„Zelená“ rozpouštědla
V posledních letech se stále více odborníků začíná zabývat zelenou chemií. Dalo by se říci, že je to řada principů, které omezují či zakazují používání, či vypouštění látek, které škodí životnímu prostředí. Jedním ze směrů vývoje tohoto odvětví je i hledání nových rozpouštědel, která by nahradila organická rozpouštědla. Mezi taková rozpouštědla patří iontové kapaliny, těmi se budeme v následujících pár řádcích věnovat.
Iontové kapaliny mají celkem krátkou historii. Jedná se o látky, které mají bod tání nižší než 100°C a skládají se z anorganického či organického aniontu a organického kationtu. První opravdu iontová kapalina (ethylamonium nitrát) byla objevena Waldenem a publikována v roce 1914. V průběhu vývoje byly detailně zkoumány nejdříve rozpouštěcí, katalytické a elektrochemické vlastnosti různých tetrachloraluminátů. Tyto látky byly označeny jako iontové kapaliny prvkyty, ktení ré se označují jako iontové kapaliny II. generacestoricky připravena rganická rozpouštědla. Mezi taková rozpouštědlagenerace. Ty však byly citlivé na vzduchu a rozpadaly se. Proto se hledaly stabilnější látky, které by nepodléhaly hydrolýze a oxidaci. Tyto vlastnosti splňují látky s nekoordinujícími anionty, které se označují jako iontové kapaliny druhé generace. Bylo zjištěno, že když se na skelet iontové kyseliny naváže vhodná funkční skupina (nitro, karboxylová, amino atd..), tak tyto látky mohou sloužit nejenom jako rozpouštědla, ale zároveň jsou schopny katalyzovat. Chovají se tedy jako rozpouštědlo i katalyzátor. Tyto látky jsou označovány jako iontové kapaliny třetí generace. Proč se ale zabýváme těmito látkami?
Tyto materiály mají zajímavé fyzikální a chemické vlastnosti, které lze lehko ovlivnit délkou a rozvětveností řetězce. Některé byly již naznačeny v předchozím odstavci. Jedná se především o látky, které jsou teplotně stálé (kapalné) v širokém rozmezí teplot -96°C do 200°C. Mají minimální nebo nulovou tenzi páry, což znamená, že se nevypařují. Toto je značná výhoda oproti organickým, těkavým rozpouštědlům, které nejsou tepelně stálé a v některých aplikacích je právě iontové kapaliny nahrazují. Chovají se jako výborná rozpouštědla, která navíc jsou netoxická nebo velice málo a nehořlavá. Díky těmto vlastnostem si vysloužila své označení jako zelená rozpouštědla.
Příklady možných kationtů
zdroj:Hanusek, J. Iontové kapaliny-Nový směr v "zelené"chemii. Chemické Listy. 2005, č. 99, s. 265. ISSN 0009-2770
Příklady možných aniontů
zdroj:Hanusek, J. Iontové kapaliny-Nový směr v "zelené"chemii. Chemické Listy. 2005, č. 99, s. 265. ISSN 0009-2770
Iontové kapaliny jsou již komerčně dostupné, ale dají se i jednoduše připravit. Pro přípravu se dají použít 3 různé postupy. Společným krokem je kvarternizace nukleofilního atomu (iont, který nabízí elektronový pár). Nejčastějším atomem je dusík, ale může to být i fosfor, síra a další. Pokud je aniont obsažený v iontové kapalině zároveň dobře odstupující skupinou, tak se vytváří iontová kapalina v jednom kroku. Druhá metoda se využívá pro přípravu iontových kapalin s anorganickým nekoordinovaným aniontem. V tomto případě se využívá dvou krokové syntézy, kde v prvním kroku se provede kvarternizace alkylhalogenidem a v druhém kroku dochází k nahrazení halogenidového iontu. Ve třetí metodě se využívá k nahrazení aniontu iontoměnič.
Již dnes jsou aplikace, ve kterých se iontové kapaliny používají. Například jako náplň lithiových baterií. Nebo jako vynikající rozpouštědla, která jsou schopna rozpouštět oxidy kovů, ale i uranovou rudu, a proto se používají k louhování hornin. Reakce v iontových kyselinách probíhají rychleji a dokonce některé reakce probíhají pouze v iontových kapalinách. Iontové kapaliny se také používají jako dobrá extrakční činidla, či jako prostředí pro uchovávání nestabilních látek jako PH3, či AsH3.
Iontové kapaliny je dnes intenzivně studovanou oblastí chemie. Jak bylo vidět, tak již dnes má mnoho použití a do budoucna jich bude stále přibývat.
Autor: Jaroslav Kocík, KocikJ@seznam.cz
