نویسنده - Hedayat

درباره مایعات یونی، خصوصیات و کاربرد ها

تعریف مایعات
یونی

مایعات
یونی ترکیباتی هستند که دارای دو جزء اصلی
کاتیون و آنیون حجیم بوده و اغلب به صورت مذاب بوده و در
برخی از مواد به صورت جامد نیز می­تواند وجود داشته باشد.
این ترکیبات که در دمای اتاق به حالت مایع باشند، مایعات
یونی مایع (در دمای اتاق
) ­گویند.

اهمیت استفاده از مایعات ­یونی

استفاده
گسترده از حلال
­های
خطرناک، سمی و فرار در صنایع، مخصوصا صنایع دارویی
و شیمیایی منجر به آسیب­دیدگی و
زیان به محیط زیست می
­شود، لذا یافتن جایگزین مناسبی برای
این حلال­ها که از نظر زیست محیطی بی­ضرر (دوست­دار
محیط زیست) بوده و در عین حال خواص حلال­های متداول را
داشته باشند، به شدت در صنایع مختلف دارویی و
شیمیایی حس می­شود. از جمله حلال­های
جدیدی که به عنوان حلال و یا کاتالیست سبز شناخته
می­شوند، دی اکسید کربن فوق بحرانی و مایعات
یونی را می­توان نام برد. مهم­ترین مزیت مایعات
یونی (مایعات یونی که در دمای زیر ۱۰۰
درجه سلسیوس مایع هستند) این است که فشار بخار
ناچیزی داشته، غیر فرار بوده و مشکلی برای
محیط زیست ایجاد نمی­کنند. مایعات یونی
در چند سال­های اخیر انقلابی در مراکز تحقیقاتی و
صنایع شیمیایی به پا کرده­ اند. این
ترکیبات که جزء مواد شیمیایی سبز
بشمار می­آیند، به عنوان حلال
نقش بسیار مهمی در کاهش استفاده از ترکیبات خطرناک، سمی و
آسیب زننده به محیط زیست را ایفا می­کنند.
یکی از دلایلی که امروزه تحقیقات درباره مایعات
یونی را افزایش داده، یافتن یک جایگزین
مناسب برای حلال­های آلی فرار خطرناک و سمی می­باشد.
حلال­های آلی فرار مهم­ترین منبع ایجاد آلودگی
زیست-محیطی در صنایع شیمیایی و
دارویی می­باشند. البته این بدین
معنی نمی­باشد که مایعات یونی تماما
جزء حلال­های سبز محسوب می­شوند، حتی بعضی از آن­ها
شدیدا سمی هستند و اغلب سعی می­شود که از مایعات
یونی بی ضرر استفاده گردد. انواع مختلفی از مایعات
یونی وجود دارند که می­توان از جمله آنها مایعات
یونی
Room temperature، مایعات
یونی کایرال
،
مایعات یونی آب­گریز و غیره را نام برد. از
بین موارد ذکر شده
RTIL­ ها کاربرد بسیار گسترده­ای در
شیمی دارند.

ساختار مایعات­ یونی

ساختار
مولکولی مایعات یونی متشکل از کاتیون­ها و
آنیون­های مختلف است. معمولا نقش کاتیون
  را یک ترکیب آلی حجیم
(با بار مثبت) بازی می­کند اما در بسیاری از موارد
آنیون­ها از لحاظ اندازه کوچک­تر از کاتیون­ها بوده و ساختار آنها
معدنی است. به دلیل تفاوت اندازه بین آنیون­ها و
کاتیون، پیوند میان دو جزءتشکیل دهنده مایعات
یونی ضعیف بوده و این ترکیبات در دمای
زیر ۱۰۰ درجه سانتی­گراد به صورت مایع وجود دارند. در یک
قیاس ساختاری، ساختار مایعات یونی مانند ساختار نمک
طعام بوده (از نظر نوع یون­ها و ماهیت بار­ها)  ولی نمک طعام به
علت پیوند قوی بین کاتیون و آنیون آن (شباهت
بالای آنیون و کاتیون از نظر اندازه، بار و ماهیت) ساختار
بلورین مستحکم دارد و در دمای ۸۰۰ درجه سانتی­گراد به صورت مذاب
در می­آید
.

تقسیم­بندی مایعات
یونی

مایعات
یونی بر حسب حالت فیزیکی، نوع کاتیون و نوع
آنیون تقسیم­بندی می­شوند.

 

مایعات یونی از نظر
حالت فیزیکی

برای
دسته بندی مایعات یونی دمای ۱۰۰ درجه سانتی­گراد
در نظر گرفته شده است. به آن دسته از مایعات یونی که در
دمایی بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتی­گراد مایع هستند،
ترکیبات یونی به حالت مایع و آن دسته­ای که در
پایین­تر از این دما حالت مایع دارند، مایعات
یونی
Room temperature می­گویند. در جدول ‏زیر نام و ساختار
برخی مایعات یونی متداول نشان داده شده است.

جدول-نام و ساختار برخی مایعات یونی
متداول

نام
مختصر

نام
آیوپاک

ساختار

مایع
یونی

[Bmim][BF4]

۳-butyl-1-methyl-1H-imidazol-3-ium
tetrafluoroborate

۱-butyl-3-methylimidazolium
tetrafluoroborate

[Bmim][TFO]

۳-butyl-1-methyl-1H-imidazol-3-ium
trifluoromethanesulfate

۱-Butyl-3-methylimidazolium triflate

[Bmim][methanide]

۳-Buthyl
methyl imidazol-3-ium tri(trifluoromethylsulfonyl) methanide

۱-Butyl-3-methylimidazolium
methide

 

 

 

 

 

 

۱-Butyl-3-methylimidazolium

methide

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Bmim][DCA]

 

۳-Buthyl methyl
imidazol-3-ium           dicyano amin

 

۱-Butyl-3-methylimidazolium dicyan amide

 

 

[Bmim][Tf2N]

۳-butyl-1-methyl-1H-imidazol-3-ium
bis(trifluoromethyl sulfonyl)amide

۱-Butyl-3-methylimidazolium
(trifluoromethylsulfonyl) amide

[Hmim][Tf2N]

۳-hexyl-1-methyl-1H-imidazol-3-ium
bis(trifluoromethylsulfonyl)amide

۱-Hexyl-3-methylimidazolium
tri(fluoromethylsulfonyl)amide

[Omim][Tf2N]

۳-octyl-1-methyl-1H-imidazol-3-ium
bis(trifluoromethylsulfonyl) amide

۱-Octyl3-methylimidazolium
(trifluoromethylsulfonyl)amide

[Hmim][Tf2N]

 

۳-hexyl-1,2-dimethyl-1H-imidazol-3-ium
bis(trifluoromethylsulfonyl)amide

۲,۳-Dimthyl-1-Hexyl-imidazolium
(trifluoromethylsulfonyl)amide

 

تقسیم­بندی مایعات ­یونی
از نظر نوع کاتیون

مایعات
یونی از نظر نوع کاتیون به پنج دسته تقسیم می­شوند.
دسته اول کاتیون­هایی که دارای حلقه هتروسیکل پنج
عضوی مانند ایمیدازولیوم، پیرازولیوم، اوکسازولیوم،
تریازولیوم، تیازولیوم و متیمازولیوم
می­باشند.

شکل -کاتیون­های هتروسیکل دارای
حلقه پنج عضوی

 

دسته
دوم، کاتیونی­هایی که دارای حلقه شش عضوی و
کاتیون­های دارای حلقه بنزن جوش خورده شده، شامل
پیریدینیوم، بنزوتری­آزولیوم،
ایزوکینولیوم و ویولوژن می­باشند. تمامی
این مایعات یونی در دمای اتاق مایع هستند.

شکل-مایعات یونی دارای
کاتیون با حلقه­های شش عضوی و حلقه بنزن جوش­خورده

 

دسته
سوم کاتیون­های از نوع تری آلکیل آمونیوم که معمولا
در دمای اتاق مایع هستند شامل کاتیون­های آمونیوم،
فسفونیوم و سولفونیوم می­باشند (
شکل ‏۱-۳‑۳).

شکل -مایعات یونی دارای
کاتیون از نوع آمونیوم، فسفونیوم و سولفونیوم

 

دسته
چهارم، کاتیون­های دارای حلقه متیل
ایمیدازولیوم عامل­دار شده بوده که این گروه عاملی
با پیوند کووالانسی به دو اتم نیتروژن موجود در حلقه
ایمیدازول به کاتیون و یا آنیون مایع­یونی
متصل می­شود. قطعا چنین برهمکنشی می­تواند کاربرد مایعات
یونی را گسترش دهد.

شکل-مایعات یونی بر پایه
ایمیدازول با اتم نیتروژن عامل­دار شده

تقسیم­بندی مایعات ­یونی
از نظر نوع آنیون

آنیون­­های
موجود در ساختار مایعات یونی مایع در دمای اتاق،
معمولا باز­های آلی و معدنی ضعیفی هستند که
دارای بار منفی پخش شده­ای هستند. بر اساس نوع آنیون­، مایعات
یونی به شش دسته تقسیم بندی می­شوند:

·        
مایعات­ یونی
شامل نمک­های آلی و
AlCl3

·        
مایعات­ یونی
شامل آنیون­هایی مانند
PF6، BF4، SbF6

·        
مایعات­­ یونی
شامل آنیون­های گوگرد­دار مانند بیس(تری فلوئورو متان
سولفونیل) آمید، بیس (پر فلورو اتیل سولفونیل)
آمید، ۲و۲و۲-تری فلورو-
N-(تری فلورو
متان سولفونیل) استامید و تریس (تری فلوئورو متان
سولفونیل) متانید.

شکل -ساختار آنیون­های گوگرد­دار

·        
مایعات
یونی شامل آنیون­هایی مانند آلکیل سولفات،
آلکیل سولفونات، آلکیل فسفات، آلکیل فسفینات و
آلکیل فسفونات.

شکل -ساختار آنیون­های بر پایه اتم
مرکزی فسفر و گوگرد

 

·        
آنیون­هایی
مانند مسیلات
(CH3SO3)، توسیلات (CH3PhSO3)، تری فلورو
استات (
CF3CO2)، استات (CH3CO2
تیوسیانات (
SCN)، تریفلات (CF3SO3) و دی سیانآمید [(N(CN) 2
]
.

·        
مایعات
یونی شامل آنیون­هایی مانند بورات­ها و کربوران­ها.

شکل -آنیون­های بورات و کربوران

مزایا و خصوصیات مایعات­
یونی

مهم­ترین
مزایای مایعات ­یونی شامل موارد زیر است.

این
ترکیبات فشار بخار ناچیزی دارند. در نتیجه بر خلاف حلال­های
آلی معمول موادی غیر فرار هستند و غالبآ مشکلی برای
محیط زیست ایجاد نمی­کنند
.

·        
تعداد مایعات ­یونی
که امروزه می­توان ساخت مشتمل بر ۷۰۶ عدد است (تنوع بسیار بالا و
خصوصیات متفاوت)، در حالی که تعداد کل حلال­های مولکولی
از ۶۰۰ عدد تجاوز نمی­کند
.

·        
رسانایی
مایعات­ یونی بسیار بیشتر از سایر
ترکیبات آلی بوده (کاربردهای الکترونیکی و
الکتروشیمیایی) و آنزیم­های مختلف در آنها به
راحتی محلول هستند (کاربردهای بیوتکنولوژی).

·        
این مواد قادر به
تشکیل یک سیستم دوفازی مناسب برای جداسازی
هستند. در واکنش­های دوفازی
پس از اتمام واکنش با دوفاز شدن مخلوط واکنش، فاز آلی و فاز آبی
حاوی مایع­یونی (که معمولا در نقش کاتالیست
یا بستر کاتالیزور عمل می­کند) از هم جدا شده و عمل
جداسازی با سهولت و با بازده بالا انجام می­شود
.

·        
به راحتی
تشکیل پلیمر و ژل داده و انواع مختلفی واکنش­های
آلی و معدنی در آنها انجام­پذیر است.

·        
مایعات ­یونی
قادر هستند ترکیبات مختلف اعم از نمک­ها، چربی­ها، پروتئین­ها،
آمینواسیدها، قندها و پلی ساکاریدها را در خود حل کنند.
همچنین مولکول­های آلی مانند نفت خام، جوهرها، پلاستیک­ها
و حتی

DNA
به راحتی در مایعات یونی
مختلف محلول هستند
.

·        
می­توان با
تغییر کاتیون یا آنیون، مایعات ­یونی
ساخت که خواص فیزیکی تشدید شده مثل حلالیت،
ویسکوزیته و غیره نسبت به مایعات یونی متداول
داشته باشد.

·        
با انتخاب کاتیون
یا آنیون خاص می­توان کاربری مایعات ­یونی
تهیه شده برای کاتالیز کردن یک واکنش یا استخراج
گونه­های فلزی را اختصاصی

کرد. اینگونه ترکیبات را مایعات ­یونی
با کاربری خاص می‌گوین.

در  جدول
زیرویژگی­های فیزیکی برخی مایعات
یونی متداول ذکر شده است.

جدول -نام و
ویژگی برخی از مایعات ­یونی و ترکیبات
یونی متداول

ترکیب
یونی

نام
کاتیون

نقطه ذوب (Ċ)

دانسیته
(
Ċ۲۵)

ویسکوزیته
(
Ċ
۲۵) (
cP)

حلالیت
در آب

Mmim NTfO2

۱,۳-Dimethyl
imidazolium

۲۲

۵۵۹/۱

۴۴

Emim NTfO2

۱-Ethyl-3-methyl
imidazolium

۱۷-

۵۲/۱

۱۸

EEIM NTfO2

۱,۳-Diethyl
imidazolium

۱۴

۴۵۲/۱

۳۵

نامحلول

EM2MIM NTfO2

۱-Ethyl-2,3-dimethyl

imidazolium

۲۰

۴۵۹/۱

۸۸

نامحلول

EMM5IM NTfO2

۱-Ethyl-3,5-dimethyl
imidazolium

۱۳۹

۴۷/۱

۳۷

MPPyr NTfO2

Methylpropyl pyridinium

۰

۴۴/۱

۳۹

BMIM NTfO2

۱-Butyl-3-methyl
imidazolium

۴-

۴۲۹/۱

۸۰

نامحلول

EEMIM NTfO2

۱,۳-Diethyl-2-methyl

imidazolium

۲۲-

۴۳۲/۱

۳۶

نامحلول

MM2PMIM NTfO2

۱,۲-Dimethyl-3-propyl

imidazolium

۱۵

۴۶/۱

۴۱

نامحلول

BMPyrrol NTfO2

N-Butyl-N-methyl

pyrrolidinium

۵۰-

۴/۱

۷۱

نامحلول

BEIM NTfO2

۱-Butyl-3-ethyl imidazolium

۸-

۴۰۴/۱

۴۸

نامحلول

(C6)4N
NTfO2

Tetrahexyl ammonium

۷-

۱۱/۱

۴۳۵

(C5)4N
NTfO2

Tetrapentyl ammonium

۲/۲۵

۱۶/۱

۴۳۰

نامحلول

MTOA NTfO2

Methyl trioctylammonium

۵۰-

۱/۱

۸۰۰

نامحلول

(C7)4N
NTfO2

Tetraheptyl ammonium

۲/۱۱

۱/۱

۴۵۳

نامحلول

EMIM DCA

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۲۱-

۰۶/۱

۲۱

BMIM DCA

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۶-

۰۶/۱

۳۷

محلول

BMPyrrol DCA

N-Butyl-N-methyl

pyrrolidinium

۵۵-

۹۳/۰

۵۰

C6(C2)3N
DCA

Triethylhexyl ammonium

۴۳-

EMIM BF4

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۶

۲۴۸/۱

۶۶

BMIM BF4

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۸۲-

۲۰۸/۱

۲۳۳

BMMIM BF4

۱-Butyl-2,3-dimethyl

imidazolium

۳۷

۲/۱

۷۸۰

محلول

HMIM BF4

۱-Hexyl-3-methyl
imidazolium

۸۲-

۲۰۸/۱

۳۱۰

کم محلول

OMIM BF4

۱-Octyl-3-methyl imidazolium

 

۷۹-

۱۱/۱

۴۴۰

DMIM BF4

۱-Decyl-3-methyl imidazolium

۲۵-

۰۷۲/۱

۹۳۰

کم محلول

Na BF4

Sodium

۳۸۴

محلول

BMIM PF6

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۱۰

۳۷۳/۱

۴۰۰

۱۸ گرم بر
لیتر

HMIM PF6

۱-Hexyl-3-methyl

imidazolium

۶۱-

۳۰۴/۱

۸۰۰

نا محلول

OMIM PF6

۱-Octyl-3-methyl imidazolium

۴۰-

۲/۱

۸۱۰

نا محلول

K PF6

Potassium

۵۷۵

۹۰ گرم بر
لیتر

EMIM Cl

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۸۹

۱۲/۱-جامد

محلول

HMIM Cl

۱-Hexyl-3-methyl

imidazolium

۷۵-

۰۵/۱

۷۵۰۰

محلول

OMIM Cl

۱-Octyl-3-methyl imidazolium

۰

۱

۱۶۰۰۰

محلول

(C7)4N
Cl

Tetraheptyl ammonium

۹-

۸۸۲/۰

۵۹۸

محلول

BMIM Cl

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۶۵

۱۰/۱

جامد

محلول

BMIM Br

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

محلول

Na F

Sodium

۹۹۳

۵۶/۲

محلول

BMIM I

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۷۲-

۱۱۱۰

Na Cl

Sodium

۸۰۱

۱۶/۲

محلول

Na Br

Sodium

۷۴۷

۱۷/۲

محلول

Na I

Sodium

۶۶۱

۶۶/۳

محلول

EMIM TfO

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۹-

۳۹/۱

۴۵

محلول

EEIM TfO

۱,۳-Diethyl imidazolium

۲۳

۳۳/۱

۵۳

محلول

BMIM TfO

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۱۶

۲۹/۱

۹۰

محلول

BEIM TfO

۱-Butyl-3-ethyl imidazolium

۲

۱۸/۱

۹۰

محلول

HMIM TfO

۱-Hexyl-3-methyl

imidazolium

۲۹

۲۰/۱

۱۶۰

نامحلول

EMIM PFES

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۶۵-

۲۴/۱

۹۹

محلول

BMIM PFBS

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۲۰

۴۷۳/۱

۳۷۳

BEIM PFBS

۱-Butyl-3-ethyl imidazolium

۲۱

۴۲۷/۱

۳۲۰

EMIM Act

۱-Ethyl-3-methyl imidazolium

۲۰-

۰۳/۱

۹۱

محلول

PA F

Propyl ammonium

۱۰-

۹۷۹/۰

۱۸

محلول

BA F

Butyl ammonium

۱۰-

۹۷۳/۰

۲/۲۲

محلول

EA F

Ethyl ammonium

۱۰-

۹۹۰/۰

۵/۱۱

محلول

BMIM Act

۱-Butyl-3-methyl imidazolium

۲۰-

۰۶/۱

۵/۵۲

محلول

EMIM TFAct

۱-Ethyl-3-methyl
imidazolium

۱۴-

۲۸۵/۱

۳۵

BA SCN

Butylammonium

۵/۲۰

۹۴۹/۰

۹۷

محلول

secBA SCN

Sec-butylammonium

۵/۲۲

۰۱۳/۱

۱۹۶

محلول

DPA SCN

Dipropylammonium

۵/۵

۹۶۴/۰

۸۶

محلول

EMIM SCN

۱-Ethyl-3-methyl
imidazolium

۶-

EA NO3

Ethylammonium

۵/۱۲

۱۲۲/۱

۳۲

محلول

PA NO3

Propylammonium

۴

۱۵۷/۱

۶۷

محلول

TBA NO3

Tributylammonium

۵/۲۱

۹۱۸/۰

۶۴۰

محلول

EMIM MS

۱-Ethyl-3-methyl
imidazolium

methylsulfate

۵

۲۴/۱

۸۰

محلول

BMIM MS

۱-Butyl-3-methyl
imidazolium

۲۰-

۲/۱

۱۸۰

محلول

(C6)4N
Bzt

Tetrahexylammonium

۵۰-

۹۳۸/۰

۸۹۵

نامحلول

EMIM AlCl4

۱-Ethyl-3-methyl
imidazolium

methylsulfate

۹

۳/۱

۲۰

تفکیک

BMIM AlCl4

۱-Butyl-3-methyl
imidazolium

methyl
sulfate

۱۰-

۲۴/۱

۲۶

تفکیک

TfO =
Trifluoromethyl sulfate; PFES = Perfluoroethyl sulfate; PFBS = Perfluorobutyl
sulfate; TFAct = Trifluoroacetate or trifluoro ethanoate anion

 

مزایای
مایعات ­یونی نسبت به حلال­های آلی مضر و خطرناک

ازجمله
مزایای مایعات­ یونی نسبت به حلال­های معمول
مثل حلال­های کلردار و یا آروماتیک می­توان به موارد
زیر اشاره کرد

·        
مایعات ­یونی
قادر به حل­کردن گستره وسیعی از ترکیبات آلی، معدنی
و آلی-فلزی
هستند.

·        
به شدت قطبی هستند.

o       فشار بخار ناچیز دارند و غیر
فرار هستند
.

o       در مقابل حرارت تا دمای ۳۰۰ درجه
سانتی­گراد عموما پایدار و مقاوم هستند.

o       معمولا در گستره وسیعی از دما
یعنی تا ۲۰۰ درجه سانتی­گراد به صورت مایع روان هستند
.

o       هدایت الکتریکی
این ترکیبات بسیار بالا است
.

o       این ترکیبات با
بسیاری از حلال­های معمول آلی غیر قابل امتزاج
هستند
.

o       با تغییر آنیون موجود
در ساختار مایع­یونی می­توان خصلت قطبی بودن آن را
تشدید و یا تضعیف کرد.

 

مقایسه مایعات ­یونی
با کاربری حلال نسبت به سایر حلال­های سبز

تلاش­های
زیادی برای یافتن جایگزین مناسبی نسبت
به حلال­های فرار انجام شده است. حلال­های سبز اشاره شده در زیر
برای این منظور مناسب تشخیص داده شده­اند.

·        
دی اکسید
کربن فوق بحرانی

·        
حلال­های فلوئور
دار

·        
مایعات
یونی

گاز
 CO2را در دما و فشار فوق بحرانی قرار می­دهند به
نحوی که این گاز به صورت مایع در
­آید و اکنون دارای خواص گاز و مایع (هر دو) است.
دمای بحرانی گاز دی اکسید کربن ۳۱ درجه سانتی
­گراد و فشار فوق بحرانی آن ۷۴ بار
است. دی اکسید کربن فوق بحرانی یک حلال سبز است ولی
دو مشکل عمده دارد اول اینکه برای استفاده از این حلال
نیاز به تجهیزات خاصی جهت اعمال فشار فوق بحرانی است، دوم
اینکه گستره حلالیت ترکیبات مختلف در این حلال
بسیار محدود است. حلال­های فلوئور­دار دسته دیگری از حلال­های
جایگزین هستند که مشکلات این حلال­ها گران قیمت بودن آنها
می­باشد و در اثر حرارت مواد سمی متصاعد می­کنند
. مایعات
یونی دسته ترکیباتی هستند که امروزه به عنوان
بهترین جایگزین برای حلال­های فرار معرفی شده­اند.
مایعات یونی علاوه بر سبز بودن قادرند که گستره
وسیعی از ترکیبات آلی، معدنی، ترکیبات
آلی-فلزی، مولکول­های حیاتی و یون­های
فلزی را در خود حل کنند. بدلیل ساختار یونی، این
ترکیبات شدیدا قطبی

بوده و از این رو با بسیاری از حلال­های
آلی غیرقابل امتزاج هستند (حلال­های آلی معمولا
غیرقطبی بوده یا قطبیت پایینی دارند و
معمولا با فاز آبی مخلوط نمی­شوند). با افزایش طول زنجیره
آلکیلی متصل به کاتیون می­توان مایعات
یونی غیر قابل امتزاجی با آب ساخت و این مایعات
یونی را به عنوان فاز آلی بکار برد.

بررسی میزان خلوص
مایعات ­یونی

ویژگی­های
فیزیکی و شیمیایی مایعات­ یونی
می­تواند با حضور ناخالصی­ها تغییر پیدا کند.
بنابراین خالص­سازی مایعات­ یونی ضروری است.
مهم­ترین آلاینده­های مایعات ­یونی
آنیون­های هالیدی یا بنیان­های
آلی و آبی هستند که معمولا از مواد واکنش نداده (پیش ماده­های
سنتز مایع­یونی که تا آخر تغییر نیافته
باقی مانده­اند) به وجود می­آیند. مایعات یونی
تمایل زیادی به جذب رطوبت دارند به طوری که مایعات­
یونی آب­گریز هم جاذب رطوبت هستند. به طور کلی
مایعات­ یونی با حرارت دادن تحت خلاء خشک می­شوند
ولی خروج کامل آب (به دلیل ایجاد پیوند محکم
هیدروژنی) مشکل است. حضور آب باعث کاهش در چگالی و
ویسکوزیته شده و خواص شیمیایی را تعدیل
می­کند
.

نسل­های مختلف مایعات­ یونی

نسل
اول مایعات ­­یونی، ترکیباتی هستند که کاربرد
وسیعی به عنوان حلال دارند. این ترکیبات خواص
فیزیکی منحصر به فردی دارند که با تغییر
کاتیون یا آنیون آنها می­توان این خواص را
تقویت کرد.

نسل
دوم، با رشد روز­افزون این ترکیبات دسته­ای از مایعات
­ یونی طراحی شدند که به عنوان مایعات­ یونی
با کاربری خاص شیمیایی شناخته می­شوند.
این ترکیبات دارای یک یا چند گروه عاملی خاص
بر روی کاتیون هستند که امکان برهمکنش و ایفای نقش
شیمیایی خاص را دارند. به عنوان مثال به عنوان روان­ساز و
لیگاندها­ی کمپلکس­ساز استفاده می­شوند. این
ترکیبات علاوه بر خواص فیزیکی ذکر شده کارآیی
شیمیایی نیز دارند که به عنوان نسل دوم مایعات
یونی شناخته می­شوند
.

نسل
سوم، بعضی ترکیبات فعال دارویی، ساختاری مانند
ساختار مایعات
­یونی
کلاسیک دارند و از لحاظ بیولوژیکی فعال بوده و سمیت
آنها مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از این ترکیبات
دارویی، نسل جدید مایعات یونی به عنوان نسل
سوم اخیرا معرفی شده است. این ترکیبات سمیت
بسیار کمی دارند و خواص فیزیکی مایعات
یونی را نیز دارا می­باشند. یعنی می­توان
از این دسته مایعات
­یونی به عنوان دارو استفاده کرد.

نسل اول مایعا­ت­
یونی

برخی
از مایعات­ یونی نسل اول به همراه کاتیون و آنیون­های
سازنده آنها در
شکل ‏ نشان داده شده و دارای
ویژگی­هایی مانند نقطه ذوب، چگالی، گرانروی،
پایداری گرمایی، رسانایی، آب دوستی و
آب­گریزی قابل ملاحظه­ای هستند.

شکل -برخی از کاتیون­ها و آنیون­های
مایعات­ یونی نوع نسل اول

با
توجه به
شکل زیر‏، در جدول زیر ‏ نام آنیون­ها و
کاتیون­های مایعات یونی نسل اول آورده شده است.

جدول -نام
کاتیون­ها و آنیون­های مایعات یونی نسل اول

شماره ترکیب

نام گونه

شماره ترکیب

نام گونه

a

Tetra
alkyl ammonium

g

b

Tetra
alkyl phosphonium

h

c

Buthyl
methyl imidazolium

i

Di
cyano amin

d

Alkyl
methyl prirrolidinium

j

e

Ethyl
hydroxyl piridinium

k

f

Ethyl
methyl imidazolium

L

Chloride

 

ساختار
برخی از مایعات­ یونی نسل اول بر حسب ویژگی­های
خاص خود در
شکل نشان داده شده است.

شکل -برخی
از مایعات­ یونی نسل اول به همراه ویژگی و
کاربری خاص  (
a)-دارای
خصلت آبگریزی و نقطه ذوب پایین، (
b)- دارای ویسکوزیته کم و
آبگریز بودن، (
c)-
دارای خصلت آّب­دوستی بالا و پایداری بالای
گرمایی.

نسل دوم مایعات­ یونی

مایعات
­یونی نسل دوم دارای خصوصیاتی همچون فعالیت
شیمیایی، دانسیته انرژی بالا، فعالیت
الکتروشیمیایی، اشتعال­پذیر، خاصیت
کئوردینه شدن، حلال­پوشی و خاصیت کایرالیته هستند.
برخی از کاتیون­های سازنده این مایعات
یونی در
شکل ‏زیر نشان داده شده است. در جدول ‏ زیر نام آنیون­ها
و کاتیون­های مایعات یونی نسل دوم آورده شده است.

شکل -برخی از کاتیون­های مایعات یونی
نسل دوم

جدول -نام
کاتیون­ها و آنیون­های مایعات ­یونی نسل دوم

شماره
ترکیب

نام مایع
یونی

a

b

c

d

e

f

 

در
شکل ‏زیر برخی از
مایعات ­یونی نسل دوم به همراه ویژگی مشخصه خود
نشان داده شده است.

شکل-برخی از مایعات ­یونی نسل
دوم به همراه ویژگی و کاربری خاص (
a)-دارای تعادل اکسیژن مناسب و
دانسیته انرژی بالا، (
b)-دارای دانسیته پایین و قدرت حلال
پوشی مناسب، (
c)-دارای
فعالیت کایرالیته و خصلت آبگریزی بالا.

نسل سوم مایعات ­یونی

مایعات
یونی نسل سوم دارای خصوصیات بیولوژیکی،
فعالیت ضد باکتریایی، به عنوان داروی
بیهوشی موضعی، داروی رفع اختلالات اعصاب و ضد قارچ کاربرد
دارند. کاتیون برخی از مایعات یونی نسل سوم در
شکل  زیر‏ نشان داده شده است.

شکل -ساختار برخی از کاتیون­های
مایعات­ یونی نسل سوم

با
توجه به
شکل ‏زیر در جدول ‏ نام آنیون­ها و کاتیون­های
مایعات یونی نسل سوم آورده شده است.

جدول نام
کاتیون­ها و آنیون­های مایعات یونی نسل سوم

شماره
ترکیب

نام مایع
یونی

a

b

c

d

e

 

مایعات­
یونی نسل سوم بر حسب خصوصیات و ویژگی­های خود
دارای فعالیت بیولوژیکی، به عنوان نرم کننده پوست،
داروی ضد­جوش، داروی ضد­اشتعال و ویتامین­ها کاربرد
دارند. برخی از این مایعات یونی نسل سوم به همراه
ویژگی­های مشخصه خود در
شکل ‏زیر نشان داده شده است.

شکل -برخی از مایعات ­یونی
نسل سوم به همراه ویژگی­ها و کاربرد­های خاص (
a)-به عنوان نرم کننده و بی حس کننده
موضعی، (
b)-دارای
خاصیت ضد باکتریال و محدود کننده فرابنفش، (
c)-دارای خاصیت ضد جوش و ضد
باکتریال.

کاربرد­های مایعات ­یونی

مایعات­
یونی کاربرد­های مختلف و متنوعی دارند که علاوه بر نقش
حلال در جداسازی، به عنوان بستر کاتالیستی و بستر مناسبی
در سنتز مواد نانو نیز نقش موثری دارند.

 

نقش کاتالیستی مایعات ­یونی

اولین
بار حدود ۲۰ سال پیش مایعات­ یونی به عنوان
کاتالیست در واکنش آسیلاسیون فریدیل کرافتس استفاده
شد. مایعات یونی به عنوان یک کاتالیست دوفازی
یا بستری برای تثبیت کاتالیست­های دیگر
استفاده می­شوند. در حضور مایعات ­یونی امکان استفاده
مجدد از کاتالیست وجود دارد. نانوکاتالیست­های فلزی مانند
طلا، پلاتین، پالادیم، رودیم و روتنیم کاربرد گسترده­ای
در واکنش­های آلی دارند. مشکل نانوکاتالیست این است که در
محیط­های واکنش به هم متصل شده و به صورت کلوخه­ای در می­آیند
و فعالیت آنها به شدت کاهش می­یابد. برای
جلوگیری از این مورد، مایعات­ یونی
مختلفی استفاده می­شود. به عنوان مثال نانوکاتالیست رودیم
در مایعات ­یونی در واکنش هیدروژن­دار کردن آلکن­ها و آرن­ها
فعالیت بیشتری از خود نشان می­دهند .

مایعات ­یونی به عنوان
حلال

همانطور
که ذکر شد کاربرد عمده مایعات­ یونی به عنوان حلال است. از مهم­ترین
مزایای استفاده از مایعات­ یونی افزایش سرعت
واکنش­ها، سبز بودن و بهبود بخشیدن گزینش­پذیری نسبت به
حلال­های سمی دیگر است.

مایعات­ یونی در
الکتروشیمی

بیشتر
از ۲۰ سال قبل اولین بار نمک­های مذاب و مایعات ­یونی
توسط الکتروشیمیدان­ها برای استفاده در منابع قدرت به کار برده
شدند. برخی از مایعات یونی بهترین نمونه برای
دستگاه­های الکتروشیمیایی مانند ذخیره کننده­های
قدرت، پیل­های سوختی، سلول­های فوتوولتایی و
آبکاری الکتریکی بودند. این به دلیل
پایداری بسیار بالای
الکتروشیمیایی، رسانایی بالا و محدوده عملکرد
دمایی وسیع است. نیاز به باتری­هایی با
قدرت بالا برای کاربردهای مختلف (پرتابل­های
الکترونیکی، ترموبیل­های الکتریکی،
گوشی تلفن همراه و غیره) باعث جستجو برای یافتن محلول­های
الکترولیتی غیر آبی بیشتر شد. رقابت برای
بدست آوردن باتری­های قابل شارژ یون لیتیم باعث
شناسایی الکترولیت­های با قدرت رسانایی بالا
شد که از لحاظ الکتروشیمیایی پایدار بوده و
ظرفیت زیادی برای استفاده مجدد داشتند. مایعات ­یونی
به نظر می­رسد که الکترولیت­های خوبی برای
باتری­های قابل شارژیون لیتیم می­باشند.
گستره وسیع پتانسیل الکتروشیمیایی آنها مانع
احیاء یا اکسید­شدن الکترود می­شود. این گستره
برای مایعات یونی بیش از ۵/۴ ولت و برای
الکترولیت­های آبی ۲/۱ ولت است. علاوه بر این
مایعات ­یونی، پایداری حرارتی بیشتر،
رسانایی بالاتر و حلالیت بیشتری نسبت به
الکترولیت­های معمول دارند. به عنوان مثال رسانایی آنها
در باتری­های لیتیم ۵ برابر بیشتر از نمک­های
لیتیم در حلال غیر آبی است.

مایعات ­یونی در استخراج
مایع-مایع

یکی
از عمومی­ترین روش­هایی که برای جداسازی
استفاده می­شود، استخراج مایع-مایع است. این روش در صنعت
کاربرد زیادی داشته و از نظر صرفه انرژی مناسب است. در
این روش از دو فاز غیر قابل امتزاج یعنی فاز آلی و
آبی استفاده می­شود. اکثر حلال­های مورد استفاده برای فاز
آلی مانند کلروفرم، از دسته حلال­های فرار می­باشند.
مایعات­ یونی آبگریز جایگزین مناسبی به
عنوان فاز آلی هستند
. مایعات یونی عمدتا در استخراج یون­های
فلزی ارزشمند مانند طلا، لانتانیدها و اکتنیدها یا
یون­های فلزی سمی در آب آشامیدنی مانند
جیوه و کادمیم مورد استفاده می­باشد. در
جدول ‏ لیستی از مایعات
یونی مورد استفاده در فرایند استخراج یون­های
فلزی نشان داده شده است.

جدول مایعات
یونی مختلف با کاربری حلال در فرآیند استخراج یون­های
فلزی

لیگاند/کی­لیت
دهنده فلز

مایع
یونی

آنالیت
مورد اندازه­گیری

DC18C6

۱۸C6,
DC18C6, Dtb18C6

BOBCalixC6

DC18C6,
N-alkyl, aza-18-crown-6 ethers

[Cnmim][PF6] (n=4-9)

[Cnmim][PF6]
(n=4,6,8)

[Cnmim][Tf2N]
(n=2,3,4,6,8)

[Cnmim][Tf2N]
(n=2,4,6,8)

Li+,
Na+, K+, Rb+, Cs+

Na+,
Cs+

Cs+

Na+,
K+, Cs+

DC18C6

۱۸C6,
DC18C6, Dtb18C6

BOBCalixC6

DC18C6,
N-alkyl, aza-18-crown-6 ethers

[Cnmim][PF6] (n=4-9)

[Cnmim][PF6]
(n=4,6,8)

R1R2Meim][PF6],
R1R2Meim][Tf2N]

[Cnmim][Tf2N]
(n=2,4,6,8)

Mg2+,
Ca2+, Sr2+, Ba2+

Sr2+

Sr2+

Sr2+

 

DC18C6

Dithizone

 

PAN, TAN

 

Calyx[4]arene-beaing
pyridine

None

 

None

CMPO

 

 

Dtb18C 6,
CMPO, TBP

 

N/a

[Cnmim][PF6] (n=4-9)

[Cnmim][PF6]

 

[C4mim][PF6],
[C6mim][PF6]

 

[Cnmim][PF6]
(n=4, 6, 8)

 

[Cnmim][BF4]
(n=1, 3, 6, 8, 10), [Cnmim][PF6] (n=6-10)

TSILs

[C4mim][PF6]

 

 

[C4mim][PF6],
[C4mim][NO3], [C4mim][Tf2N], [C6mim][PF6]

[C8mim][PF6]

Pb2+

Cu2+,
Ag+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+

Cd2+,
Co2+, Ni2+, Fe3+, Hg2+

Ag+

 

Cu2+,
Cr6+, Zn2+

 

Hg2+,
Cd2+

Lanthanides
(Nd3+, La3+, Er3+, Ce3+, Sm3+,
Eu3+, Gd3+, Ho3+

Actinides
(Th4+, U2+, Pu4+)

Al3+

Cnmim=1-alkil-3-methylimidazolium;
DC18C6=Dicycloheano-18-crown-6; 18CC6=18-crown-6; Dtb
۱۸C6=4,4’-(۵)-di-(tert-butylcyclohexano)-18-crown-6; BOBCalixC6=calix[4]arene-bis(tert-octylbenzo-crown-6);
Tf2N=bis(triflouromethyl)solfonyl]amide; R1R2Memim=1-R1-2R2-3-methylimidazolium
(R1-Bu, Et, or Pr, R2=H, or Me);
PAN=1-(2-pyridylazo)-2-naphthol; TAN=1-(2-thiazolylazo)-2-naphtol;
CMPO=Octyl(phenyl)-N,N-diisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide;
TBP=tri-n-butyl phosphate

 

سنتز نانوذرات به کمک مایعات
یونی

مایعات
یونی سبز در تهیه نانو ذرات به عنوان محیط واکنش،
تثبیت کننده، واکنشگر کاهنده و غیره استفاده می­شوند. مایعات
یونی این قابلیت را دارا می­باشند که بتوانند تمام
این ویژگی­ها را به طور همزمان داشته باشند. استفاده از مایعات
یونی به عنوان محیط واکنش برای تهیه نانوذرات
معدنی تاکنون به طور عمده به خاطر قطبیت بالای مایعات
یونی بوده است. در سال­های اخیر مایعات
یونی به عنوان محیط مناسب برای تهیه نانو­ ذرات شناخته
شده­اند. اگرچه تهیه نانوذرات در مایعات یونی هنوز در
مرحله ابتدایی بوده ولی نتایج بسیار خوبی با
استفاده از این ترکیبات به دست آمده که حاکی از استفاده از
این ترکیبات برای تهیه نانو ذرات می­باشد
. مایعات
یونی دارای خواص منحصر به فردی می­باشند که آنها را
جهت استفاده به عنوان محیط واکنش برای سنتز نانوذرات مناسب کرده است.
کشش سطحی پایین به عنوان خصوصیت بسیاری از مایعات
یونی سبب می­شود تا سرعت هسته­زایی افزایش
یافته که این باعث ایجاد ذرات با اندازه کوچکتر می­شود.
همچنین مایعات یونی می­توانند به عنوان گونه دهنده
الکترون و هم تثبیت کننده فضایی، رشد نانو ذرات را به
تنهایی کاهش دهند
.
استفاده از مایعات یونی به عنوان محیط واکنش برای
تهیه نانوذرات معدنی تاکنون به طور عمده به دلیل خصوصیات
منحصر به ‌فردی مانند بار ذاتی بالا، قطبیت بالای مایعات
یونی برای ایجاد پایداری فضایی و
الکتروستاتیک برای نانو ذرات، انتقال فاز مناسب نانو ذرات از آب به
حلال­های غیرقابل امتزاج با استفاده از ساختارهای از پیش
طراحی شده و همچنین قابلیت مایعات یونی به
عنوان الگو برای تهیه نانو مواد متخلل می­باشد
. نانو ذرات
فلزی مانند ایریدیم
(Ir)، رودیم (Rh)، پالادیم (Pd)، پلاتین (Pt) و نانوذرات طلا (Au) از
طریق روش کاهشی استاندارد، که در آن از مایعات یونی
به عنوان حلال کمکی و تثبیت کننده استفاده می­شود، تهیه
شدند. همچنین نانو ذرات آلیاژی از طریق تخریب
گرمایی در مایعات یونی تهیه می
­شوند. با این حال در اکثر موارد از مایعات
یونی به عنوان حلال کمکی استفاده می­شود. در این
حالت تغییرات مشخصی در خواص حلال در مقایسه با حلال تنها
(مخلوط نشده) مشاهده می­شود. همچنین استفاده از مایعات
یونی در روند سنتز باعث می­شود تا تعداد عوامل موثر بر واکنش
کاهش یابد و باعث قابل فهم­تر شدن مکانیسم واکنش می‌گردد.
این ویژگی سبب می­شود که عوامل تاثیر گذار بر واکنش
به خوبی تنظیم شوند و از آنجا که واکنش عاری از هرگونه محصول
جانبی می­شود، به سمت واکنش­های سبز پیش می­رود.

مزایای استفاده از مایعات
یونی در سنتز نانو ذرات

·        
می­توان مایعات
یونی را به گونه­ای طراحی کرد که نمک­های
معدنی (به عنوان پیش­ماده برای سنتز نانو ذرات) را به
راحتی در خود حل کنند
.

·        
مایعات
یونی را می­توان به گونه­ای انتخاب کرد که سنتز
معدنی با مواد اولیه قطبی/یونی بدون آب (به عنوان
یک حلال قطبی) قابل انجام باشد. سنتز در غیاب آب می­تواند
از تشکیل مواد جانبی نظیر هیدروکسیدها و یا
اکسیدهای آبی جلوگیری کند
.

·        
مایعات
یونی کشش سطحی پایین دارند که باعث افزایش
سرعت تشکیل هسته­ها می­شود. این امر سبب تشکیل نانوذرات
با اندازه کوچک می­شود
.

·        
مایعات
یونی به خاطر وجود کاتیون و آنیون می­توانند
یک پوسته الکتروستاتیک در اطراف نانوذرات تشکیل دهند که باعث
جلوگیری از انباشتگی نانوذرات می­شود. به علاوه نانوذرات
با پیوند کئوردینانسی
 از طریق کاتیون
یا آنیون (پیوند یونی یا کوالانسی)
پایدار می­شوند. کاتیون یا آنیون با زنجیر
آلکیل طولانی باعث پایداری نانوذرات در محلول می­شود.

·        
پراکندگی
نیروی کشش سطحی اجزاء موجب افزایش تفاوت­هایی
بین انرژی سطحی در جهات مختلف بلور می­شود. از آنجا که مایعات
یونی کشش سطحی پایینی دارند، کنترل
مورفولوژی نانوذرات در محیط مایع­یونی تضمین
می­شود
.

·        
مایعات
یونی ممکن است به صورت گسترده در حالت مایع پیوند
هیدروژنی تشکیل دهند. در این موارد مایعات
یونی به عنوان حلال­های ابرمولکولی
 شناخته می­شوند. مایعات یونی می­توانند در سنتز نانوذرات با کنترل
مورفولوژی استفاده شوند
.

·        
با تغییر
کاتیون و آنیون موجود در مایع­یونی می­توان
خواص یا خاصیت­های آن را تغییر داد. خواصی
همچون آبگریز یا آبدوست بودن مایعات یونی،
پیوند هیدروژنی، حلالیت گازها در این مایعات
از این دسته است.

·        
مایعات
یونی واکنشگرهای فعالی هستند. برای مثال مایع­یونی
دارای گروه هیدروکسیل همزمان به عنوان عامل کاهنده، حلال و
پایدار کننده نانوذرات استفاده می­شوند
.

·        
با توجه به نوع
مایع­یونی مورد استفاده به عنوان محیط واکنش برای
سنتز، نانو مواد سنتز­شده می­توانند محلول در آب یا غیر محلول
باشند. لذا می­توان با تغییر خصوصیات مایع­یونی،
خصوصیات آب­دوستی یا آب­گریزی را به نانوذرات سنتز
شده القا نمود
.

·        
فشار بخار
پایین و غیر قابل اشتعال بودن این ترکیبات باعث شده
که به راحتی بتوان واکنش را در دمای بالا و تحت خلاء انجام داد
.

·        
مایعات
یونی حلال­های سبز هستند. این ترکیبات
غیرفرار، غیرسمی و غیرخورنده هستند. استفاده از حلال
کمکی و مواد جداکننده در محیط مایعات یونی
غیرضرورری است و می­توان مایعات یونی را
طوری طراحی کرد که تمام این قابلیت­ها را همزمان داشته
باشد
.

روش­های سنتز نانوذرات در
محیط مایعات یونی

سه
روش معروف سنتزی نانوذرات توسط مایعات یونی ذکر شده که از
خواص منحصر به فرد این حلال (در مقایسه با حلال­های فرار) در
این روش­ها بهره گرفته شده است. روش اول سنتز مستقیم با استفاده از
امواج ریزموج
می­باشد.
خصوصیت یونی و قطبیت بالای مایعات
یونی دلیل استفاده از این ترکیبات به عنوان
محیط واکنش ریزموج می­باشد (قطبیت محیط واکنش جذب
انرژی ریزموج را باعث می­شود). روش دوم، ترسیب بخار
فیزیکی تحت شرایط خلاء بالاست. به علت اینکه مایعات
یونی دارای فشار بخار پایین هستند از این
ترکیبات به عنوان محیط واکنش در روش اخیر استفاده می
­شود. روش سوم سونوشیمی  است که یک روش قدرتمند را
برای تهیه نانوذرات اکسیدی با استفاده از مایعات
یونی فراهم آورده است
.

نانوذرات اصلاح شده با مایعات
یونی

در
سال­های اخیر اصلاح مواد با مایعات یونی از
طریق قرار دادن آنها بر روی سطح موادی مانند
سیلیکا، پلیمرها و یا با استفاده از سطوح جامد
دیگری صورت گرفته است.
سطوح اصلاح شده با مایعات
یونی در زمینه­های مختلف شیمی مانند
شیمی آلی، معدنی، الکتروشیمی و
شیمی تجزیه کاربرد دارند. مایعات یونی با
قطبیت زیادی که دارند محیط­های مناسبی
برای نگهداری گونه­های کاتالیستی می­باشند.
کاربرد این مواد در شیمی تجزیه بیشتر در استخراج
(استخراج مایع-مایع، ریز استخراج مایع-مایع،
ریز استخراج فاز جامد) و جداسازی (کروماتوگرافی مایع،
الکتروفورز موئین) می­باشد
.
اصلاح سطح سیلیکا، زئولیت یا آلومینا با مایعات
یونی دارای مزیت­های زیادی است. قدرت
اسیدی این سطوح به آسانی قابل تنظیم می­باشند.
همچنین با تغییر اندازه زنجیره جانبی کاتیون
می­توان خواص آب­گریز و آب­دوست بودن این سطوح را نیز
تغییر داد. اصلاح سطح با مایعات یونی با روش‌های
اتصالات کوالانسی، جذب فیزیکی،
پلیمریزاسیون و یا سل-ژل انجام می­گیرد.
وقتی که به عنوان کاتالیست از این مواد استفاده می­شود،
اصلاح سطح باعث افزایش انتخاب پذیری و واکنش پذیری
می­گردد. در سال­های اخیر اصلاح سطح نانوسیلیکا از
طریق پیوند کوالانسی با مایعات یونی
بسیاری صورت گرفته است. هرچند قرار دادن مایعات
یونی بر روی سطح باعث می­شود که برخی از خواص
این ترکیبات همچون
گستره مایع­بودن
 آن‌ها تغییر کند، ولی خواص منحصر به فرد مایعات
یونی همچون قطبیت و فشار بخار بسیار

پایین با قرارگیری بر روی سطوح حفظ می‌­شود.

روش­های اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی

اصلاح
سطح با مایعات یونی می­تواند با استفاده از روش­های
مختلفی انجام گیرد که با توجه به برهمکنش­های بین
مایع­یونی و سطح، دسته بندی می­شوند. در
شکل ‏ این دسته­بندی نشان
داده شده است. مایعات یونی می­توانند از طریق
پیوند کوالانسی بین گروه سیلانول
(Si-OH) سطح
و آنیون یا کاتیون مایع­یونی بر روی
سطح نشانده شود. همچنین مایعات یونی بدون پیوند
کوالانسی به شکل فاز مایع بر روی سطح قرار داده شده نیز
مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شکل -اصلاح سطح با استفاده از مایعات
یونی به روش­های مختلف، (۱)-برهمکنش بین کاتیون
حجیم مایع­یونی با آنیون موجود بر روی سطح
(الکترواستاتیکی)، (۲)-برهمکنش بین مایع­یونی
با گروه­های سیلانول موجود بر روی سطح (کووالانسی)،
(۳)-برهمکنش بین مایع­یونی و سطح (واندروالسی).

اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی با اتصالات کووالانسی

در
این روش اصلاح سطح، مایع­یونی توسط پیوند
کوالانسی با سطح اتصال برقرار کرده و بر روی آن قرار می­گیرد.
در
شکل  قرار گرفتن ایمیدازول
بر روی سطح سیلیکا از طریق پیوند کوالانسی
نشان داده شده است
.

شکل -اصلاح سطح سیلیکا با استفاده از اتصالات
کئوالانسی با ایمیدازول

 

اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی با اتصال آنیون

یک
روش آسان برای اصلاح سطح توسط مایع یونی، روش ویتنس
 است. در این روش اتصال مایع­یونی به سطح
جامد از طریق اتصال آنیون صورت می­گیرد. مایع­یونی
به حدی به فاز جامد افزوده می­شود که ترکیب حالت پودری و
خشک خود را از دست بدهد. در شکل زیر زئولیت اصلاح شده با مایع­یونی
را توسط این روش نشان می­دهد. در این روش مایع­یونی
از طریق پیوند یونی با سطح اتصال برقرار می­کند.

شکل -اصلاح سطح زئولیت به کمک مایع­یونی
از طریق اتصال آنیونی

اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی با اتصال کاتیون

اصلاح
سطح از طریق پیوند کوالانسی بین کاتیون مایع­یونی
و گروه سیلانول

(Si-OH)
بر روی سطح انجام می­گیرد.
عیب این روش این است که خاصیت اسیدی
مایع­یونی افزایش می­یابد. برای رفع
این مشکل به جای افزایش مایع­یونی به سطح
سیلیکا، هالیدهای آلی شامل کاتیون در
مایع­یونی برروی سطح قرار می­گیرد و در مرحله
بعد هالیدهای فلزی اضافه می­گردد. در این روش، در
واقع آنیون همراه مایع­یونی با آنیون روی سطح
تعویض می­شود.

شکل -اصلاح سطح سیلیکا از طریق اتصال
کاتیون (روش پیوند)

اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی با روش پلیمریزاسیون

در
این روش مایع­یونی از طریق پیوند
کوالانسی بر روی سطح پلیمر قرار خواهد گرفت. مایع­یونی
قرار گرفته شده بر روی پلیمر از طریق گروه پلیمری
(معمولا توسط یک متصل کننده) به کاتیون و یا آنیون
مایع­یونی متصل می­شود. معمولا با اتصال پلیمر به
مایع­یونی هدایت پلیمر افزایش می­یابد.
در
شکل زیر‏ اصلاح سطح پلیمر
با استفاده از مایع­یونی تترافلوئورو بورات متیل
ایمیدازولیوم نشان داده شده است.

شکل -اصلاح سطح پلیمر به کمک مایع­یونی

اصلاح سطح به کمک مایعات یونی
با روش سل-ژل

در
این روش سطح اصلاح شده با مایعات یونی از طریق روش
سل-ژل تهیه می­شود. به عنوان مثال ۱-(تری اتوکسی
سایلیل پروپیل)-۳-متیل ایمیدازولیوم
کلرید به مخلوطی از سیلیکا و ماده متخلخل شامل
سیلیکا اضافه می­شود. سپس با افزایش
آلومینیوم کلرید کمپلکس یونی ایجاد می­شود.

Description: Description: filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257

شکل -اصلاح سطح توسط مایعات یونی از
طریق روش سل-ژل

اصلاح سطح به کمک مایعات
یونی به روش جذب فیزیکی

در
این روش مایع­یونی از طریق پیوندهای
ضعیف واندروالس برروی سطح قرار گرفته و اتصال کوالانسی
خاصی مطرح نیست. برای مثال در
شکل ‏ سطح نانوذره SBA-15 اصلاح
شده توسط مایع­یونی از طریق جذب فیزیکی
را نشان می­دهد.

 

Description: Description: filereader.php?p1=main_46d46a759bf6cbed0

شکل -جذب فیزیکی مایع­یونی
بر روی سطح نانوذره
 SBA-15

 

کاربردهای سطوح اصلاح شده با مایعات
یونی

استفاده به عنوان حسگر

خواص
آب­­دوستی و آب­گریزی سطوح با تغییر آنیون در
مایع­یونی تغییر می­کند. به عنوان نمونه،
نانوذرات اصلاح شده با مایعات یونی بر پایه کاتیون
ایمیدازولیوم تهیه و سطح نانو ذره طلا اصلاح شده با مایعات
یونی در محلول آبی به عنوان حسگر رنگ‌سنجی برای
گونه­های آنیونی مختلف به کار برده شد. این حسگر از
طریق مکانیسم تعویض آنیون

مربوط به گونه مایع­یونی عمل می­کند. در شکل ‏زیر رنگ این حسگر در
حضور آنیون­های کلرید (
Cl)، برمید (Br)، یدید (I) و تترافلوئورو بورات (BF4) و در شکل ‏زیر ساختار حسگر نشان داده
شده است.

شکل -رنگ حسگر بر پایه کاتیون متیل
ایمیدازول و نانوذره طلا در حضور آنیون،
a=آنیون کلراید، b=آنیون برماید، c=آنیون بورات و d=آنیون یدید

شکل -ساختار
حسگر نوری برای سطح نانو ذره طلا اصلاح شده با متیل
ایمیدازول

 

کاربرد در پزشکی

نانوذرات
معدنی اکسید آهن اصلاح شده با متیل
ایمیدازولیوم کلرید طبق روش نشان داده در
شکل ‏زیر تهیه شدند و خواص
زیست-دارویی آن‌ها بررسی شد. این مواد در بدن و در
محیط آزمایشگاه سمیت کمی نشان می­دهند. محلول
آبی از این نانوذرات معدنی اصلاح شده، تصویر واضحی
در تصویر­برداری رزونانس مغناطیسی در مقایسه با
محصولات تجاری نشان می­دهد. علاوه بر این با مولکول­های
زیستی مانند
  DNA نیز برهمکنش می­کند.

 

Description: Description: filereader.php?p1=main_ad304601e6638bf2b

شکل -اصلاح سطح نانوذرات اکسید آهن توسط -Nمتیل
ایمیدازولیوم کلراید

 

کاربرد در شیمی تجزیه

مایعات
یونی در شیمی تجزیه بیشتر در فرایند­های
استخراج (استخراج مایع-مایع، استخراج فاز جامد، ریز­استخراج فاز
مایع، ریز­استخراج فاز جامد) و جداسازی (کروماتوگرافی
مایع، الکتروفورز موئین) کاربرد دارند
. سطوح اصلاح شده با مایعات یونی با
تغییر کاتیون­ها و آنیون­ها در جداسازی به عنوان
فاز ساکن با قطبیت کم برای ترکیبات غیرقطبی و در
رفتار متضاد (با ساختار قطبی) برای ترکیبات که پروتون­دهنده
قوی هستند استفاده می­شود
.
ویژگی­های منحصربه فردی مانند رفتار دوگانه،
پایداری حرارتی و طراحی سطوح با مایعات
یونی دارای خواص مختلف باعث شده است که برای گستره
وسیعی از گونه­های تجزیه­ای استفاده شوند به
همین دلیل این مواد به عنوان فاز ساکن در کروماتوگرافی
گازی، کروماتوگرافی مایع و الکتروفورز موئینه
استفاده می­شوند و به عنوان جاذب در
استخراج فاز جامد
و ریز­استخراج
فاز جامد استفاده می
­شود. همچنین به عنوان افزودنی به فاز متحرک در کروماتوگرافی
مایع استفاده می­شود
.
معمولا از کاتیون ایمیدازولیوم برای اصلاح سطح به
خاطر خواص منحصر به فردش در استخراج و جداسازی در حالت مایع استفاده
می­شود. به علاوه آروماتیک بودن حلقه باعث می­شود که سطح
برهمکنش

π-π
با گونه‌ تجزیه‌ای داشته
باشد. به همین خاطر برای جداسازی و استخراج ترکیبات
آروماتیک استفاده می­شود. دیگر کاتیون‌‌ها مانند
پیریدینیوم و تری آلکیل فسفونیوم به
ندرت استفاده شده­اند. آنیون­های همراه برای این مایعات
یونی کلرید، برمید، هگزافلوروفسفات و تترا فلوئورو بورات
می­باشند. مشکل سطوح اصلاح شده با مایعات یونی در استخراج
و جداسازی این می­باشد که وقتی در مجاورت محلول
نمکی قرار می­گیرند واکنش تغییر آنیون در
این سطح رخ داده و خواص سطح تغییر می­کند. موادی
همچون سیلیکا و پلیمرها با مایعات یونی اصلاح
می­شوند. این مواد برای استخراج و جداسازی در گستره
وسیعی از مواد (اسیدی، بازی، طبیعی،
قطبی و غیرقطبی) استفاده می­شوند
.

کاربرد در کروماتوگرافی گازی

سطوح­
اصلاح شده با مایعات یونی در کروماتوگرافی گازی به
عنوان فاز ساکن می­توانند به کار برده شوند. پایداری
حرارتی (در

GC
معمولا از شرایط دمایی بالا استفاده
می‌شود) و انتخاب پذیری بالا علت استفاده از سطوح اصلاح شده با
مایعات یونی در کروماتوگرافی گازی می­باشد. مایعات
یونی دارای پیوند هیدروژنی، انتخاب­پذیری
بالایی نسبت به سطح سیلان و پلی­اتیلن­گلیکول
دارند. این امر نشان می­دهد که در کروماتوگرافی گازی به
خاطر گستره دمایی بالا و نیاز به ستون قطبی از این
سطوح استفاده می­شود. در
جدول ‏زیر گونه­های
تجزیه­ای جدا­شده با استفاده از ستون­های برپایه سطوح
اصلاح شده با مایعات یونی در کروماتوگرافی گازی
نشان داده شده است
.

جدول -فاز­های
ساکن ساخته شده از سطوح اصلاح شده با مایعات یونی در کروماتوگرافی
گازی

نمونه

آنالیت­
هدف

محتوی
ستون فاز ساکن

ویژگی

آشکارساز

سوخت
دیزل

هیدروکربن­های
اشباع، مونوآروماتیک­ها و دی آروماتیک­ها

Trihexyl(tetradecyl)phosphonium

Bis(Triflouromethane)solfunamide×۵%diphenyl95%dimethylpolysiloxane

مایعات
یونی سنتز شده

FID

سوخت
دیزل

۳۲ ترکیب
اکسیژن-فسفر­دار

۵%diphenyl+95%dimethylpolysiloxane×triflate
(Triflouromethanesolfunate)

مایعات
یونی سنتز شده

FID

Aroctor 1242 و ۱۲۶۰

۲۰۹ نوع [۱]PCB

Poly(5%phenyl-95%-methyl)siloxane×IL-36(1,12-di(tripropylphosphonium)
dodecane bis(triflouromethylsulfonyl)imide

مایعات
یونی تجاری

FID

Aroctor 1242 و ۱۲۶۰

۲۰۹ نوع PCB

Poly(50%-n-octyl50%-methyl)siloxane×۱,۱۲-di(tripropylphosphonium)dodecane
bis(triflouromethylsulfonyl)imide(SLB-IL59)

مایعات
یونی تجاری

TOF-MS

دیزل

ترکیبات
فسفر­دار

(۵%Phenyl)methyl polysioxane×۱,۹-di(3-vinylimidazolium)nonane
bis(trimethyl)sulfonyl imidate (triflate IL)×polyethyl glycol

مایع­یونی
سنتز شده

FID

 

کاربرد در کروماتوگرافی مایعی

مایعات
یونی می­توانند به عنوان فاز ساکن و متحرک در
کروماتوگرافی مایع استفاده ­شوند. اصلاح سطح توسط مایعات
یونی باعث می­شود که با تغییر کاتیون،
آنیون، گروه آلکیل و یا اضافه­کردن گروه­های عامل­دار
خواص سطح را تغییر داد
.
با استفاده از مایعات یونی به عنوان فاز ساکن می­توان از
آب به عنوان فاز متحرک استفاده کرد (بدون احتیاج به حلال آلی). در
جدول ‏زیر نمونه­هایی از سطوح اصلاح شده با مایعات یونی به عنوان فاز
ساکن در کروماتوگرافی مایع نشان داده شده است

جدول -مایعات
یونی استفاده شده به عنوان فاز ساکن در کروماتوگرافی مایع

مایع
یونی

ساختار

فاز
متحرک

آنالیت

نمونه

N-Hexylimidazoleium
tetrafluoroborate

 

Description: Description: filereader.php?p1=main_0f826a89cf68c399c

KH2PO4,
MeOH

Ephedrines

محلول
استاندارد

N-Hexylimidazoleium tetrafluoroborate (BF4)(hexafluorophosphate
(PF6-)

Description: Description: filereader.php?p1=main_0f826a89cf68c399c

a-KH2PO4,
MeOH

b-MeOH,
NaH2PO4

a-Ephedrines

b-Tropane
alkaloids

محلول
استاندارد

N-methylimidazolium
chloride

Description: Description: filereader.php?p1=main_0f826a89cf68c399c

KH2PO4

 

a-Inorganic
anions

b-Organic
anionb-

c-Amines

d-Nucklotides

محلول
استاندارد

Imidazolium
chloride

Description: Description: filereader.php?p1=main_0f826a89cf68c399c

a- KH2PO4

b- KH2PO4,
MeOH

c-Water

a-Inorganic
anions

b-Organic
anions and neutral compounds

c-Hyroxybenzenes,bases
and amines

محلول
استاندارد