Chất lỏng ion ppt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (121.35 KB, 4 trang )
Chất lỏng ion
Ionic Liquid (IL) có thể dịch sang tiếng Việt là "chất lỏng ion".
Sở dĩ gọi như thế vì khác với các chất lỏng khác trong tự nhiên,
IL là muối dạng lỏng ở điều kiện thường (quy định là <100°C)
cấu thành bởi các cations (ion dương) và anion (ion âm).
1/ Tính chất của chất lỏng ion
Do đặc tính này, IL có những tính chất đặc biệt sau đây:
- Gần như không tồn tại áp suất hơi. ILs là muối dạng lỏng, cho
nên các ion âm và dương tương tác với nhau rất mạnh, không
tách ra khỏi pha lỏng ở điều kiện thông thường. Và hầu hết các
ILs là muối hữu cơ có điểm phân hủy nhiều lắm là 300-350oC,
nếu tiếp tục gia nhiệt thì muối sẽ phân hủy chứ không bay hơi.
- ILs có độ dẫn ion khá cao, ở nhiệt độ 25°C, các ILs có nhân
cation (core) là 1,3-dialkyl-imidazolium có thể có độ dẫn ion
khoảng vài chục mS/cm (Simend là đơn vị nghịch đảo của đơn
vị điện trở kháng Ohm).
- ILs là muối, cũng như nhiều muối hữu cơ khác, nhưng có khả
năng hòa tan trong rất nhiều dung môi hữu cơ phân cực. Một số
ILs hòa tan rất tốt trong nước, một số khác kỵ nước
(hydrophobic). Chính vì thế, tùy theo lựa chọn, ILs được sử
dụng như dung môi cho nhiều phản ứng đặc biệt. Nhiều phản
ứng cổ điển vốn đã biết khi khảo sát sử dụng ILs thì hiệu suất
tăng lên đáng kể có khi đến 100%, ví dụ như phản ứng của CO2
với Alkylene Oxide sản xuất Alkylene Carbonate (một hợp chất
có nhiều ứng dụng). ILs còn có tác dụng như xúc tác pha dẫn. Ví
dụ như để có alkyl nitrile (CnHmCN), ta có thể cho alkyl
halogen (CnHmX) (X=Cl , Br, I) tác dụng với NaCN. Ai cũng
biết rằng một bên là chất hữu cơ không tan trong nước, cho nên
không thể xảy ra phản ứng trao đổi giữa nhóm thế halogen và
anion CN-, nhưng nếu ta thêm vào hỗn hợp một lượng muối hữu
cơ, ví dụ ammonium chloride, thì phản ứng sẽ xảy ra. Trong
trường hợp này, muối hữu cơ ammonium là "cầu nối" tiếp xúc
cho hai tác nhân khác nhau nằm trong hai pha lỏng.
ILs khá bền nhiệt mà lại không bay hơi trong điều kiện 2-300°C,
đó là tiêu chuẩn lý tưởng để ILs trở thành một dung môi an toàn
cho môi trường (green solvents)
2/ Cấu trúc của ILs
Dựa trên phân loại cations, thì ILs có 3 nhóm chính:
- Nhóm quaternary ammonium cation, đây là nhóm phổ biến
nhất gồm các loại cation như imidazolium, morpholinium,
pyrrolidinium, pipperidinium, ammonium, piperazinium,
pyridinium Ở trạng thái hóa trị 3, nitrogen vẫn còn một cặp
electron nên trở thành một electron donor có khả năng phản ứng
với các tác nhân nucleophilic để hình thành nitrogen mang điện
tích dương.
- Nhóm phosphonium cation với nguyên tử mang điện dương là
phospho (P) .
- Nhóm sulphonium cation với nguyên tử mang điện dương là
nguyên tử lưu huỳnh (S).
Dựa trên phân loại anion thì ILs vô cùng đa dạng: acetate
(CH3COO-), trìluoro-acetate (CF3COO- ),
bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ( CF3SO2)2N- ) hay viết tắt
là TFSI hoặc NTf2, hexafluorophosphate (PF6- ),
tetrafluoroborate (BF4), trifluoromethanesulfonate hay còn gọi
là tripflet Tf3 (CF3SO3- )
3/ Những dẫn xuất ILs đặc biệt
a/ Muối lithium lỏng
Sở dĩ ILs là muối nhưng có dạng lỏng là bởi vì điện tích trên
cation và anion bị phân bổ (delocalized ). Điều này khiến cho
tương tác tĩnh điện giữa anion và cation không đủ mạnh để tạo
thành liên kết tinh thể ở nhiệt độ thường. Vì thế mà muối hữu cơ
loại này có dạng lỏng.
Năm 2003, giáo sư Watanabe, một chuyên gia hàng đầu về
nghiên cứu ứng dụng ILs thành chất dẫn ion cho các thiết bị
năng lượng (pin - primary battery, pin nhiên liệu - fuel cell, pin
sạc - secondary battery, pin năng lượng mặt trời - solar cell) và
nhóm thí nghiệm tại ĐH Yokohama đã tổng hợp một loại ILs có
cation là Lithium. Các bạn cũng biết, Lithium là nguyên tử kim
loại nhỏ nhất, cho nên mật độ điện tích rất cao. Thế nhưng, GSư
Watanabe đã thiết kế cho anion của muối Lithium là một anion
có kích thước rất lớn với nguyên tử mang điện âm là boran. Đó
là một phát minh gây chấn động trong giới nghiên cứu pin
lithium bởi vì nếu có thể áp dụng muối ILs này vào làm chất dẫn
ion lithium trong pin thì thật lý tưởng, giải quyết được bao nhiêu
vấn đề (an toàn cháy nổ, hiệu suất phóng - nạp, tuổi thọ pin )
Vậy nhưng tiếc thay, độ dẫn ion lại rất kém nên không ứng dụng
được như mong đợi. Dẫu sao, loại ionic liquid có cation là
lithium này cũng là một phát minh hiếm có trong lĩnh vực ILs
