Ciecze jonowe, czyli zielone związki

Podobne dokumenty
Wykład 3. Zielona chemia (część 2)

Zielone rozpuszczalniki ciecze jonowe

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

POLITECHNIKA POZNAŃSKA,

Kryteria oceniania z chemii kl VII

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

WYBRANE METODY MODYFIKACJI ASFALTÓW. Prof. dr hab. inż. Irena Gaweł emerytowany prof. Politechniki Wrocławskiej

I. Substancje i ich przemiany

Chemia - B udownictwo WS TiP

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we Wszechświecie, Stanowi główny składnik budujący gwiazdy,

WYMAGANIA EDUKACYJNE

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 26/11. JULIUSZ PERNAK, Poznań, PL BEATA CZARNECKA, Poznań, PL ANNA PERNAK, Poznań, PL

Wymagania programowe na poszczególne oceny. Chemia Kl.2. I. Kwasy

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

Wewnętrzna budowa materii

Wymagania programowe na poszczególne oceny. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń: Ocena dostateczna [1 + 2]

Wymagania programowe na poszczególne oceny CHEMII kl. II 2017/2018. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń:

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

Chemia I Semestr I (1 )

Propozycja planu wynikowego Chemia Nowej Ery - klasa 2 gimnazjum

Chemia Nowej Ery Wymagania programowe na poszczególne oceny dla klasy II

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Węglowodory poziom podstawowy

Wymagania edukacyjne na poszczególne roczne oceny klasyfikacyjne z przedmiotu chemia dla klasy 7 w r. szk. 2019/2020

Ćwiczenie 1. Ćwiczenie Temat: Podstawowe reakcje nieorganiczne. Obliczenia stechiometryczne.

Elektrolity polimerowe. 1. Modele transportu jonów 2. Rodzaje elektrolitów polimerowych 3. Zastosowania elektrolitów polimerowych

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z CHEMII 2013/2014

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. II Gimnazjum Rok szkolny 2015/2016 Wewnętrzna budowa materii

PROGRAM ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z CHEMII (SEMESTR LETNI) OCHRONA ŚRODOWISKA

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

ARKUSZ 1 POWTÓRZENIE DO EGZAMINU Z CHEMII

Świat chemii cz. 1, rok szkolny 2016/17 Opis założonych osiągnięć ucznia

Beata Mendak fakultety z chemii II tura PYTANIA Z KLASY PIERWSZEJ

Chemia - laboratorium

Wodorotlenki O O O O. I n. I. Wiadomości ogólne o wodorotlenkach.

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

CHEMIA. Treści nauczania- wymagania szczegółowe. Substancje i ich właściwości. Uczeń: Wewnętrzna budowa materii. Uczeń:

Układ okresowy pierwiastków chemicznych, budowa atomu. Na podstawie fragmentu układu okresowego pierwiastków odpowiedz na pytania:

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej w poszczególnych tematach podręcznika Chemia Nowej Ery dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Zagadnienia. Budowa atomu a. rozmieszczenie elektronów na orbitalach Z = 1-40; I

I. Substancje i ich przemiany

Widma UV charakterystyczne cechy ułatwiające określanie struktury pirydyny i pochodnych

Elektrochemia Wydział SiMR, kierunek IPEiH II rok I stopnia studiów, semestr IV. Treść wykładu

ĆWICZENIA LABORATORYJNE WYKRYWANIE WYBRANYCH ANIONÓW I KATIONÓW.

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

Zalety przewodników polimerowych

Egzamin gimnazjalny. Chemia. Także w wersji online TRENING PRZED EGZAMINEM. Sprawdź, czy zdasz!

PL B1. UNIWERSYTET IM. ADAMA MICKIEWICZA W POZNANIU, Poznań, PL BUP 24/17

CHEMIA KLASA I GIMNAZJUM

RECENZJA. pracy doktorskiej Pani mgr Eleny Lukoshko zatytułowanej:

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

I. KATALITYCZNE PROCESY CHEMICZNE...

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Wewnętrzna budowa materii - zadania

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

CHEMIA - wymagania edukacyjne

Zasady oceniania z chemii w klasie II w roku szkolnym 2015/2016. Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra

nazywa wybrane elementy szkła i sprzętu laboratoryjnego oraz określa ich przeznaczenie (4)

ENZYMY W CHEMII. Michał Rachwalski. Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii, Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej

Wymagania programowe: Gimnazjum chemia kl. II

Technologia Chemiczna II st. od roku akad. 2015/2016

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

Zn + S ZnS Utleniacz:... Reduktor:...

podstawowa/chemia/jak-zmienia-sie-podreczniki-dostosowane-do-nowej-podstawy-

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY. Katedra Technologii Chemicznej. Technologia Chemiczna laboratorium

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. I

Rozwiązania zadań II-go etapu V-go Konkursu Chemicznego dla Szkół Średnich

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

Sole. 2. Zaznacz reszty kwasowe w poniższych solach oraz wartościowości reszt kwasowych: CaBr 2 Na 2 SO 4

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Wymagania edukacyjne - chemia klasa VII

XIV Konkurs Chemiczny dla uczniów gimnazjum województwa świętokrzyskiego. II Etap - 18 stycznia 2016

Hydrofobowe, czwartorzędowe azotany (V) dimetyloamoniowe oraz sposób wytwarzania hydrofobowych, czwartorzędowych azotanów (V) dimetyloamoniowych

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

Projekty realizowane w ramach Programu Operacyjnego Rozwój j Polski Wschodniej

dobra (2+3+4) Substancje chemiczne i ich przemiany chemicznej. - sporządza mieszaniny -dobiera metodę rozdzielania mieszanin

Umiejętności ponadpodstawowe Ocena bardzo dobra. Substancje chemiczne i ich przemiany

Zadanie 2. [3 pkt.] Podaj wzory trzech związków o budowie jonowej, w których wszystkie kationy i aniony tworzące te związki mają po 18 elektronów.

Mechanizm działania buforów *

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

Wymagania na poszczególne oceny z chemii w klasie III VII. Węgiel i jego związki z wodorem

Umiejętności ponadpodstawowe Ocena bardzo dobra. Temat. Ocena celująca. Ocena dobra. Ocena dopuszczająca. Ocena dostateczna KWASY

Zadanie 1. (1 pkt). Informacja do zada 2. i 3. Zadanie 2. (1 pkt) { Zadania 2., 3. i 4 s dla poziomu rozszerzonego} zania zania Zadanie 3.

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z chemii dla klasy II gimnazjum oparte na programie nauczania Chemia Nowa Era

Transkrypt:

Streszczenie Ciecze jonowe, czyli zielone związki Ciecze jonowe mające wyjątkowe właściwości fizyko-chemiczne zostały zakwalifikowane do nowej generacji polarnych rozpuszczalników organicznych i katalizatorów. Związki te są nielotne, niepalne, a ich zielony charakter jest związany z nieznacznym ciśnieniem ich oparów. W przedstawionej pracy została omówiona budowa i charakterystyczne właściwości cieczy jonowych oraz ich zastosowanie. Ciecze jonowe to przyszłość nie tylko nauki, ale także przemysłu. Słowa kluczowe: ciecze jonowe, zielone związki chemiczne Wprowadzenie W ostatnich dwóch dekadach rozwija się chemia związków: cieczy jonowych. Ciecz jonowa to związek chemiczny, organiczny składający się z kationu i anionu. Sól ta charakteryzuje się temperaturą topnienia poniżej temperatury wrzenia wody. Związki te są często płynne w temperaturze pokojowej i mają charakter czysto jonowy. Właściwości termodynamiczne i kinetyki reakcji przeprowadzone na cieczach jonowych różnią się całkowicie od poznanych dotąd innych związków chemicznych (nawet soli). Cieczy jonowej, mimo, że zbudowana z kationu i anionu, nie da się przeprowadzić w stopioną sól. Stan skupienia (ciecz) nie jest wywołany obecnością rozpuszczalnika. Dodatkowo ciecze jonowe nie są lotne, nie wydzielają oparów oraz nie palą się. Dlatego też ciecze jonowe stały się atrakcyjnym tematem dla wielu naukowców wielu z nich zakwalifikowało je do związków tzw. zielonej chemii (nietoksycznej dla środowiska ani organizmów żywych). Budowa cieczy jonowych Pierwsza ciecz jonowa została otrzymana w 1914 roku przez Waldena w reakcji 1[ i ]: C 2 H 5 NH 2 + st. HNO 3 [C 2 H 5 NH 3 ] + [NO 3 ] (1) Ciecz jonowa zbudowana z kationu i anionu, które w reakcji ze sobą pozostają płynne. Kationy i aniony są dużymi cząsteczkami (Tab.1, Rys. 1, 2) tak, aby centra naładowane ładunkami oddziałowywały ze sobą lecz nie połączyły się bezpośrednio. Cząsteczki kationów mają często niski stopień symetrii (Rys.1). Taka struktura obniża temperaturę topnienia [ ii ]. Organiczne CF 3 COO, Sac (grupa sacharynianowa), salicylany, mleczany Nieorganiczne fluorki: BF 4 PF 6 SbF 6 chlorki: ZnCl 3 tlenki azotu: NO 3 NO 2 pochodne soli siarczanowych: (CF 3 SO 3 (CF 3 SO 2 ) 2 N (C 2 F 5 SO 2 )N (CF 3 SO 2 ) 3 C CH 3 SO 3 CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 1

Tab. 1 Aniony cieczy jonowych Rys. 1. Przykłady cząsteczek kationów tworzących ciecz jonową 2

Ciecze jonowe możemy podzielić na dwie główne kategorie, mianowicie: a. proste sole (zbudowane z anion i kation) np. [EtNH 3 ][NO 3 ] b. złożone ciecze jonowe np. mieszanina chlorku glinu(iii) i chlorku 1,3-dialkylimidazoliu (właściwości i temperatury topnienia zależne od stosunku molowego chlorków) Rys.2 Przykłady nazw cieczy jonowych Właściwości cieczy jonowych Ciecze jonowe są bardzo dobrymi rozpuszczalnikami [ iii, iv ], a ich właściwości mogą być dostosowywane do procesów w jakich będą wykorzystywane [ v ]. Właściwości, takie jak: temperatura topnienia [ vi, vii ] lepkość, gęstość i hydrofobowość, zależą od struktury jonów i przy niewielkich zmianach strukturalnych można manewrować właściwościami może być różna przez proste zmiany Siedziba: Laboratoria.net, 30-392 Kraków, Czerwone Maki 59/22, tel.: (12) 3641695, fax.: (12) 4124814 3

do struktury jonów. Kluczową cechą cieczy jonowych jest to, że większość z nich jest płynami w temperaturze poniżej 100 C. Należy pamiętać, ze przy zmianie struktury, któregoś z jonów zmienia się także ich mieszalność względem siebie. Zjawisko to można wykorzystać do rozdzielenia mieszaniny. Literatura dowodzi, że ciecze jonowe ukierunkowują przebieg niektórych reakcji np. w acylowaniu naftalenu, ciecz jonowa daje najwyższą znaną selektywność reakcji podstawienia dla 1 pozycji [ viii ], w przemianach kwasu stearynowego [ ix ], a także w izomeryzacji i dimeryzacji kwasu oleinowego i oleinianu metylu [ x ]. Obszernie badana była reakcja dimeryzacji i oligomeryzacji olefin w obecności cieczy jonowych jako katalizatorów [ xi, xii ]. Ciecze jonowe katalizują reakcje już w 90 C, podczas gdy konwencjonalne katalizowane reakcje wymagają dużo wyższych temperatur: 300 1000 C [ xiii ]. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne rozkładają się pod wpływem cieczy jonowych [ xiv ]. Obojętne ciecze jonowe były obszernie studiowane jako rozpuszczalniki w reakcji uwodornienia. Przewagą cieczy jonowych w tego rodzaju reakcjach jest to, że mogą one być łatwo wyizolowane z układu i ponownie użyte [ xv, xvi ]. Dowodem tego jest reakcja uwodornienia cykloheksenu [ xvii ] i całkowite uwodornienie pierścieni benzenowych [ xviii ]. W wyniku użycia cieczy jonowych wydajność reakcji wzrasta nawet do 99%. Zestawienie właściwości cieczy jonowych przedstawiono w tabeli (Tab.2) Właściwości biologiczne Wykazują właściwości antyelektrostatyczne Wykazują aktywność wobec bakterii i grzybów Utrwalają tkanki miękkie (zamiennik formaliny) Balsamują tkanki Konserwują drewno i papier Modyfikują powierzchnię krzemionki Właściwości fizyczno-chemiczne Ciekłe w temp. umiarkowanych (< 100 o C) Rozpuszczają związki nieorganiczne i organiczne Stabilne termicznie wysoka temp. wrzenia Niska prężność par w temp. pok. (są niepalne) Mogą być hydrofobowe jak i hydrofilowe Rozpuszczają i zachowują aktywność katalityczną (kompleksy metali przejściowych) Zachowują aktywność enzymów i rozpuszczają je Zwilżają powierzchnię metali, polimerów i minerałów Wykazują działanie katalityczne [Al x Cl 3x+1 ] Ekstrahują związki siarki z oleju napędowego Wykazują działanie smarujące Rozpuszczają celulozę i jej pochodne Przewodzą prąd i charakteryzują się dużym oknem elektrochemicznym Tab. 2 Właściwości cieczy jonowych 4

Ciecze jonowe można otrzymywać w reakcjach: Menschutkina oraz wymiany anionu (Rys. 3). Rys. 3 Typy reakcji syntezy cieczy jonowych poprzez wymianę anionu Zastosowanie cieczy jonowych W 1980 r. było zaledwiee kilka patentów dotyczących zastosowania cieczy jonowych. W 2000 r. było blisko 100 zastosowań, a do 2004 r. już ponad 800. Pierwsze pomysły stosowania cieczy jonowych to użycie ich w charakterze niezanieczyszczających środowiska, zielonych rozpuszczalników, które mogłyby zastąpić lotne rozpuszczalniki organiczne. Innym z wykorzystanie właściwości elektrochemicznychh cieczy jonowych i zastosowaniem ich jako elektrolitów w bateriach. Zyski z przemysłu chemicznego z cieczy jonowych wzrosły dopiero w 1999 r.. Chemik Peter Waserscheid w współpracy firmą paliwową zbadał wpływ cieczy jonowych na polimeryzacji. Obecnie ciecze jonowe wykorzystuje się przy produkcji wysokowydajnych smarów, płynów do kompresorów, a także w badaniach dyspersji nanocząsteczek w różnych rodzajach matryc. Większość firm wykorzystuje ciecze jonowe w syntezie organicznej lub ekologicznej regeneracji i prztwarzania celulozy. Właściwości solwatacyjne cieczy jonowych także odgrywają znaczącą rolę dla w przemyśle chemicznym dotyczącym biokatalizy. Firmy wykorzystujące ciecze jonowe działają w różnych dziedzinach: biologii i biotechnologii, ekstrakcji produktów pochodzenia naturalnego, a także Siedziba: Laboratoria.net, 30-392 Kraków, Czerwone Maki 59/22, tel.: (12) 3641695, fax.: (12) 4124814 5

oczyszczaniu reaktorów i dekontaminacji. Ciecze jonowe poprawiają dyspergowalność składników w farbach i tuszach. Innymi ciekawymi zastosowaniami są smary. Obecnie naukowcy tworzą co raz to nowsze ciecze jonowe, które nie są dostępne dla przedsiębiorców i firm. Jednym z czynników pomagających w procesie rejestracji nowego produktu jest to, że toksyczność i ekotoksyczność cieczy jonowej w głównej mierze zależy od kationu. W dziedzinie tak młodej jak ciecze jonowe, ważne jest, że pozwala ona na stworzenie takiej cieczy jonowej, która będzie miała pożądane właściwości. Pozwoli to na zastosowanie cieczy jonowych na większą skalę. Podsumowanie Ciecze jonowe są najlepszymi dotąd poznanymi rozpuszczalnikami. Wpływają na przebieg reakcji: katalizując ją i zwiększając jej wydajność, a co najważniejsze można je wyizolować po przebiegu reakcji. Dzięki temu ciecz jonowa może być zawracana do obiegu, co redukuje koszty ponownego przeprowadzenia danego procesu. Reakcje przeprowadzane w obecności cieczy jonowych nie są trudne do przeprowadzanie oraz nie wymagają żadnego specjalnego aparatu. Reakcje te są często szybsze i łatwiejsze do wykonania niż w konwencjonalnych rozpuszczalnikach organicznych. Jednak istnieją doniesienia, ze ciecze jonowe są potencjalnym zagrożeniem dla środowiska wodnego [ xix ]. 6

Autor: Karolina Wójciuk Literatura [ i ]Walden P. Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg) 1800 (1914) [ ii ] K. R. Seddon. In Molten Salt Forum: Proceedings of 5th International Conference on Molten Salt Chemistry and Technology, Vol. 5 6, H. Wendt (Ed.), pp. 53 62 (1998) [ iii ]M. J. Earle, P. B. McCormac, K. R. Seddon. Green Chem. 1, 23 25 (1999). [ iv ] T. Fisher, A. Sethi, T. Welton, J. Woolf. Tetrahedron Lett. 40, 793 795 (1999) [ v ]M. Freemantle. Chem. Eng. News 76, (30th March) 32 37 (1998) [ vi ] C. M. Gordon, J. D. Holbrey, A. R. Kennedy, K. R. Seddon. J. Mater. Chem. 8, 2627 2636 (1998) [ vii ]J. D. Holbrey and K. R. Seddon. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2133 2139 (1999) [ viii ] C. J. Adams, M. J. Earle, G. Roberts, K. R. Seddon. Chem. Commun. 2097 2098 (1998) [ ix ]C. J. Adams, M. J. Earle, J. Hamill, C. M. Lok, G. Roberts, K. R. Seddon. World Patent WO 98 07680, (1998) [ x ]C. J. Adams, M. J. Earle, J. Hamill, C. M. Lok, G. Roberts, K. R. Seddon. World Patent WO 98 07679 (1998) [ xi ]B. Ellis, W. Keim, P. Wasserscheid. Chem. Commun. 337 338 (1999). [ xii ] Y. Chauvin, H. Olivier, C. N. Wyrvalski, L. C. Simon, R. F. de Souza. J. Catal. 275 278 (1997) [ xiii ] R. W. J. Westerhout, J. Waanders, J. A. M. Kuipers, W. P. van Swaaij. Ind. Eng. Chem. Res. 37, 2293 2300 (1998) [ xiv ]P. Tarakeshwar, J. Y. Lee, K. S. Kim. J. Phys. Chem. A 102, 2253 2255 (1998). [ xv ] T. Welton. Chem. Rev. 99, 2071 2083 (1999) [ xvi ] C. W. Lee. Tetrahedron Lett. 40, 2461 2462 (1999) [ xvii ] P. A. Z. Suarez, J. E. L. Dullius, S. Einloft, R. F. de Souza, J. Dupont. Inorg. Chim. Acta. 225, 207 209 (1997) [ xviii ]P. J. Dyson, D. J. Ellis, D. G. Parker, T. Welton. Chem. Commun. 25 26 (1999) [ xix ]Chemistry in Britain 39(3) 2003 7