thumb|200px|Przykład struktury cieczy jonowej: sześciofluorofosforan 1-butylo-3-metyloimidazoliowy (BMIM) 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. Istnieją też sole, które topią się w temperaturach niższych niż pokojowe (poniżej 20 °C) i nazywane są one „niskotemperaturowymi cieczami jonowymi” (RTIL, z ang. room-temperature ionic liquids).
Budowa chemiczna Kationy cieczy jonowych o niskich temperaturach topnienia to zazwyczaj duże i niesymetryczne czwartorzędowe związki amoniowe, np. kation 1-alkilo-3-metyloimidazoliowy (N1,N3-dialkilowa pochodna imidazolu), 1-alkilopirydyniowy (N-alkilowa pochodna pirydyny), N-metylo-N-alkilopirolidyniowy (N,N-dialkilowa pochodna pirolidyny). Część anionowa może mieć różny charakter. Proste aniony halogenkowe (np. chlorki) dają ciecze jonowe topiące się w stosunkowo wysokich temperaturach. Niskotemperaturowe ciecze jonowe zawierają często kompleksowe aniony perfluorowane, np. , lub rozbudowane aniony organiczne, np. bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy lub trifluorometanosulfonowy. Przykładowo, tetrafluoroboran 1-butylo-3-metyloimidazoliowy topi się w temperaturze −80 °C.
Właściwości i zastosowanie Głównymi zaletami cieczy jonowej są: bardzo mała prężność par, niepalność, stabilność termiczna (nawet ponad 350 °C), szeroki zakres występowania w stanie ciekłym (rzędu 400 °C), szeroki zakres stabilności elektrochemicznej (tzw. okno elektrochemiczne) zdolność rozpuszczania szerokiej i różnorodnej gamy substancji.
Istotną cechą cieczy jonowych jest łatwość przewidywania ich własności takich jak mieszalność z wodą lub rozpuszczalnikami organicznymi oraz temperatura topnienia. Własnościami tymi można sterować przez zmianę długości łańcuchów w kationach oraz rodzaju anionu. Z tego powodu 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 i 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.
Historia cieczy jonowych Pierwszą ciecz jonową zsyntetyzował w 1914 r. P. Walden protonując przy pomocy kwasu azotowego etyloaminę. Otrzymał w ten sposób azotan etyloamoniowy (EAN, ), którego temperatura topnienia wynosi 14 °CP. Walden, Bull. Acad. Imp. Sci. (St. Petersburg) 8 (1914)405-422, Chem. Zentralbl., 1914, 1800, S. Sugden, H. Wilkins, Chem. Soc. (1929) 1291-1298..
W późnych latach 40. F. Hurley i T. Weir z Rice University odkryli, że można otrzymać ciecz jonową przez zmieszanie i ogrzanie chlorku etylopirydyniowego z chlorkiem glinu.
W latach 70. 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 chloroglinowymi 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 powietrzaE.I. Cooper, E.J.M. O’Sullivan, s. 386 [w:] Molten Salts, R.J. Gale, G. Blomgren, H. Kojima (red.), The Electrochemical Society Proceedings Series, Pennington NJ (1992).. Pierwsze dostępne handlowo niskotemperaturowe ciecze jonowe pojawiły się na rynku w 1999.
Według raportu Instytutu Filadelfijskiego w latach 1994–2004 ukazało się ponad 2100 prac dotyczących cieczy jonowychraport ISI Essential Science Indicators o cieczach jonowych..
Prężność par dla cieczy jonowych jest tak niska, że długo uważano ją za zerową. Po raz pierwszy została wyznaczona w 2005 r., dla bis(trifluorometylosulfonylo)amidu 1-butylo-3-metyloimidazoliowego (). W 2006 r. opisano destylację różnych cieczy jonowych pod zmniejszonym ciśnieniem.
Przypisy
Bibliografia Książki
Ohno, H. (red.), Ionic Liquids: The Front and Future of Material Development, CMC Press, Tokyo, 2003.
Artykuły przeglądowe
Kategoria:Materiały Kategoria:Jony Kategoria:Fizyka cieczy