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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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- Version archivée 1 de janv. 2005 par Gilles MOUTIERS, Isabelle BILLARD
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5. LI et solvants moléculaires ; mélanges de LI
5.1 LI et solvants moléculaires
Pour aborder la question des mélanges entre deux solvants, quels qu’ils soient, la question la plus importante est : les propriétés du mélange sont-elles différentes de la moyenne des propriétés de chacun des composants du mélange ? C’est sous cet angle que nous traiterons de ce sujet dans cette section. Le nombre de LI étant déjà une limitation pour une présentation exhaustive des propriétés de ces solvants purs, il en va de même pour les propriétés des mélanges, si bien que nous ne présenterons qu’une sélection très restreinte de résultats.
Il est d’usage de qualifier « d’idéale » la valeur d’une propriété d’un mélange calculée comme la moyenne des valeurs des deux composants purs, et c’est en général l’écart à cette valeur idéale qui est scruté, en fonction, par exemple, de la température ou de la pression et, bien entendu, en fonction de la composition du mélange. Cet écart est usuellement appelé fonction d’excès (excess function en anglais) et est souvent noté avec l’exposant E. Toutefois, il faut bien faire attention à la façon dont la valeur idéale est calculée. En effet, la pondération peut se faire en nombre de moles, en masse ou en volume, ce qui peut beaucoup changer la valeur idéale et, par suite, la valeur d’excès. Ceci a une grande importance pour les mélanges LI/solvants moléculaires (y compris l’eau) car si les densités des LI sont comprises entre 0,8 g.cm–3 et 1,5 g.cm–3, ce qui conduit à un facteur de l’ordre de 2 au maximum par rapport aux densités des solvants moléculaires, les masses molaires des LI atteignent facilement 400 g.mol–1, voire nettement plus, ce qui conduit à un facteur multiplicatif nettement plus important. La conséquence est une distorsion profonde des courbes selon que l’on considère, par exemple, la fraction molaire ou simplement le nombre de moles, comme illustré figure 13.
Pour nombre de propriétés, il nous semble que la représentation la plus parlante est celle faisant intervenir la fraction molaire du LI, x, plutôt que sa fraction volumique ou massique, car les modifications des propriétés proviennent des interactions à l’échelle moléculaire entre les ions du LI et le solvant.
La quantité...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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