Ионные жидкости. Классификация, свойства, получение.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Многочисленные современные исследования посвящены решениям экономических и экологических проблем, которые существуют в мире сегодня. Главными из них являются: проблема загрязнения окружающей среды и проблема нерационального использования ресурсов природы.
Важнейшим направлением «зеленой химии» стала замена традиционных растворителей на ионные жидкости (ИЖ).
Ионные жидкости представляют собой огромный класс веществ, имеющих в своем составе определенные ионы. Эти соединения впервые были получены в 1914 г. Ионные жидкости вызывают научный и практический интерес, так как являются негорючими соединениями, термически устойчивыми, имеют низкое значение давления паров, обладают низкой токсичностью.
Ионные жидкости широко применяют в электрохимии, так как они имеют достаточно высокую ионную проводимость, обладают широким электрохимическим окном стабильности.
Эти вещества используют в качестве электролитов в разных электрохимических процессах: электрополирование, электроосаждение металлов и сплавов, в процессах получения электрохимическими методами наночастиц металлов и их сплавов.
Ионные жидкости как электролиты имеют ряд преимуществ, обусловленных возможностью подбора оптимальных свойств, например, вязкости, электропроводности и других, что гарантирует получение необходимого конечного результата.
Однако, в специальной литературе сложно найти информацию, которая бы полностью освещала все вопросы, связанные с ионными жидкостями.
На основании изложенного, сбор информации и ее обобщение по общим свойствам, классификации и способам применения ионных жидкостей будет актуальным.
Цель работы: охарактеризовать ионные жидкости, их классификацию, получение и применение.
Для достижения цели решался ряд задач:
- рассмотрение общих сведений об ионных жидкостях,
- описание свойств ионных жидкостей, их классификации,
- определение способов получения ионных жидкостей и их применения.

1 Ионные жидкости
1.1 Общие сведения об ионных жидкостях
Ионные жидкости представляют собой расплавы органических солей, которые находятся в жидком агрегатном состоянии в широком диапазоне температур.
Ионные жидкости состоят из объемного, несимметричного органического катиона и слабо координирующего неорганического или органического аниона.

Рисунок 1.Примеры ионных жидкостей

Своеобразие физико-химических свойств ионных жидкостей объясняется несколькими причинами:
1.Несимметричность строения.
2. Пространственная изолированность зарядов.
Эти причины препятствуют образованию кристаллической структуры, обусловливая ионный (а не молекулярный) характер жидкой фазы.
Особыми физико-химическими свойствами ионных жидкостей являются:
- низкая температура плавления,
- почти полное отсутствие давления насыщенных паров,
- негорючесть жидкостей,
- способность растворять большое количество соединений,
- высокая степень полярности,
- электрохимическая устойчивость,
- электропроводимость.
Термическая стабильность ионных жидкостей и степень смешиваемости с другими растворителями находятся в прямой зависимости от природы аниона [9, с.112].
Такие свойства, как вязкость, поверхностное натяжение и плотность зависят от длины углеводородного радикала в катионе.
Первая ионная жидкость была получена в 1888 году. Это был этаноламмоний нитрат, имеющий температуру плавления 52‒55 0С . О новом классе соединений быстро узнали в ученом мире, но полученные соединения оказались неустойчивыми, про них быстро забыли.
Настоящее развитие получили ионные жидкости с появлением воздухо- и влагоустойчивых соединений, основанных на солях имидазолия с анионами BF4- и CH3COO - в 1992 году, что послужило началом активного изучения этих веществ. Всплеск массового интереса к ним приходится на 2000-2010 гг., когда ионные жидкости стали широко востребованы, получили распространение в сфере аналитической химии.
Ионные жидкости по физическим свойствам представляют собой бесцветные вещества, имеющие относительно высокую вязкость, при этом они хорошо растворяют большое количество неорганических, органических и полимерных материалов.
Интерес к ионным жидкостям вырос, благодаря поиску растворителей, имеющих высокую экологическую оценку. Именно поэтому в последние двадцать лет ионные жидкости получили активное распространение в научной и промышленной сферах деятельности. Ионные жидкости сейчас рассматривают как альтернативу традиционным летучим органическим растворителям, и их широким спектром физико-химических свойств.
Ионные жидкости имеют ряд важных особенностей, одной из которых является большой спектр органических анионов и катионов, которые могут быть соединены друг с другом.
Ионные жидкости показывают важные перспективные способы применения их в разных областях:
- в электрохимии,
- катализе,
- материаловедении.
Поскольку эти области находятся в постоянном развитии, всегда существует необходимость дизайна и синтеза новых видов ионных жидкостей. По прогнозу ученых, можно создать около 1018 видов ионных жидкостей.
Самыми распространенными ионными жидкостями будут:
- ИЖ на основе катионов имидазолия ([Cnmim]+ ),
- на основе пиридиния ([C4py]+ ),
- пирролидиния ([C4mpyrr]+ ),
- тетраалкиламмония ([N6,2,2,2] + )
- и тетраалкилфосфония ([P6,6,6,14] +.
Наиболее используемым и изученным классом веществ являются имидазолиевые ионные жидкости.
Свойства дилакилимидазолиевого катиона объясняются его электронной структурой: атомы N1-C2-N3 образуют 3-х центровую 4-х электронную π систему, а атомы С4 и С5 образуют двойную связь [1, с.112].
При этом С2-H атом обладает существенной кислотностью, и может выступать в качестве донора водородной связи при взаимодействии с молекулами растворителя и растворенных веществ , а также с противоионами Эти ионные жидкости имеют простой способ синтеза, а также для них