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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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LI et solvants moléculaires ; mélanges de LI
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4. Modélisation des LI
4.1 Les LI sont-ils des « designer solvents » et comment les modéliser ?
Comme on a pu le constater dans la section 3, les propriétés « universelles » des LI ne sont pas légion et peuvent se résumer au fait qu’ils sont ioniques, qu’ils sont liquides et qu’ils sont conducteurs, toutes ces propriétés découlant directement de la définition de ces solvants. Pour le reste, il semble que l’on puisse trouver tout et son contraire dans le monde des LI : inflammables ou pas, volatils ou pas, pour les exemples les plus emblématiques.
Ainsi, il nous semble que la diversité structurelle et, par voie de conséquence, la variabilité des propriétés des LI, imposent deux constats :
-
il existe probablement un LI « idéal » pour une application donnée ou répondant exactement à une liste de propriétés physico-chimiques visées ;
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il n’est pas possible de prédire l’ensemble des propriétés physico-chimiques d’un LI.
De ce fait, le qualificatif de solvants modulables (« designer solvents », en anglais) doit être replacé à sa juste valeur. À ce stade, il n’est pas possible de concevoir sur le papier un LI répondant à une liste de propriétés physico-chimiques fournie à l’avance et cela est d’autant plus vrai que les propriétés recherchées s’éloignent des données de base telles la viscosité ou la densité, comme par exemple la capacité à extraire un ion métallique, une activité catalytique ou un comportement électrochimique. Il nous semble donc exagéré de présenter les LI comme des solvants modulables à volonté puisque nous ne sommes pas encore capables de concevoir ex nihilo un LI pour une application donnée.
Malgré tout, les tentatives pour trouver des règles empiriques ou des méthodes fiables pour prédire une propriété ou une autre sont nombreuses. Bien que, fondamentalement, l’intérêt des règles empiriques soit limité, d’une part parce que tous les LI ne peuvent être englobés du fait de leur diversité et d’autre part parce qu’elles sont empiriques par construction, elles n’en sont pas moins intéressantes du fait qu’elles représentent la première étape vers l’établissement de relations structure/propriétés. Dans...
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Modélisation des LI
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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