什么是離子液體？

【專家解說(shuō)】：綠色溶劑——離子液體 傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)和分離過(guò)程由于使用大量易揮發(fā)的有機(jī)溶劑,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。所以一提到化學(xué)，人們馬上想到化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)或某些污染物。現(xiàn)在人們可以免去這種擔(dān)心，化學(xué)家正在研究一種新的溶劑——離子液體，從而從源頭上解決化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可能出現(xiàn)的上述問(wèn)題。 離子化合物在常溫下都是固體是一個(gè)眾所周知的常識(shí)。這是由于離子鍵是很強(qiáng)的化學(xué)鍵，而且沒(méi)有方向性和飽和性，大量的陰、陽(yáng)離子同時(shí)存在時(shí)，強(qiáng)大的離子鍵使它們彼此靠攏，盡可能地利用空間，形成具有平移對(duì)稱性的固體，所有離子只能在原地振動(dòng)或者加上角度有限的擺動(dòng)，而不能移動(dòng)。離子化合物一般具有較高的熔、沸點(diǎn)和硬度。知道了離子化合物在常溫下為什么呈固態(tài)的原因，反其道而行，將帶正電的陽(yáng)離子和帶負(fù)電的陰離子做得很大，而且其中之一結(jié)構(gòu)極不對(duì)稱，難以在微觀空間做有效的緊密堆積，離子之間作用力也將減小，從而使這種化合物的熔點(diǎn)下降，就有可能得到常溫下呈液態(tài)的離子化合物，這就是離子液體。 早在19世紀(jì)，科學(xué)家就在研究離子液體，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有引起人們的廣泛興趣。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)空軍學(xué)院的科學(xué)家威爾克斯開(kāi)始傾心研究離子液體，以嘗試為導(dǎo)彈和空間探測(cè)器開(kāi)發(fā)更好的電池，發(fā)現(xiàn)了一種可用做電池的液態(tài)電解質(zhì)。到了20世紀(jì)90年代末，興起了離子液體的理論和應(yīng)用研究的熱潮。 與典型的有機(jī)溶劑不一樣，在離子液體里沒(méi)有電中性的分子，100%是陰離子和陽(yáng)離子，在負(fù)100攝氏度至200攝氏度之間均呈液體狀態(tài)，具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，在很大程度上允許動(dòng)力學(xué)控制；對(duì)大多數(shù)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和高分子材料來(lái)說(shuō)，離子液體是一種優(yōu)良的溶劑；表現(xiàn)出酸性及超強(qiáng)酸性質(zhì)，使得它不僅可以作為溶劑使用，而且還可以作為某些反應(yīng)的催化劑使用，這些催化活性的溶劑避免了額外的可能有毒的催化劑或可能產(chǎn)生大量廢棄物的缺點(diǎn)；離子液體一般不會(huì)成為蒸汽，所以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)大氣造成污染的有害氣體；價(jià)格相對(duì)便宜，多數(shù)離子液體對(duì)水具有穩(wěn)定性，容易在水相中制備得到；離子液體還具有優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性,可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)獲得特殊功能的離子液體?？傊?，離子液體的無(wú)味、無(wú)惡臭、無(wú)污染、不易燃、易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品，它有效地避免了傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的使用所造成嚴(yán)重的環(huán)境、健康、安全以及設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，為名副其實(shí)的、環(huán)境友好的綠色溶劑。適合于當(dāng)前所倡導(dǎo)的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求,已經(jīng)越來(lái)越被人們廣泛認(rèn)可和接受。 離子液體已經(jīng)在諸如聚合反應(yīng)、選擇性烷基化和胺化反應(yīng)、?；磻?yīng)、酯化反應(yīng)、化學(xué)鍵的重排反應(yīng)、室溫和常壓下的催化加氫反應(yīng)、烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)、電化學(xué)合成、支鏈脂肪酸的制備等方面得到應(yīng)用，并顯示出反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)的選擇性高、催化體系可循環(huán)重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。此外，離子液體在溶劑萃取、物質(zhì)的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽(yáng)能電池、工業(yè)廢氣中二氧化碳的提取、地質(zhì)樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也顯示出潛在的應(yīng)用前景。 從理論上講離子液體可能有1萬(wàn)億種，化學(xué)家和生產(chǎn)企業(yè)可以從中選擇適合自己工作需要的離子液體。目前，對(duì)離子液體的合成與應(yīng)用研究主要集中在如何提高離子液體的穩(wěn)定性,降低離子液體的生產(chǎn)成本,解決離子液體中高沸點(diǎn)有機(jī)物的分離以及開(kāi)發(fā)既能用作催化反應(yīng)溶劑,又能用作催化劑的離子液體新體系等領(lǐng)域。隨著人們對(duì)離子液體認(rèn)識(shí)的不斷深入，相信離子液體綠色溶劑的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用指日可待，并給人類帶來(lái)一個(gè)面貌全新的綠色化學(xué)高科技產(chǎn)業(yè)。