离子液体粘性的原因是什么?

一个国际科学家团队的实验工作确定了两种相互竞争的理论的相对贡献，这两种理论试图解释离子液体为什么具有粘性。

离子液体是熔点低于100°C的盐。离子盐比分子液体更粘稠，这一特性为离子液体提供了巨大的应用潜力，从电池电解质到气体分离，以及作为处理生物质的溶剂。然而，目前还不清楚离子液体为什么具有粘性，这限制了研究人员为特定任务设计离子液体的能力。

离子与分子

“分子液体和离子液体之间有一个根本的区别，那就是电荷，”他解释道弗雷德里克腓利比英国伦敦帝国理工学院的教授。“电荷对液体的性质有很多影响——类电荷相斥，异电荷相吸。”如果你有一个阳离子，它最好被阴离子包围。“这就形成了一个电荷网络，而对于更无序的分子液体来说，就不一定是这样了。”相反的电荷彼此移动，扰乱网络，限制离子液体中的离子运动，这导致粘度增加。

然而，另一个方面也在起作用。同样，这是由于电荷的存在。离子液体中的不同电荷通过库仑力被强烈吸引。“这导致了更高的密度，因为基本上所有东西都聚集在一起。这就是库仑压实，”Philippi说。

实验的挑战

为了确定电荷网络或库仑压实对离子液体粘度的影响最大，Philippi和帝国理工学院的同事们汤姆Welton设计了一个实验，将离子液体的粘度与无电荷类似物的粘度进行比较。

如果在足够的压力下，类似物具有与离子液体相同的密度，因此具有与离子液体相同的粘度，这就意味着库仑压实是造成粘度的唯一原因。

然而，将模拟物置于高压下产生了一套苛刻的实验标准，包括确保模拟物的成分不会发生反应或破坏测量设备。考虑到这些实验标准，研究小组确定了三乙基(3-甲氧基丙基)丁酸膦作为离子液体，三乙基(3-乙氧基丙基)硅烷和1-硝基丙烷的等摩尔混合物作为类似物。室温和常压下的实验粘度分别为217mPa s和0.99mPa s。

在460MPa下，当模拟物的密度与离子液体的密度相等时，模拟物的粘度为13.4mPa s。与无电荷模拟物相比，库仑压实使粘度增加了14倍。为了达到217mPa，还增加了16个因素，研究小组将其归因于电荷网络。

“研究人员发现，压实和电荷网络的形成大致同样有助于离子液体的异常高粘度，强调了这两个理论概念的重要性，”评论道Diddo Diddens他在德国Jülich研究中心的研究涉及离子液体和电解质。

韦尔顿说:“我们非常惊讶，但令人高兴的是，结果几乎是五五开。”“关于离子液体为什么如此粘稠，历史上有两套理论，实际上，我们所证明的是，它们都是正确的。”

Diddens还指出，这些发现可能暗示了离子液体粘度的基本理论。“由于近距离引力和远距离有序形成的压实是基于库仑相互作用，因此具有相同的起源。因此，可以想象，未来甚至可以开发出统一这两种理论方法的框架。”

“如果你想设计一种离子液体，你必须考虑这两个部分，库伦压实和电荷网络，”Philippi说。揭示这种二元性对化学家，特别是那些开发设计溶剂的化学家来说，具有重要的意义。有了实验中已知的对粘度的相对贡献，理论家们现在有了一个基准，在此基础上测试他们的模拟和计算，以及如何调整离子液体的行为以用于实验应用的指导。