子- 碳原子之間作用力和雜原子- 氫鍵之間作用力的限制,因此與組成的陽離子和陰離子的結構和性質密切相關。例如:通過氧化鋁測定,多種咪唑鹽離子液體的起始熱分解溫度多數在400 ℃左右, 同時也與陰陽離子的組成有很大關系。當陰離子相同時,咪唑鹽陽離子2位上被烷基取代時,離子液體的起始熱分解溫度明顯提高;而3位氮上的取代基為線型烷基時較穩定 。相應的陰離子部分穩定性順序為: PF6 >Beti > Im≈BF4 >Me≈AsF6 ≥I、Br、Cl。同時,離子液體的水含量也對其熱穩定性略有影響。

化學穩定性

大多數離子液體化學穩定性很好,難以燃燒,即使在較高的溫度(可達300℃)和真空度下也能保持穩定的液態。但是這也不是絕對的,隨著功能離子的出現,我們也可以設計出極易燃燒的離子液體。

溶解性

離子液體能夠溶解無機物、有機物、有機金屬化合物、聚合物、高聚物等不同物質,是很多化學反應的優良溶劑,并幾乎沒有溶劑化和溶劑解現象。通過研究其溶解特性,可以讓我們更好的使用離子液體。離子液體的溶解性與其陽離子和陰離子的特性密切相關。離子液體中陽離子對溶解性的作用可由正辛烯在含相同甲苯磺酸根陰離子季銨鹽離子液體中的溶解性看出,隨著離子液體的季銨陽離子側鏈變大,即非極性特征增加,正辛烯的溶解性隨之變大。所以,改變陽離子的烷基可以調整離子液體的溶解性。陰離子對離子液體溶解性的影響可由水在含不同[bmim] +陽離子的離子液體中的溶解性來發現, [bmim] [CF3SO3]、[bmim] [CF3CO2]和[bmim] [C3F7CO2]與水是充分混溶的,而[bmim]PF6、[bmim] [(CF3SO2)2N]與水則形成兩相混合物。在20℃時,飽和水在[bmim] [(CF3SO2)2N]中的含量僅為1.4% ,這種離子液體與水相溶性的差距可用于液- 液提取的分離技術。大多數離子液體的介電常數超過一特征極限值時,其與有機溶劑是完全混溶的。

酸堿性

離子液體的酸堿性實際上由陰離子的本質決定。

可設計性

離子液體具有可設計性。通過不同的陰、陽離子組合或嫁接適當的官能團,可以調節離子液體的性質,設計出具有不同功能的離子液體,被稱為“可設計溶劑”

電化學穩定電位窗

離子液體一般有良好的導電性和較寬的電化學穩定電位窗。電導率一般在10-3S·cm-1左右,電化學穩定電位窗在4V左右。

綜上所述,離子液體性質具有可設計性,經過對合適的陽離子和陰離子組合,其性質可以在很寬的范圍內改變。我們既可以設計出熔點很高、黏度很高、密度很高、完全溶于水、熱穩定性好,難以氧化的離子液體,也可以通過對離子液體陰陽離子的改變,從而設計出熔點很低、黏度很低、密度很低、完全不溶于水、熱穩定性差,易氧化的離子液體。

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