مایعات یونی

مایعات یونی گروه جدیدی از ترکیبات هستند که به طور کامل از یون‌ها تشکیل شده‌اند و موادی مانند نمک بوده که در دمای کم مایع هستند. برخی از آن‌ها حتی نقاط ذوب زیر صفر درجه سانتی‌گراد دارند. این مواد جدید از نظر دمای ذوب تا دمای تجزیه این ترکیبات، در طیف وسیعی از دماها (300-400 درجه سانتی‌گراد) مایع هستند.

انتخاب کاتیون تأثیر زیادی در ویژگی‌های مایع یونی دارد و اغلب پایداری آن را تعیین می‌ کند. به طور کلی ویژگی‌‌های شیمیایی و عملکردی مایع یونی با انتخاب آنیون کنترل می‌شود. ترکیبی از طیف وسیعی از کاتیون‌‌ها و آنیون‌‌ها به صورت احتمالی منجر به تشکیل تعداد 1018 مایع یونی می‌ شود.

افزایش توجه نسبت به مایعات یونی

امروزه حدود 1000 مورد از این ترکیبات در گزارشات شرح داده شده است و تقریباً 300 مورد تجاری در دسترس است. ساختارهای معمولی کاتیون‌های آلی را با آنیون‌های غیر آلی یا آلی ترکیب می‌کنند. استفاده وسیع از حلال‌‌های سمی و فرار در صنایع شیمیایی باعث ایجاد آسیب‌های جدی به محیط زیست می‌‌شود به همین دلیل معرفی جایگزین‌‌های مناسب برای آن‌ها، که از نظر زیست محیطی سالم باشد و از طرفی ویژگی‌ های حلال‌ های رایج را داشته باشند، در صنایع دارویی و شیمیایی احساس می‌شود.

از جمله این حلال‌های جدید، می‌توان به مایعات یونی اشاره کرد. مایعات یونی ترکیباتی آلی هستند که به طور کامل از یون‌‌ها تشکیل شده‌اند. مایعات یونی که معمولاً به عنوان حلال و یا کاتالیست سبز هم شناخته می‌شوند، در دمای کمتر از صد درجه سانتی‌گراد مایع هستند و مهم‌ ترین ویژگی آن‌ها این است که فشار بخار بسیار پایینی دارند. به همین دلیل غیر فرار بوده و خللی در محیط زیست ایجاد نمی‌کنند. از این رو مطالعه بر روی این گروه جدید از مایعات به منظور استفاده در صنایع مختلف بسیار مورد توجه می‌باشد.

در گراف زیر میزان رشد توجه پژوهشگران به این ترکیبات نشان داده شده است:

ﻣﻬﻢ‌ﺗﺮﻳﻦ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺍﻳﻔﺎﻱ ﻧﻘﺶ به عنوان یک ﺣﻼﻝ ﺳﺒﺰ ﺑﻪ ﺟﺎﻱ ﺣﻼﻝ‌ﻫﺎﻱ ﻓﺮﺍﺭ می‌باشد. ﺍﺧﻴﺮﺍً ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺑﺮ ﺭﻭﻱ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩ ﻭ ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺩﺭ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻋﻠﻲ‌ﺍﻟﺨﺼﻮﺹ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻣﻮﺭﺩ ﺗﻮﺟﻪ ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﺪ.

ﻣﺰایای ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ

• ﺑﻪ ﺷﺪﺕ ﻗﻄﺒﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ.
• ﻓﺸﺎﺭ ﺑﺨﺎﺭ خیلی کمی ﺩﺍﺭﻧﺪ ﻭ ﻏﻴﺮ ﻓﺮﺍﺭ ﻫﺴﺘﻨﺪ.
• ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺣﺮﺍﺭت ﭘﺎﻳﺪﺍﺭ ﻭ ﻣﻘﺎﻭﻡ ﻫﺴﺘﻨﺪ. 
• ﻫﺪﺍﻳﺖ ﺍﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺍﻳﻦ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎﺕ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺑﺎﻻ ﺍﺳﺖ.
• ﺍﻳﻦ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎﺕ ﺑﺎ ﺑﺴﻴﺎﺭﻱ ﺍﺯ ﺣﻼﻝ‌ﻫﺎﻱ ﻣﻌﻤﻮﻝ ﺁﻟﻲ ﻏﻴﺮ ﻗﺎﺑﻞ ﺍﻣﺘﺰﺍﺝ ﻫﺴﺘﻨﺪ.

ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ

ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻲ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﻣﺘﺸﻜﻞ ﺍﺯ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥﻫﺎ ﻭ ﺁﻧﻴﻮﻥ‌ﻫﺎﻱ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺍﺳﺖ. ﻣﻌﻤﻮﻻً ﻧﻘﺶ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥ ﺭﺍ ﻳﻚ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺁﻟﻲ با حجم بالا ﺑﺎﺯﻱ ﻣﻲ‌ﻛﻨﺪ ﺍﻣﺎ ﺁﻧﻴﻮﻥ‌ﻫﺎ ﺍﺯ ﻟﺤﺎﻅ ﺣﺠﻢ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻛﻮﭼﻚ‌ﺗﺮ ﺍﺯ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥﻫﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻭ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﺁﻥ‌ﻫﺎ ﻣﻌﺪﻧﻲ ﺍﺳﺖ. ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﺗﻔﺎﻭﺕ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﺑﻴﻦ ﺁﻧﻴﻮﻥ‌ﻫﺎ ﻭ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥ، ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻴﺎﻥ ﺩﻭ ﺟﺰء ﺗﺸﻜﻴﻞ‌ﺩﻫﻨﺪﻩ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺿﻌﻴﻒ ﺍﺳﺖ. ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻣﺎﻳﻊ ﻳﻮﻧﻲ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻧﻤﻚ ﻃﻌﺎﻡ ﺍﺳﺖ ﻭﻟﻲ ﻧﻤﻚ ﻃﻌﺎﻡ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻗﻮﻱ ﺑﻴﻦ ﻛﺎﺗﻴﻮﻥ ﻭ ﺁﻧﻴﻮﻥ ﺁﻥ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﺑﻠﻮﺭﻳﻦ ﻣﺴﺘﺤﻜﻢ ﺩﺍﺭﺩ ﻭ ﺩﺭ ﺩﻣﺎﻱ 800 درجه سانتی‌ﮔﺮﺍﺩ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﻣﺬﺍﺏ ﺩﺭ ﻣﻲﺁﻳﺪ.

ﺑﻪ ﺁﻥ ﺩﺳﺘﻪ مواد ﻛﻪ ﺩﺭ ﺩﻣﺎی ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺍﺯ 100 ﺩﺭﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﻲ‌ﮔﺮﺍﺩ ﻣﺎﻳﻊ ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻣﺬﺍﺏ ﻭ ﺩﺳﺘﻪ‌ﺍﻱ ﻛﻪ ﺩﺭ ﭘﺎﻳﻴﻦ‌ﺗﺮ ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﺩﻣﺎ ﺣﺎﻟﺖ ﻣﺎﻳﻊ ﺩﺍﺭﻧﺪ، ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﮔﻮﻳﻨﺪ.

ﺍﻧﻮﺍﻉ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ

• ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺩﺭ ﺩﻣﺎﻱ ﺍﺗﺎﻕ RTILs
• ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﻛﺎﻳﺮﺍﻝ Chiral
• ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺁﺏﮔﺮﻳﺰ
• و…

 کاربرد مایعات یونی

• به عنوان مواد روان‌ کننده و افزودنی (مانند افزودنی سوخت)
• به عنوان مواد الکتروالاستیک (عضلات مصنوعی-رباتیک)
• ﻭﺍﻛﻨﺶ‌ ﻫﺎﻱ ﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺘﻲ

ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﻳﻚ ﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖ ﺩﻭ ﻓﺎﺯﻱ ﻳﺎ ﺑﺴﺘﺮﻱ ﺑﺮﺍﻱ ﺛﺎﺑﺖ‌ﻛﺮﺩﻥ ﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖ‌ﻫﺎﻱ ﺩﻳﮕﺮ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ می‌ﺷﻮﻧﺪ.

• ﭘﺎﻳﺪﺍﺭﻱ ﻧﺎﻧﻮ ﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖﻫﺎ ﺩﺭ ﻣﺤﻴﻂ ﻣﺎﻳﻊ ﻳﻮﻧﻲ

ﻧﺎﻧﻮﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖ‌ﻫﺎﻱ ﻓﻠﺰﻱ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﻃﻼ، ﭘﻼﺗﻴﻦ، ﭘﺎﻻﺩﻳﻢ، ﺭﻭﺩﻳﻢ ﻭ ﺭﻭﺗﻨﻴﻢ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩ وسیعی ﺩﺭ ﻭﺍﻛﻨﺶ‌ﻫﺎﻱ ﺁﻟﻲ ﺩﺍﺭﻧﺪ. ﻣﺸﻜﻞ ﻧﺎﻧﻮﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖ‌ها ﺍﻳﻦ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺩﺭ ﻣﺤﻴﻂ‌ﻫﺎﻱ ﻭﺍﻛﻨﺶ ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲ‌ﺷﻮﻧﺪ ﻭ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﻛﻠﻮﺧﻪ ﺩﺭ ﻣﻲ‌ﺁﻳﻨﺪ ﻭ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺁﻥ‌ﻫﺎ ﺑﻪ ﺷﺪﺕ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲﻳﺎﺑﺪ. ﺑﺮﺍﻱ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺭﺩ، ﺍﻧﻮﺍﻉ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﻲ‌ﺷﻮﺩ.

• حلال:

ﺍﺯ ﻣﻬﻢ‌ﺗﺮﻳﻦ ﻣﺰﺍﻳﺎﻱ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺍﺯﺩﻳﺎﺩ ﺳﺮﻋﺖ ﻭﺍﻛﻨﺶ‌ﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺣﻼﻝ‌ﻫﺎﻱ ﺩﻳﮕﺮ ﺍﺳﺖ.

• الکتروشیمی:

الکترولیت‌ها (سنسورها، باتری‌ها، پوشش‌دهنده‌ها، ابر خودروها و…)

به عنوان مثال ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻲ‌ﺭﺳﺪ ﻛﻪ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻟﻴﺖ‌ﻫﺎﻱ ﺧﻮﺑﻲ ﺑﺮﺍﻱ ﺑﺎﺗﺮﻱ‌ﻫﺎﻱ ﻗﺎﺑﻞ ﺷﺎﺭژ ﻳﻮﻥ ﻟﻴﺘﻴﻮﻡ ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﻨﺪ.

• ﺍﺳﺘﺨﺮﺍﺝ ﻣﺎﻳﻊ-ﻣﺎﻳﻊ:

ﻳﻜﻲ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ‌ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﺮﺍﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﻲ‌ﺷﻮﺩ، ﺍﺳﺘﺨﺮﺍﺝ ﻣﺎﻳﻊ-ﻣﺎﻳﻊ ﺍﺳﺖ. ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮﻧﻲ ﺍﻳﻦ توانایی ﺭﺍ ﺩﺍﺭﻧﺪ ﻛﻪ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﺣﻼﻝ‌ﻫﺎﻱ ﺍﺳﺘﺨﺮﺍﺝ ﺑﺮﺍﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﻣﺨﻠﻮﻁ‌ﻫﺎﻱ ﺁﺯﻭﺗﺮﻭﭘﻲ ﻣﺎﻧﻨﺪ:

• ﺍﺗﺎﻧﻮﻝ+ ﺁﺏ
• ﺗﺘﺮﺍﻫﻴﺪﺭﻭﻓﻮﺭﺍﻥ + ﺁﺏ
• ﻣﺨﻠﻮﻁ ﺍﻟﻜﻞ+ ﺁﻟﻜﺎﻥ
• ﺍﻟﻜﻞ+ ﺍﺗﻴﻞ ﺍﺳﺘﺎﺕ

استفاده شوند.

• ﮔﻮﮔﺮﺩﺯﺩﺍﻳﻲ ﺍﺯ ﺳﻮﺧﺖ‌ﻫﺎ:

ﺍﺯ ﺟﻤﻠﻪ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎی ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮنی ﻣﻲ‌ﺗﻮﺍﻥ ﺑﻪ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﻭ ﺣﺬﻑ ﮔﻮﮔﺮﺩ ﺍﺯ ﺳﻮﺧﺖ‌ﻫﺎ ﺍﺷﺎﺭﻩ ﻛﺮﺩ.

• ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ:

ﻣﺎﻳﻌﺎﺕ ﻳﻮنی میﺗﻮﺍﻧﻨﺪ ﺑﻪ ﻃﻮﺭ انتخابی ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﻮﺩ ﺣﻞ ﻛﻨﻨﺪ ﻭ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺿﻮﻉ ﺁﻥ‌ﻫﺎ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺣﻼﻟﻲ مناسب ﺑﺮﺍﻱ تفکیک ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻛﺮﺩﻩ ﺍﺳﺖ.