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RÉSUMÉ
Cet article présente une revue actualisée et critique de l’état des connaissances sur les liquides ioniques. Après avoir décrit brièvement l’évolution des méthodes de synthèse, une large part est dédiée aux propriétés des liquides ioniques, incluant densité, viscosité, plage accessible de température, propriétés électrochimiques, structure des phases liquides mais aussi toxicité. Une attention particulière est portée aux diverses méthodes de prédiction de ces propriétés. Enfin, diverses applications des liquides ioniques sont présentées, en insistant tout particulièrement sur l’électrodépôt et l’extraction liquide-liquide des métaux.
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Isabelle BILLARD : Directrice de recherche au CNRS Docteure en radiochimie de l’université Joseph Fourier, Grenoble - Université Grenoble Alpes, Université Savoie Mont Blanc, CNRS, Grenoble INP (Institut d’ingénierie et de management), LEPMI, Grenoble, France
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Corinne LAGROST : Directrice de recherche au CNRS Docteure en chimie de l’université Paris-Diderot - Université Rennes, CNRS, ISCR-UMR 6226, Rennes, France
INTRODUCTION
Quinze ans après une revue qui avait présenté les principales propriétés physico-chimiques des liquides ioniques (LI), nouveaux solvants de l’époque, il semblait nécessaire et important de revenir sur ces composés, toujours aussi étonnants et multiformes, mais sans doute moins miraculeux que les chercheurs les avaient imaginés. À partir de la définition des liquides ioniques, un panorama de leur incroyable diversité structurelle sera ensuite dressé. Après avoir détaillé les nouvelles méthodes de synthèse, plus propres et plus efficaces, les connaissances nouvelles sur leurs propriétés physico-chimiques (densité, viscosité, domaine de la phase liquide, etc.) seront au cœur de cet article de revue, avec quelques aperçus sur l’évolution des idées. On trouvera également une description des aspects de toxicité, volatilité et inflammabilité des liquides ioniques, autrefois largement inconnus et qui leur ont valu la qualification de « solvants verts », aujourd’hui contestée. Face à un nombre toujours plus important de liquides ioniques, des lois empiriques censées décrire leur comportement ont été proposées. Les limites de cette approche seront discutées et comparées aux efforts déployés par les techniques de modélisation pour tenter de cerner leur structure en phase liquide et leurs propriétés aux interfaces. Les propriétés de solubilité et de partage des liquides ioniques avec les solvants moléculaires traditionnels et les autres liquides ioniques seront ensuite résumées pour enfin décrire quelques applications des liquides ioniques. Bien qu’ils peinent à passer du laboratoire à l’industrie, leur usage se répand dans des domaines variés, allant de l’électrodépôt à l’extraction liquide-liquide des métaux en passant par la chimie analytique, la bioraffinerie, la tribologie et la synthèse de nanomatériaux inorganiques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2005 par Gilles MOUTIERS, Isabelle BILLARD
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7. Conclusion
Les connaissances fondamentales sur les LI ont significativement avancé ces quinze dernières années. Les LI sont caractérisés par une diversité structurale quasiment incommensurable. Ils possèdent de nombreuses propriétés très intéressantes, au premier rang desquelles une structure liquide singulière. De façon à exploiter au maximum cette diversité, de gros efforts ont été engagés pour la modélisation et l’analyse prédictive de ces systèmes, avec un résultat finalement assez mitigé. Dans le même temps, leur utilisation s’est déployée dans des applications variées, parfois très originales au regard de leur utilité première. Toutefois, cela n’a guère dépassé le stade du laboratoire ou du semi-pilote. On peut se demander pourquoi, alors que les LI sont toujours des milieux fascinants. Trois écueils fortement corrélés ont contribué à ce frein. Le premier a été de survendre le côté « chimie verte » des LI, qui comme on l’a vu ne correspond pas à la réalité, même si des LI biosourcés peuvent prétendre à ce label. Le deuxième écueil a été de considérer les LI comme solvants pour remplacer les solvants moléculaires sans mettre à profit leurs propriétés particulières. Les LI ne sont pas une classe homogène de solvants (comme les alcools, par exemple) et on ne peut pas traiter leurs structures et propriétés à coups de règles générales. C’est cet aspect qui rend difficile, pour ne pas dire impossible, toute stratégie prédictive pour concevoir le LI idéal pour une application donnée, qu’elle soit innovante ou pour remplacer le solvant moléculaire classiquement utilisé. Et, justement, c’est cette quête du LI idéal qui constitue le troisième écueil.
Les LI ne sont pas des solvants moléculaires comme les autres, on le comprend aisément en considérant leurs structures et leurs propriétés. Si l’objectif est d’avoir un solvant ou un milieu peu cher, facile à fabriquer avec peu d’impact écologique, biodégradable, éventuellement biosourcé, alors pourquoi ne pas tirer parti des catalogues des industries chimique, pharmaceutique, cosmétique et agroalimentaire qui recèlent un grand nombre de composés qui sont en réalité des LI et ont déjà toutes les bonnes caractéristiques de tonnage de production, de coût bas,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WILKES (J.S.) - A short history of ionic liquids—from molten salts to neoteric solvents. - Green Chem. 4, p. 73 (2002).
-
(2) - GOLDSCHMIDT (H.) - Ueber Glyoxalin. - Ber. Dtsch. Chem. Ges. 14, p. 1844 (1881).
-
(3) - WALDEN (P.) - Molecular weights and electrical conductivity of several fused salts. - Bull. Acad. Imp. Sci. St Petersburg 8, p. 405 (1914).
-
(4) - GALE (R.J.), OSTERYOUNG (R.A.) - Potentiometric investigation of dialuminum heptachloride formation in aluminum chloride-1-butylpyridinium chloride mixtures. - Inorg. Chem. 18, p. 1603 (1979).
-
(5) - WILKES (J.S.), LEVISKY (J.A.), WILSON (R.A.), HUSSEY (C.L.) - Dialkylimidazolium chloroaluminate melts: a new class of room-temperature ionic liquids for electrochemistry, spectroscopy and synthesis. - Inorg. Chem. 21, p. 1263 (1982).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Base de données physico-chimiques du NIST : https://ilthermo.boulder.nist.gov
Banque de données physico-chimiques de la Dortmund Data Bank : http://www.ddbst.com/ddb.html
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