探究與實作:離子液體的選用
近年來,一種可再回收使用的綠色溶劑:離子液體,由於其具有低蒸氣壓、低熔點、
高極性、不可燃、耐強酸、高熱穩定性、高導電度、電化學性佳及較廣的液體溫度範圍等
特殊性質,在化學上的應用非常廣泛。此外它還是一種可依所需性質來組合不同陽離子、
陰離子的溶劑,因此離子液體溶劑也被認為是設計者溶劑(Designer Solvent)。
常溫離子液體(room-temperature ionic liquid, RTIL)是指在
常溫時以液體呈現的離子化合物。然而,我們日常接觸到的無機
鹽類,常溫下幾乎都是固體。以食鹽(氯化鈉)為例,若要作為
溶劑,至少需加熱到 801°C 以上才能使用。這是因為無機鹽的正
負離子在晶格中排列緊密,且彼此吸引力強,導致熔點極高,如
圖一所示。
負離子
正離子
圖一 無機鹽晶體結構
負離子 -
幸好聰明的科學家發現,若能使正負的堆積鬆散,可有效降低
其熔點。科學家設計出一種特殊的晶體,如圖二所示,此晶體是由
一有機物正離子及一個帶有非定域(delocalized)舖 電荷的負離子
團所組成。通常正離子是含氮的有機物如胺類、氨基化學物等,它
們的體積較金屬離子大,構造也往往無對稱性,而非定域電荷的負離子則和一般無機鹽類相
似。由於這樣的特殊晶體,晶格的引力較無機鹽弱,也就是其晶格構造不如無機鹽緊密,使
得其熔點下降,而達到常溫離子液體(RTIL)的目標。請回答 8.~10.題:
非定域(delocalized),指電子並不侷限於分子內某化學鍵上,而能在鄰近的數個化學鍵
上遊走。 共振
(改編自《科學月刊第555 期》第214頁〈液態的鹽 —— 常溫離子液體〉)
正離子
圖二 RTIL 晶體構造
