„Zielone rozpuszczalniki” – ciecze jonowe

„Zielone rozpuszczalniki”
– ciecze jonowe
VIII Studenckie Spotkania Analityczne 03.2007
Wykonała:
Agnieszka Tomasik
Zielona chemia
¾ W ostatnich latach wzrosł
wzrosło zainteresowanie „zieloną
zieloną chemią
chemią” ,
czyli chemią
ą
przyjazną
ą
ś
rodowisku.
Termin
ten
po
raz
pierwszy
chemi przyjazn
został
został użyty przez prof. Anastasa w powoł
powołanym do życia
w 1991 r. „programie chemii zielonej”
zielonej”.
¾ Zielona chemia dotyczy nowego podejś
podejścia do zagadnienia syntezy,
przeró
przeróbki i wykorzystania zwią
związkó
zków chemicznych, co ma na celu
zmniejszenie zagroż
zagrożenia dla środowiska i zdrowia czł
człowieka.
¾ Ciecze jonowe to nowe media reakcyjne,
nie powodują
powodujące rozprzestrzeniania się
się
szkodliwych odpadó
odpadów i speł
spełniają
niające wymagania
stawiane „zielonym rozpuszczalnikom”
rozpuszczalnikom”.
1
XII zasad zielonej chemii
1
Zapobieganie
2
Ekonomia (oszczę
(oszczędzanie surowcó
surowców)
3
Mniej niebezpieczne syntezy
4
Bezpieczne chemikalia
5
Bezpieczniejsze rozpuszczalniki i materiał
materiały pomocnicze
6
Wydajność
Wydajność energetyczna
7
Użycie surowcó
surowców odnawialnych
8
Redukcja pochodnych
9
Kataliza
10
Degradacja
11
Analityka "w czasie rzeczywistym"
12
Bezpieczniejsza chemia
Czym są ciecze jonowe?
¾ Ciecze jonowe (CJ) (ang. ionic liquids) są to substancje ciekł
ciekłe
skł
składają
adające się
się jedynie z jonó
jonów. Do tej grupy zaliczamy
stopione sole, ale tylko takie, któ
które charakteryzują
charakteryzują się
się
temperaturą
temperaturą topnienia poniż
poniżej 100°
100°C.
¾ Istnieją
Istnieją też
też ciecze jonowe, któ
które topią
topią się
się w temperaturach
niż
niższych niż
niż pokojowa (20°
(20°C) i nazywane są
są one
"niskotemperaturowymi cieczami jonowymi".
¾ Stan ciekł
ciekły w temp. pokojowej ciecze jonowe
zawdzię
zawdzięczają
czają stosunkowo niskiej energii
sieciowej w zwią
związku z wysokim stopniem
asymetrii tworzą
tworzących je jonó
jonów.
2
Budowa cieczy jonowych
¾ Ciecze jonowe zbudowane są
cznie z kationu i anionu.
są wyłą
wyłącznie
¾ Kation jest duż
duży, ma charakter organiczny i budowę
budowę
niesymetryczną
ą
,
któ
ó
ra
uwarunkowana
jest
dł
niesymetryczn kt
długoś
ugością
cią
podstawnikó
ciej stosowane są
podstawników alkilowych. Najczęś
Najczęściej
są kationy
alkiloimidazoliowe, alkilopirydyniowe i alkilofosfoniowe.
¾ Anion jest mniejszy i moż
może mieć
mieć charakter organiczny
(CH3COO , CF3COO , (CF3SO2)2N-) lub
nieorganiczny (BF4-, PF6-, AlCl4-, Br-, NO3-).
Heksafluorofosforan 11-n-butylobutylo-3-metyloimidazoliowy →
Moż
Możliwa liczba kombinacji kation – anion: 1018
Przykł
Przykłady kationó
kationów i anionó
anionów stosowanych
w otrzymywaniu cieczy jonowych:
Kationy:
Aniony:
3
Ze wzglę
względu na budowę
budowę kationu wyró
wyróżnia się
się 5 klas
cieczy jonowych:
1.Czwartorzę
1.Czwartorzędowe sole amoniowe [RyNH4-y]+ X2. Sole fosfoniowe [RyPH4-y]+X- 3. Sole imidazoliowe [RR’
[RR’IM]+X-
4. Sole pirydyniowe [RPy]
5. Sole pirolidyniowe [RR’
[RR’Pyr]+X-
gdzie: R, R’
ciej grupa metylowa lub
R’ – podstawnik alkilowy ( R’
R’ – najczęś
najczęściej
etylowa, R – grupy o ró
różnej dł
długoś
ugości łańcucha alkilowego), X – anion,
y = 1,2,3,4, IM – kation 1,3 – dialkiloimidazolinowy, Py – kation 1 –
alkilopirydyniowy
Charakterystyczne właściwości
¾ Charakterystyczną
Charakterystyczną cechą
cechą cieczy jonowych jest fakt, że ich
właściwoś
ciwości fizyczne i chemiczne mogą
mogą się
się zmieniać
zmieniać w szerokim
zakresie w zależ
zależnoś
ności od budowy kationu oraz anionu.
¾ Na etapie projektowania istnieje wię
więc moż
możliwość
liwość dobrania
takich jonó
danych
jonów, by uzyskać
uzyskać ciecz jonową
jonową o pożą
pożądanych
specyficznych wł
własnoś
asnościach. Moż
Można sterować
sterować takimi
własnoś
asnościami cieczy jak temperatura topnienia, lepkość
lepkość,,
gęstość
stość,, mieszalność
mieszalność z wodą
wodą i rozpuszczalnikami organicznymi.
Z tego powodu ciecze jonowe nazywane są
są czę
często
rozpuszczalnikami projektowalnymi.
projektowalnymi.
4
Właściwości - zalety cieczy jonowych
¾ bardzo mał
ność
ść par – „zielona alternatywa”
mała pręż
prężno
alternatywa”
konwencjonalnych rozpuszczalnikó
rozpuszczalników
¾ niepalność
niepalność
¾ duż
duża stabilność
stabilność termiczna i elektrochemiczna
¾ szeroki zakres wystę
występowania w stanie ciekł
ciekłym (rzę
(rzędu 400°
400°C)
¾ zdolność
zdolność rozpuszczania szerokiej i
różnorodnej gamy substancji
organicznych i nieorganicznych
¾ niemieszalność
niemieszalność z wieloma
rozpuszczalnikami organicznymi
¾ niemieszalność
niemieszalność z wodą
wodą (w przypadku
cieczy hydrofobowych).
Charakterystyczne właściwości c.d
¾ Niskotemperaturowe ciecze mają
mają gęstość
stość wię
większą
kszą niż
niż woda,
3
w zakresie 1,1 – 1,6 g/cm , co zwią
związane jest z dł
długoś
ugością
cią
łańcucha alkilowego.
¾ Lepkość
Lepkość jest ponad dwukrotnie wię
większa od lepkoś
lepkości
tradycyjnych rozpuszczalnikó
rozpuszczalników organicznych.
¾ Kwasowość
ść
i
zasadowość
Kwasowo
zasadowość cieczy jonowych
zależ
zależy od rodzaju anionu.
¾ Ciecze jonowe mogą
mogą być
być
hydrofobowe jak i hydrofilowe.
hydrofilowe.
Rozpuszczalność
Rozpuszczalność zależ
zależy od
odpowiedniego anionu, kationu i
temperatury.
5
Poró
Porównanie zakresu temperatur wrzenia i topnienia cieczy
jonowych oraz innych rozpuszczalnikó
rozpuszczalników
Tw – Tt [oC]
Rozpuszczalnik
Temp. topnienia
[oC]
Temp. wrzenia
[oC]
Amoniak
-78
-34
44
Benzen
5
80
75
Aceton
-94
56
150
Metanol
-98
65
163
Nitrobenzen
6
211
205
Ciecz jonowa
< 100
> 300
~ 400
Gdzie: Tw – temp. wrzenia, Tt – temp. topnienia, Tw – Tt – zakres temperatur, w któ
którym
rozpuszczalnik jest cieczą
cieczą.
6
Otrzymywanie cieczy jonowych
¾ Ciecze jonowe otrzymuje się
ciej w reakcji tworzenia
się najczęś
najczęściej
czwartorzę
czwartorzędowej pochodnej aminy lub fosfiny. Odpowiedni
anion zostaje wprowadzony przez wymianę
wymianę jonową
jonową.
¾ Reakcja powinna być
być ściś
ciśle kontrolowana.
kontrolowana.
¾ Wskazane jest otrzymywanie cieczy
jonowych o wysokiej czystoś
czystości (nie ma
moż
możliwoś
liwości oczyszczenia ich przez
destylację
destylację), co utrudnia proces ich
produkcji i zwię
zwiększa jego koszty.
Nowoczesny reaktor do syntezy CJ
P. Walden – chemik, któ
który zsyntezował
zsyntezował pierwszą
pierwszą CJ
Zastosowanie cieczy jonowych jest jedynie
limitowane przez naszą
naszą wyobraź
wyobraźnię
nię
7
Oferta
PochPoch-u
Źródła wiedzy
¾ Kowalska S., Stepnowski P., Buszewski B. „O cieczach
jonowych”
jonowych” artykuł
artykuł z czasopisma „Analityka – nauka i
praktyka”
praktyka”, nr 3/2006
¾ Pernak J. „Ciecze jonowe”
jonowe” seminarium, Politechnika
Poznań
ń
ska,
2005
Pozna
¾ Strony internetowe:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Ciecz_jonowa
http://www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Analityczna/MISC/Zielchem.pdf
http://www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Analityczna/MISC/Zielchem.pdf
http://www.poch.com.pl/dlahttp://www.poch.com.pl/dla-laboratorium,2,6
http://www.nd.edu/~ed/Research/IL_simulations.html
http://www.predmaterials.com/en_batt/ionicLiquid.html
8
Dziękuję za uwagę
9