离子液体性质

离子液体性质,指的是离子液体的物理性质(如熔点、黏度、密度、亲水性)和化学特性(如热稳定性,是否易氧化)等,离子液体性质经过合适的阳离子和阴离子组合,可以在很宽的范围内改变。比如对水的相容性调变,对用作反应介质分离产物和催化剂非常有利。

这里通过一些性能数据说明离子液体的结构和其物化性能间的关系:

密度

离子液体的密度也是由阴离子和阳离子共同决定的。阴离子对密度有着更多的影响,通常是阴离子越大,离子液体的密度也越大。通过对含不同取代基咪唑阳离子的氯铝酸盐的密度比较,密度与咪唑阳离子上N – 烷基链长度呈线性关系,随着有机阳离子变大,离子液体的密度变小。这样可以通过阳离子结构的轻微调整来调节离子液体的密度。因此要设计某种密度的离子液体,首先应通过阴离子来确定大体范围,然后通过改变阳离子对密度来细微调节。

熔点

熔点是离子液体的最重要的性质之一,对于工业有用的离子液体的熔点都必须低于室温,甚至在-100℃都为液体状态。通过对不同氯化物的熔点研究,发现阳离子的结构特征对其熔点有主要的决定性作用。阳离子结构越不对称性,离子间相互作用力越小,阳离子电荷越均匀分布,则其熔点越低,阴离子体积增大,也会使熔点降低。

综上所述,低熔点的离子液体的阳离子的特点是:弱的分子间作用力、低对称性、阳离子电荷的均匀分布。

热稳定性

离子液体的热稳定性会受杂原子- 碳原子之间作用力和杂原子- 氢键之间作用力的限制,因此与组成的阳离子和阴离子的结构和性质密切相关。例如:通过氧化铝测定,多种咪唑盐离子液体的起始热分解温度多数在400 ℃左右, 同时也与阴阳离子的组成有很大关系。当阴离子相同时,咪唑盐阳离子2位上被烷基取代时,离子液体的起始热分解温度明显提高;而3位氮上的取代基为线型烷基时较稳定 。相应的阴离子部分稳定性顺序为: PF6 >Beti > Im≈BF4 >Me≈AsF6 ≥I、Br、Cl。同时,离子液体的水含量也对其热稳定性略有影响。

化学稳定性

大多数离子液体化学稳定性很好,难以燃烧,即使在较高的温度(可达300℃)和真空度下也能保持稳定的液态。但是这也不是绝对的,随着功能离子的出现,我们也可以设计出极易燃烧的离子液体。

溶解性

离子液体能够溶解无机物、有机物、有机金属化合物、聚合物、高聚物等不同物质,是很多化学反应的优良溶剂,并几乎没有溶剂化和溶剂解现象。通过研究其溶解特性,可以让我们更好的使用离子液体。离子液体的溶解性与其阳离子和阴离子的特性密切相关。离子液体中阳离子对溶解性的作用可由正辛烯在含相同甲苯磺酸根阴离子季铵盐离子液体中的溶解性看出,随着离子液体的季铵阳离子侧链变大,即非极性特征增加,正辛烯的溶解性随之变大。所以,改变阳离子的烷基可以调整离子液体的溶解性。阴离子对离子液体溶解性的影响可由水在含不同[bmim] +阳离子的离子液体中的溶解性来发现, [bmim] [CF3SO3]、[bmim] [CF3CO2]和[bmim] [C3F7CO2]与水是充分混溶的,而[bmim]PF6、[bmim] [(CF3SO2)2N]与水则形成两相混合物。在20℃时,饱和水在[bmim] [(CF3SO2)2N]中的含量仅为1.4% ,这种离子液体与水相溶性的差距可用于液- 液提取的分离技术。大多数离子液体的介电常数超过一特征极限值时,其与有机溶剂是完全混溶的。

酸碱性

离子液体的酸碱性实际上由阴离子的本质决定。

可设计性

离子液体具有可设计性。通过不同的阴、阳离子组合或嫁接适当的官能团,可以调节离子液体的性质,设计出具有不同功能的离子液体,被称为“可设计溶剂”

电化学稳定电位窗

离子液体一般有良好的导电性和较宽的电化学稳定电位窗。电导率一般在10-3S·cm-1左右,电化学稳定电位窗在4V左右。

综上所述,离子液体性质具有可设计性,经过对合适的阳离子和阴离子组合,其性质可以在很宽的范围内改变。我们既可以设计出熔点很高、黏度很高、密度很高、完全溶于水、热稳定性好,难以氧化的离子液体,也可以通过对离子液体阴阳离子的改变,从而设计出熔点很低、黏度很低、密度很低、完全不溶于水、热稳定性差,易氧化的离子液体。

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