Wpływ rodzaju i stężenia soli nieorganicznych na mieszalność [bmim][BF 4 ]. Uniwersytet Warszawski Wydział Chemii Praca wykonana w Pracowni Radiochemii.

Prezentacja na temat: "Wpływ rodzaju i stężenia soli nieorganicznych na mieszalność [bmim][BF 4 ]. Uniwersytet Warszawski Wydział Chemii Praca wykonana w Pracowni Radiochemii."— Zapis prezentacji:

1 Wpływ rodzaju i stężenia soli nieorganicznych na mieszalność [bmim][BF 4 ]. Uniwersytet Warszawski Wydział Chemii Praca wykonana w Pracowni Radiochemii autor pracy: Ewa Szlążek kierownik pracy: prof. dr hab. Jerzy Szydłowski opiekun pracy: dr Anna Makowska Cel pracy Analiza oddziaływań soli nieorganicznych i wpływu ich stężenia na mieszalność cieczy jonowej [bmim][BF 4 ] z wodą. Podstawy teoretyczne Ciecze jonowe są to sole organiczne, ciekłe w niskich temperaturach tzn. <100 C, składające się wyłącznie z jonów.Ciecze jonowe zwykle składają się z dużego i niesymetrycznego kationu np. oraz jednego z szerokiego zakresu anionów nieorganicznych lub organicznych BF 4 PF 6 SbF 6 ZnCl 3 NO 3 NO 2 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, CF 3 COO, Ace, Sac, salicylany, mleczany itd. Szczególnie popularne i badane są ciecze jonowe z anionami, o dużej liczbie atomów fluoru oraz z rozbudowanymi anionami organicznymi. Trochę historii 1914 rok synteza pierwszej cieczy jonowej azotanu trietyloaminowego przez P. Waldena C 2 H 5 NH 2 + st. HNO 3 [C 2 H 5 NH 3 ] + [NO 3 ] - 1992 rok odkrycie pierwszych stabilnych w obecności wilgoci i powietrza cieczy jonowych - aktywność badawcza w dziedzinie cieczy jonowych wzrasta. 1999 rok pojawienie się na rynku pierwszych dostępnych cieczy jonowych. 1994-2004 ukazuje się ponad 2100 prac o tematyce cieczy jonowych. 2005 rok Y.U. Paulechka ze współpracownikami poddaje w wątpliwość tezę o nielotności cieczy jonowych. W większości przypadków ciecze jonowe charakteryzują się: dużą stabilnością termiczną (nawet do 600K) szerokim zakresem stabilności elektrochemicznej przewodzą prąd rozpuszczają różnorodne substancje nie mieszają się z wieloma organicznymi rozpuszczalnikami wykazują działanie smarujące rozpuszczają celulozę i jej pochodne mają małą prężność par są nie palne Zastosowanie technologia i preparatyka organiczna (wykorzystywane jako medium w wielu syntezach np. uwodornienia, reakcji Friedla- Craftsa, reakcji Dielsa- Aldera, polimeryzacji, alkilowania, allilowania i innych). techniki rozdziału (ekstrakcja, destylacja ekstrakcyjna, rozdział w kolumnie chromatograficznej) biotechnologia (wykazują aktywność wobec grzybów i bakterii) reakcje enzymatyczne (stabilizatory, promotory i rozpuszczalniki) utrwalają tkanki miękkie balsamują tkanki konserwują drewno i papier modyfikują powierzchnię krzemionki Część doświadczalna Badaną cieczą jonową jest: [bmim][BF 4 ] inaczej tetrafluoroboran 1-butylo-3-metyloimidazoliowy o wzorze strukturalnym: Zaś badanymi solami były: NaCl, LiCl, KCl, NH 4 Cl, Na 3 PO 4, NaSCN, NaBr, NaI, Na 2 SO 4, CaCl 2, BaCl 2, SrCl 2 Jeżeli zjawisko ograniczonej mieszalności zachodzi w pewnym przedziale temperatur, wówczas spotykamy się z: dolną temperaturą krytyczną mieszania dolną temperaturą krytyczną mieszania, poniżej której mamy do czynienia z nieograniczoną mieszalnością, a powyżej z ograniczeniem mieszalności górną temperaturę krytyczną mieszania górną temperaturę krytyczną mieszania, powyżej której mamy do czynienia z nieograniczoną mieszalnością, a poniżej z jej ograniczeniem. Na poniższym rysunku ukazane są podstawowe typy diagramów równowag fazowych ciecz- ciecz. Rysunek 1.Typy diagramów fazowych. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ] z wodą przedstawia poniższy rysunek: Rysunek 2.Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ] z wodą. W przypadku soli Na 3 PO 4 następuje zmiana temperatury przejścia fazowego w czasie, co uniemożliwia zbadanie zależności stężeniowej. Zjawisko to można tłumaczyć depozycją poliosforanów w roztworze.Porównując wyniki otrzymane dla NaCl i LiCl w zakresie niskich stężeń (do około 6%) obserwuje się dużo większy wzrost temperatury przejścia fazowego dla układu z dodatkiem LiCl niż NaCl. Natomiast w zakresie stężeń wyższych obserwujemy odwrotną zależność. Jeśli weźmie się pod uwagę wszystkie zbadane sole to widać, że najsłabiej na mieszalność tego układu wpływa NH 4 Cl. Kolejnym etapem mojej pracy badawczej będzie dokładniejsze zbadanie wpływu pozostałych soli w zakresie niskich stężeń. Właściwości cieczy jonowych Bardzo ciekawą i niezwykle przydatną własnością cieczy jonowych jest możliwość przewidywania ich właściwości fizycznych i chemicznych, które zmieniają się w zależności od budowy kationu oraz anionu. Innymi słowy możemy tak dobrać jony, aby uzyskać ciecz jonową o pożądanych właściwościach. W związku z tym ciecze jonowe określa się mianem rozpuszczalników projektowalnych (designer solvents). W temperaturze pokojowej [bmim][BF 4 ] miesza się z wodą w każdym stosunku.Natomiast w temperaturze 4 C układ ten wykazuje ograniczoną mieszalność. Mieszalność jest to zjawisko dotyczące cieczy posiadających zbliżone właściwości. Rozróżniamy dwa przypadki mieszalności: nieograniczona mieszalność nieograniczona mieszalność- mieszanie w dowolnych proporcjach cieczy A i B prowadzące do powstania jednej fazy ciekłej ograniczona (częściowa) mieszalność ograniczona (częściowa) mieszalność- zmieszanie dwóch czystych cieczy A i B wtedy powstaje roztwór B w A oraz roztwór A w B oddzielone powierzchnią fazową. Widać, że układ [bmim][BF 4 ] z wodą charakteryzuje się górną temperaturą krytyczną mieszalności, powyżej której znajduje się obszar nieograniczonej mieszalności. Nawet niewielki dodatek soli wpływa i to znacząco na temperaturę krytyczną mieszalności. Zbadane przeze mnie sole: NaCl, LiCl, NH 4 Cl, CaCl 2, Na 3 PO 4 powodują pogorszenie mieszalności badanego układu. Zależność stężeniowa temperatury przejścia fazowego układu [bmim][BF 4 ]/ woda jest prostoliniowa, gdy dodajemy do układu NaCl, CaCl 2 lub NH 4 Cl zaś dodatek LiCl daje zależność nieprostoliniową. Rysunek 3. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z NaCl. Rysunek 4. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z LiCl. Rysunek 5. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z NH 4 Cl. Rysunek 6. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z Na 3 PO 4. Rysunek 7. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z CaCl 2. Rysunek 8. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z NaCl,LiCl,NH 4 Cl, CaCl 2.. Rysunek 9. Diagram fazowy mieszalności [bmim][BF 4 ]- woda z NaCl,LiCl,NH 4 Cl, CaCl 2..