נוזלי איטוני הופיעו כמעמד ייחודי של פותרים שמאתגרים מושגים קונבנציונליים של התנהגות נוזלית. Composed לחלוטין של מושגים - באופן חד-משמעי של עקרונות אורגניים עם anion אורגני או אורגני - מלחים אלה נפוחים נשארים נוזליים או ליד טמפרטורת פני חדר.

טבע יסוד של נוזל איטוני

בניגוד לפתקים מולקולריים, נוזלי ionic הם נוזל קואלומבי שבו אינטראקציות אלקטרוסטטי לטווח ארוך שולטות.המיקום הוא לעתים קרובות מין אורגני גדול, אסימטרי כגון 1-butyl-3-methylimidazolium, בעוד שה anion יכול לנוע בין תופעות לוואי פשוטות לחולציה מורכבת כמו hexafluoropupupupus. מגוון זה מאפשר מעל מיליון שילובים פוטנציאלי ionic, נותן כמעט קיבולת כמעט בלתי מוגבלת של חומר ניקוי.

הלחץ הניטרלי של נוזלי איטוני נובע מהאופי הטוני שלהם - הערכה תדרוש הפרדה בין המינים המואשמים בעקביות לתוך שלב הגז, תהליך עם חסמים אנרגטיים גבוהים. הנכס הזה מקטין את פליטות סביבתיות ומשפר את הבטיחות בפעילות עתירה גבוהה, אך הוא גם מציג אתגרים עבור טיהור ושיקום.מודלים דינמיים כי עבור אינטראקציות איטוניות ומימן הם אופטימיזציה קריטית עבור מערכות ניקוי או קידוקטיביות קריטיות.

תכונות של Ionic Liquids

אנת'לפי ו- Entropy במערכות נוזליות איטוניות

שינויים אנתפיריים בתהליכים מעורבים נוזלי ionic - כגון ערבוב עם דיאגרמות של שלב מולקולרי, נזלת או תגובה - לגרור את החלפת החום נטו המונעת על ידי הצמד, מגע מימן וכוחות פיזור. לדוגמה, פירוק של עומס קוטב לעתים קרובות משחרר חום (exmic), בעוד ששבר אשכולות Ionics עלול לספוג חום.

בשילוב, enthalpy ו entropy לקבוע את השינוי אנרגיה חינם גיבס, אשר מכתיב תהליך spontaneity. עבור תגובה המבוצעת במדיום נוזלי ionic, האנרגיה החינמית של המדינה המחוספסת לעתים קרובות שונה באופן משמעותי מזה בפתרונות קונבנציונליים, המאפשרת מסלולי קטליטיים חדשים ושיפורים ניסיוניים.

גיבס אנרגיה חופשית ושלב Equilibria

הסימן והגודל של שינוי האנרגיה החופשי של גיבס שולטים במעברי שלב ועמדות איזון.במיצוי נוזלי-שקידי, למשל, ההתפלגות של יעד solute בין שלב נוזלי ionic ושלב מוזר נשלט על ידי ההבדל בפוטנציאל הכימי, הקשור ישירות למתחים חלקיים של אנרגיה חופשית.

Vapor-liquid ו מוצק-liquid שוויוניות במערכות נוזליות ionic הם גם קריטיים.לחץ ה- vapor הנישל והחזק הוא כי התנהגות הזיקוק נקבעת במידה רבה על ידי הרכיב הניטרלי. Accurate thermoדינמית מודלים, כגון NRTL או UNIQUAC מותאם לאלקטרוליטים, יכול לחזות אפקטיביות פעילות יקרה ורמות, תהליך סיוע הדורש סימולציה אמינה של תאים, או רזולוציה גבוהה.

יכולת חום ותפקודי

יכולת חום מתארת את האנרגיה הנדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של נוזל ionic והוא מרכזי לתכנון ומערכת קירור sizing. Ionic נוזלי לעתים קרובות להציג יכולות חום של 1.5-2.5 J / gK, דומה ל פותרים אורגניים רבים אבל עם עצמאות טמפרטורה גדולה יותר בשל אינטראקציות חזק ion-ion-ion.ההתנהגות תרמית, אם כי בדרך כלל נמוך יותר מאשר מים, ניתן לשפר על ידי ננופי חלקיקים כדי לנבאת שיטות טמפרטורה של 5% כדי לחזות תופעות לוואי.

ניתוח התכונות התרמודינמיקה: טכניקות ואתגרים

שיטות Calorimetric

(ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]], [ה]]], [ה]], [ה],] [ה]], [ה]][ה]]]], [ה[[המאה ה-20],], ה[[המאה ה-20]], היא [[המאה ה-20]], ו[[ה[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]],]],]], ו[[המאה ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]], [[ה[[ה[[ה[[1924]],]],]],]],]],]], [[1924]], [[ה[[1924]],]], [[1924]],]]]]]]]],]], [[1924]]]]]], [[ה[[1924]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[ה[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[ה[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

מדדי Equilibria

איזון נוזלי-ליקוויד נמדד על ידי ערבוב שני שלבים בלתי-מיגדריים בתרמוסטט, דגימה כל שלב, וניתוח הרכב באמצעות טכניקות כגון chromatography גז או UV-vis spectroscopy. for vapor-liquid שיווי משקל כל כך, תא איזון סטטי עם לחץ נעשה שימוש לאתגר עם ILTs הוא antimoic שלהם נמוך מאוד, אשר דורשות לחץ דם אחרון, כגון DRADTD.

Probes ו-Situ Monitoring

ארבעהier-transform אינפרא אדום (FTIR) ו-Raman spectroscopy יכול לעקוב אחר שינויים בצמד ion או קיפאון מימן כפונקציה של טמפרטורה או ריכוז solute, המספק תובנות תרמודינמיקה עקיפה.פלואורנססקופיה עם solvatochromic צבעים על קוטביות ומיקרו-קוסקיליות, אשר מתאם עם אנרגיה חופשית של העברה.

מודל התרמודינמיקה

שיטות תרומה קבוצתית

בהתחשב בפיצוץ המשולב של נוזלי ionic אפשריים, בדיקות ניסיוניות של כל מועמד הוא בלתי אפשרי. גישות תרומה קבוצתית, כגון מודל UNIFAC הורחב עם קבוצות ionic, להעריך את האפקטיביות של פעילות מקטעים מולקולריים. Parameters מועברים מהנתונים הניסוייים בינאריים.גירסאות מודרניות משלבות פרמטרים אינטראקציה תלויים טמפרטורה וחשבונות עבור תרומות אלקטרוסטטיות בנפרד.

מודל להקרנה דמויי התנהגות עבור Real Solvents (COSMO-RS)

COSMO-RS הפך כלי סטנדרטי לחיזוי תכונות תרמודינמיות של נוזלי ionic ללא נתונים ניסיוניים נרחבים.זה מתייחס לנוזל הטוני כרצף של פלחי משטח המאופיינת על ידי צפיפות המטען ההקרנה שלהם, אשר לוכד אלקטרוסטטי, יחסי מימן, ו- van der Waals אינטראקציות.מ חישוב כימי קוונטי יחיד של כל ion, COS-RS צופה פעילות coefficients, גרסאות אחרות, כמו גם סטנדרטיות סטנדרטיות, כלומר, כמו מעבדים סטנדרטיות סטנדרטיות, כמו גם עם דיוק סטנדרטיות סטנדרטיות סטנדרטיות סטנדרטיות סטנדרטיות סטנדרטיות סטנדרטיות של הנרי, כלומר, כלומר, הוא 0.5.

Molecular Dynamics (MD) Simulations

כל סימולציות מולקולריות לספק תצוגה ישירה של מבנה נוזלי ודינמיקה של Ionic. על ידי שילוב משוואות התנועה של ניוטון עבור אלפי ions, אחד יכול לחדד פונקציות הפצה רדיואלי, מזהמים diffusion coefficients, מולקולות, וקיבולת חום. שדות כגון LS-AA או שדות כוח מיוחד עבור ionics הם פרמטרים ממין כימיות ניסיוניות וספקות גבוהה כל כך סימולציה של סימטרית.

ההתקדמות האחרונה בסימולציות MD מוטבעות של coarse להפחית את העלות החישובית תוך שמירה על פיזיקה חיונית, המאפשר סימולציות של מערכות גדולות יותר לאורך זמן רב יותר.שיטות אלה משמשות כעת לחיזוי התנהגויות שלב, לייעל אנרגיות חופשיות, ולנכסי תחבורה עם אמינות מוגברת.

יישומים למינוף תובנות התרמודינמיקה

שיתוק

נוזלי Ionic ייצוב מדינות מעבר טעון וקטליטי ביניים בשל קוטבי גבוה שלהם ויכולת ליצור אג"ח מימן חזק.המדידות הירודינמיקה מגלה כי זיקה מחייבת של תת-קרקעית לשלב נוזלי ionic יכול להפחית באופן דרמטי את אנרגיית ההפעלה של תגובה הפיכה. לדוגמה, ב-Fronel-Crafts alkation, imidazol-based ionics לתאם עם ירידה משמעותית של אנרגיה.

חילוץ והפרדה

מיצוי סלקטיבי של Tunable הוא סימן ההיכר של נוזל ionic. עבור שחזור מתכת, נוזלי ionic עם cations פונקציונליים (למשל, phosphonium או ammonium) יכול לחלץ אלמנטים נדירים של כדור הארץ מן להאכילqueous.מודלים thermomodynamic לחזות קידוד גליון הפצה כתפקוד של התפלגות pH קפואה ו- ionic נוזלי.

אלקטרוכימיה ומחסן אנרגיה

(Ionic Liquids) משמש כאלקטרוליטים מתקדמים לסוללות, supercapacitors, ותאים סולאריים רגישים צבע.חלון אלקטרוכימי רחב שלהם (לעתים קרובות > 4 V) ויציבות תרמית גבוהה הם השלכות ישירות של התכונות התרמודיות שלהם - במיוחד, את הפחתת גבוהה של סוללות ליבת DVicial Relimate Retras: IFalation Retraicial Retras: IRicial Retras of LTicial Retras) ו-Intenicial Retratulation.

CO2 Capture and Gas Survive

תנודתיות נמוכה ו- CO2 solubility גבוהה של נוזלי ionic מסוימים להפוך אותם אטרקטיביים עבור לכידת פחמן לאחר-קובעה.thermoדינמיתally, החוק הקבוע של הנרי עבור CO2 בנוזלים Ionic מושפע מאוד על ידי עקרון יסוד יון ונוכחות של דחיסה מינימלית של מערכת דחיסה / ירידה מדויקת של שינוי יעיל כמו bis (triomes) חשיפה גבוהה כל כך על ידי הדבקה ב-cosocial עד בינונית עד בינונית עד בינונית של s.

עיבוד biomass

נוזלי איטוני מתמוססים ביומסה ליגנוקולוסית באופןסלקטיבי, מפרידים את lignin מן cellulose לייצור דלק ביולוגי.כוח הנהיגה התרמודינמיקה הוא היווצרות של אג"ח מימן חזק בין כרית נוזלי ionic לבין קבוצות הידרוקסיל של צלולוז, משבש את ה- MDceol-di המתפתחת עם ירידה של 29% של חומצה פוליקולית של נוזל - 20-80-גיום שלילי - כלומר, עם ירידה של 2, 000 נוזל של אנרגיה נוזלית (R) של דלקת ריאות (R) עם סגסוגת שלילית (R) עם סגסוגת דלקת ריאות 3 סגסוגת דלקת ריאות (Ric) עם ⁇ ) עם ⁇ ) של ⁇ ) עם ⁇ (Ric) עם ירידה חלקית (Ric) עם ⁇ ) של 2.

אתגרים וכיוונים עתידיים

הגבלת העברת המונים והגבלות

מגבלה תרמודינמית-kinetic גדולה היא ההיקף הגבוה של נוזלים איטוניים רבים (לעתים קרובות 10-1000 פעמים של מים) וירוטוזיות קשורה אנטרופיה של הפעלה עבור זרימה של סקופ, אשר גבוה בשל אינטראקציות ion חזק -יון. Reducing מול עלייה או תוספת פתורה דורש שיקול זהיר של שלב ומרץ ללא אינטגרציה של מחקרים מיקרו-ליקויים, אך ורק עם עלייה של חום פעיל עם עלייה של חום, אך ורקמות, עשויה להפחית את הפחתת התנהגות יעילה יותר עם עלייה של תאים פעילים.

המונחים: Impurities

טמפרטורות הפחתת הטמפרטורות עבור נוזלי ionic בדרך כלל מעל 300 מעלות צלזיוס, אך זיהומים כגון halides או מים יכולים להוריד יציבות.מוצרים של Decomposition יכולים לשנות את האנרגיה החינמית לכאורה של תגובות.האופי התרמודינמיקה של decompositions, באמצעות TGA-DSC ומודלים קינטית, חיוני לאמינות של תהליכים לטווח ארוך.

שיטות חיזוי ושפל נתונים

למרות 25 שנים של מחקר, נתונים תרמודינמיים זמינים עבור פחות מ-1% של נוזלים איטוניים פוטנציאליים. פערי נתונים קיימים עבור יכולות חום בלחץ גבוה, התנהגות תרמית, ו- מוצק-liquid שוויוני עבור מערכות בינאריות רבות.רחב מסדי נתונים ניסיוניים, יחד עם למידת מכונה לנטרפולט על פני משפחות נוזליות איטוניות, הוא מסלול מבטיח החוקרים ב-LTF:0moiral Propertiesal Properties הם התפתחות של מדדים אוטומטיים של מחקר דינמיים מתקדמים של 1D.

כימיה ירוקה וקיימות

בעוד נוזלי ionic להפחית פליטות תנודתיות, ההשפעה הסביבתית שלהם חייב להיות מוערך.תרמודינמיקה של biodegradation ו ecotoxicity קשורים למבנה מולקולרי. Cation שינויים אשר לקדם התמוטטות מיקרוביאלית, כפי שמעיד על ידי אנרגיה חופשית של גיבס נמוך של הידרוליזה, נחקרים. בדיקות מחזור חיים שילוב נתונים תרמודינמיקה עבור סינתזה ומחזור recycling הם קריטי עבור פיתוח סביבתית סביר מאוד.

מסקנה

תובנות דינמיות להתנהגות נוזלית ionic חיוניים לרציונליזציה וקידוד תהליכים כימיים.משיקולים enthalpy ו entropy כדי מודלים מתקדמים עם COSMO-RS ודינמיקה מולקולרית, הבנה כמותית של שלב שיווי משקל, solvation ונכסים תחבורה המאפשרים יישומים מותאמים יותר ב קטליזה, הפרדה, אלקטרוכימיה, ו- biomass המרהת של מדידה ניסיונית עם כלים חישוביים מתקדמים יותר, כדי להזיזוכים, כמו גם את תהליכי עיבוד יעיל יותר, כמו שיטות עיבוד אורגניים, כמו גם לתהליכי, כמו גם שיטות עיבוד יעיל יותר, כמו גם שיטות עיבוד יעיל יותר, ואפקטיביות, כמו גם שיטות עיבוד תעשייתיות תעשייתיות, כמו שיטות עיבוד יעיל יותר, כדי להאיץ את תהליכי עיבוד יעיל יותר, כלומר, קריירציה תעשייתיות, קרידוד, כמו גם שיטות עיבוד יעיל יותר, כמו גם שיטות עיבוד יעיל יותר, קריפטציה תעשייתיות תעשייתיות תעשייתיות יעילה יותר, כמו גם שיטות עיבוד יעיל יותר, כמו שיטות עיבוד יעיל יותר, קריפטומטיות יעילה יותר, קריפטומטיות, כדי להאיץ את תהליכי עיבוד יעיל יותר, כמו שיטות עיבוד יעיל יותר, קריפטומטיות, קריפטומטיות, כדי להאיץ את תהליכי עיבוד יעיל יותר, קריפטומטיות