Los líquidos iónicos a temperatura ambiente

Los líquidos iónicos a temperatura ambiente (RTILs):
Propiedades, aplicaciones y perspectivas futuras.
Room temperature ionic liquids (RTILs): Properties, applieations and future prospeets.
Maynard
J. Kong
Departamento de Ciencias, Sección Química,
Pontifici a Universidad Católica del Perú, Lima 32, Perú.
e-mail: [email protected]
Resumen:
en la última década ha surgido un aumento significativo de publ icac iones referidos a estos materiales, tanto en cuanto a sus
La investigación y desarrollo de líquidos iónicos a temperatu-
propiedades fundamentales como en sus ap l icaciones. Se pre-
ra ambiente (RTILsl va cobrando mayo r importancia, como una
vee que las investigaciones en este campo serán cada vez de
necesidad de contar con materiales y sustancias químicas apro-
mayor relevancia e impacto en los próximos años, y el aspecto
piados para diversos procesos químico-industriales, así como al
más resaltante que se espera de todo ello es que se podrán dise-
creciente uso de ciertas fuentes alternativas de energía, más lle-
ñar líquidos iónicos muy específicos para determinados usos al
vaderos con nuestro medio ambiente. En este artículo se hace
modificar de manera controlada la estructura de sus componen-
una reseña sobre los líquidos iónicos, sus propiedades físicas y
tes (Ohno 2005a, Ranke 2007, Armand 2009).
de transporte, aplicaciones presentes y futuras.
Por su bajo punto de fusión, baja presión de vapor y volati li-
Palabras claves: líquidos iónicos (RTILs), propiedades de trans-
dad, alta conductividad y densidad iónica, relativa estabilidad
porte, ecuación de Vogel-Fulcher-Tamman (VFTl, resonanci a
química y térmica (Ohno 2005a), y por tratarse de líquidos infla-
magnética PGSE - NMR, batería de metal-aire.
mables en un amplio rango de temperatura, los RTI Ls han sido
propuestos como materi ales de estru ctura diseñable para una
variedad de funciones:
\
Abstraet:
• Solventes de uso alternativo en procesos industriales, reemplaResearch and development of room-temperatureionic I iquids
zando a compuestos orgánicos voláti les (volatile organic com-
(RTILs) is becoming more important, as a need to count with
pounds - VOCs) que pueden ser contam inantes del med io am-
materials and chemical substances suitable for several processes
biente; también en operaciones de destilación extractiva y azeo-
in chemical industries, as well as for the growing use of alterna-
trópica Oork 2005, Meindersma 2005). Un ejemplo importan-
tive sources of energy, much more friendly with our environ-
te de uso de los líquidos iónicos radica en el tratamiento indus-
ment. In this paper is presented a review on ionic liquids, their
trial de celulosa (Rao 2007, Swatloski 2002, Ohno 2009).
physical and transport properties, current and future applications.
• Catal izadores de reacciones homogéneas en síntesis orgáni-
Keywords: lonic liquids (RTILs), transport properties, Vogel-Ful-
(Welton 2004, Wilkes 1992), o bien como medio estabiliza-
cher-Tamman equation (VFT), pulsed-gradient spin-echo (PGSE)
dor del catal izador, como puede ser el caso de ciertos meta-
ca e inorgánica, tanto a nivel de laboratorio como industrial.
NMR, metal-air battery.
les de transición nanoparticulados en reacciones de acop iamiento de Stille y Suzuki. (Zhao 2004).
• Como medio de almacenamiento inerte para el transporte de
¿Qué son los líquidos iónieos?
gases como dióxido de carbono (Bates 2002), arsina, fosfina
,~
Los Ifquidosiónicos son sales que se funden a temperaturas
relativamente bajas. Particularmente, se le denomina líquidos
o boranos, o como med io de tratamiento y purificación de
gas natural (Kou 2006).
• Medio de almacenamiento y cond ucción de ene rgía en celdas
iónicos a temperatura ambiente (room temperature ionic liquids,
solares (papageorgiou 1996) y celdas de combustibles, particu-
RTlLs) a tales sales con puntos de fusión en un rango de hasta
larmente las que emplean materiales hipergól icos (Cadena
unos 100 oC por encima de la temperatura ambiente. Debido a
2009, Singh 2006), es decir, mezclas comb ustibles de igni ción
las excepcionales propiedades físicas y químicas de los RTI Ls,
espontánea. Específicamente, se estudia el uso de líquidos ió-
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ni cos a base de triazolios, tetrazolios, urotropinios, tetrazinas y
• Agente para la maduración de frutas (Fort 2006) así como de
picratos como combustibles para la aeronáutica (Singh 2006).
extracción en productos naturales con fines farmaceúticos y
cosméticos (Lapk in 2006).
• Medio para al macenamiento y transporte de calor en sistemas térmicos de energía solar (Blake 2002).
• Medio o solvente para el tratamiento de desechos nucleares
como óxidos de uranio, así como para la recuperación de
uranio y otros metales de valor (Rao 2007) .
Propiedades físicas y de transporte de líquidos
iónicos a temperatura ambiente
• Componente de futuros dispositivos electrónicos e iónicos,
con mayor seguridad en sus operaciones, y mayor tiempo de
vida para su funcionamiento (Oh no 200Sb).
• Medio y sustrato para electrosíntesis yelectropolimeri zac io•
Estos compuestos son esencialmente sales orgánicas con un
punto de fusión por debajo de los 100 oC (Ohno 2008) . En el
siguiente cuadro (Tabla 1) se muestran algunos ejemplos de es-
nes (Endres 2008).
tos compuestos agrupados según su estructura, y donde se pue-
Otras ap li caciones que requieran líquidos estables a altas tem-
de comparar la magnitud de ciertas propiedades físicas, tales
peraturas como, por ejemplo, lubricantes en sistemas de ca-
como densidad, viscosidad, conductividad específica, y rango
lentamiento (Phil l ips 2005).
de potenciales REDOX (Beyersdorff 2008).
Tabla 1. Propiedades físicas de algunos líquidos iónicos a temperatura ambiente.
(A daptado de Beyersdorff 2008)
Tipo de
líquido iónico
A base de
aniones de
haloal um i natos
A base de
cationes de
[emim] '
Líquidos iónicos
de interés
bio-quími co
Sistema líquido y su composición iónica
molar(%)
Densid ad
(g/cm )
Para [emim] ' [e l]' en A le l):
34% de [emim] ' , [AI ,CI,l
50% de [emim] ', [AI CIJ
60% de [emim] ' , CI-,[Alel,]'
Para [emim] ' [Br] ' en AIBr) :
34% de [em im] ', [AI , Br,]"
60% de [emim] ', Bí, [AIBrJ
Para [bmim] ' [el]' en AICI ) :
34% de [bmim] ' , [AI ,CI,]"
50% de [bmim] ' , [AIClJ
[emim]'
[emim] '
[emim] '
[emim]'
[emim] '
[BFJ
[OTF] '
[ATF]'
[NTF] '
[SeN]'
A base de colina [e sH 14 NO] ' :
[e,H I4 NO] ' [Zn ,CI}
[C, H 14 NO] ' [Crel , 6 H,O]'
[e, H 14 NO] ' [eoel ) . 6 H-, O]'
[e, H 14 NO] ' [CI . 2 úrea]'
[C,H 14 NO] ' [el 2 propanodiol]'
A base de aceti lco lina [C¡H ,6NO ,] ' :
[C¡H ,6NOi] ' [CI . 2 propanodiol]'
Viscos idad
(mPa s)
Conductividad
específica (mS cm·l )
1.389
1.294
1.256
14
18
47
15.0
23.0
6.5
2.219
1.828
32
67
5.8
5.7
1.334
1.238
19
27
9.2
10.0
1.30
1.39
1.30
1.52
1.15
60
52
41
40
44
11
7
5
8
14
76000
2346
392
632
89
0.02
0.37
1.7
0.75
2.2
117
0 .51
Rango de voltaje
REDOX (V)
5.2
4.1
3.4
6.3
3.2
emim - l-etil-3-metilim idazo lio, bmim - l-butil-3-metilimidazolio,
OTF - triflato, ATF - trifluoroacetato, NTF - bis(trifluorometilsulfonilo).
Dentro de esta variedad de líquidos iónicos, los compuestos
catiónica del an illo imidazo li o (Fredlake 2004), reportando al-
a base de cationes de alquilimidazolios han sido objeto de estu-
gu nas tendencias en cuanto a la dependencia térmica de la den-
dios sistemáticos y más exhaustivos (Fredlake 2004, Seddon 2QPO,
sidad, temperatura de fusi ón, temperatura de transición vítrea,
Huddleston 2001, H eintz 2001, Heintz 2002a, Heintz 2002b,
temperatura de descomposición, y capac idad ca lorífica . En el
Krummen 2002, Crosthwaite 2004, Crosthwaite 2005, Ohno
caso de la densidad, ésta suele disminuir con la longitud de la
200Sc).
cadena del alquilo en el catión imidazo li o. Para un catión dado,
la densidad sue le aumentar con la masa molecular de los an io-
Fredlake et al. han dado estudiado el comportam iento termo-
nes estudiados . Muchos líquidos iónicos suelen enfriarse fáci 1-
físico de una serie de líquidos ióni cos basados en la estructura
mente por debajo de su punto de fusión, formando estructuras
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vítreas en lugar de cristalinas. En general , la estabil idad térmica
hidrógeno originado en el an illo imidazólico, al sustituir su pro-
de líquido iónico aumenta con el tamaño del anión. Así mismo,
tón ácido por un grupo metilo. En cuanto a mezclas con fluidos
la capacidad calorífica dell íquido suele aumentar con la tempe-
supercríticos, Scurto et al. reportaron una técnica para separar
ratura del medio y con el número de átomos que componen al
los componentes o variar el contenido en mezclas bifásicas de
líquidos iónicos y CO 2 (Scurto 2002) y, en la mi sma línea de
líquido iónico.
investigación, Aki et al. estudiaron el comportamiento del equiEn cuanto al efecto de sustancias disueltas o mezcl adas con
librio líquido-líquido-vapor de fases ternarias del sistema fase
los líquidos ióni cos, se ha determinado que la presencia de
ióni ca - fase orgánica - CO 2 (Aki 2006) . En este trabajo, a base
agua, aun en trazas, ejerce una gran i nfl uencia sobre la magni-
de mediciones en este sistema a 40 oC, se observó que la rela-
tud de densidades y viscosidades. Por ejemp lo, en el caso de
ción entre las fases depende fuertemente de la presión. Se deter-
estructuras basadas en 1-alquil-3-metilamidazol ios, el grado de
minó que la presión a la cual ocurre la separac ión entre las fases
mezcla del agua varía significativamente con la nat uraleza del
líquidas (orgánica e iónica) dependía de la natu ral eza de ambos
anión del líquido iónico y, a su vez, la viscosidad de la mezcla
líquidos y de la proporción entre el los y, conforme se ejerce
varía notablemente con la fracción molar de las espec ies mole-
presiones mayores a este punto, el conten ido del líquido ión ico
culares disueltas. Mientras la presencia de diversas mol écu las
disminuye en la fase orgánica. En cambio, la presión a partir de
ca,
la cual uno de los líquidos permanece mezclado con CO 2 resul-
H 2 y N 2) tienden a disminuir la viscosidad y densidad de las
ta depender solamente de la naturaleza de la fase orgánica, y no
mezclas con líquidos iónicos, algunas impurezas con carga,
tanto de la del líquido iónico. Al ejercer presiones por debajo
como los cloruros, tienden a aumentar el valor de la viscosidad
de este punto, ya no se detecta al líquido iónico.
y átomos sin carga (como CO 2 ' C 2 H" C 2 H 6 , CH" Ar, O 2,
(H uddl esto n 2001, Seddon 2000, Anthony 2001, Anthony
2002).
Como muestra del efecto del anión sobre la solubilidad de
CO 2 en líquidos iónicos, se presenta el siguiente cuadro adaptado de la investigación de Aki et al. (Aki 2004) YMuldoon et al.
Equilibrio de fases y solubilidad en sistemas de
líquidos iónicos
(Muldoon 2007). En este último trabajo, es interesante notar que
la solubilidad de CO 2 aumenta notab lemente al introducir grupos fluorados en las cadenas carbonadas, tanto en el catión como
En cuanto al equilibrio de fases que se puede establecer con
los líquidos iónicos, se han estudiado tanto sistemas en eq uili-
en el anión del líquido iónico, respecto a estructuras análogas
si n fl uorar.
brio líquido-vapor, líquido-líquido y mezclas de líquidos iónicos con fluidos supercríticos (Cadena 2009). En el caso del equi-
De ahí que CO 2 puede se r usado como un «antiso lvente»,
librio líquido-vapor, se ha emp leado la cromatografía gaseosa
facilitando la separación de la fase líquida ióni ca de la orgánica.
(GC) para cuantificar la distribución en líquidos iónicos del tipo
Mellein et al. (Mellein 2007b) compararon el efecto de acetonitrilo,
alquilimidazolio y alquilpiridinio de una diversidad de especies:
2-butanona y 2,2,2-trifl uoroetanol para disti ngui r entre i nterac-
al canos, alquenos, alquilbencenos, además de otros hidrocarbu-
ciones dipolares y de puente hidrógeno. En tanto que, con los
ros y especies polares (Heintz 2001, Heintz 2002a, Heintz 2002b,
líquidos 1-n-hexi l-3-metil imidazolio bis(trifl uorometilsulfonil)imida,
Krummen 2002). Para el eq uilibrio líquido-líquido, son impor-
1-n-hexi 1-2,3-dimeti Iimidazol io bis(trifl uorometi Isu lfoni I)i mida, 1-
tantes los estudios de distribución de alcoholes sobre líquidos
n-hexil-3-metilimidazolio triflato y etil-dimetil-propil amonio bis
iónicos basados en alquilimidazolio (Crosthwaite 2004, Cros-
(trifluorometilsulfonil)imida fueron emp leados para comparar la
thwaite 2005) con potencial aplicación en medi ciones de bio-
capacidad de transferencia mediante puentes de hidrógeno. La
acumulación. Una característica importante observada en las
capacidad del CO 2 de separar las fases líquidas, la orgánica de la
soluciones de líquidos iónicos tiene que ver con su temperatura
ióni ca, es más difícil conforme aumenta la fuerza del puente
crítica máxima (upper critica/so/ution temperature - UCST) (Be l-
hidrógeno entre los iones y los componentes orgánicos.
veze 2004), es decir, la temperatura por encima de la cual sus
componentes son totalmente miscibles en cua lqui er proporción.
Para un mejo r entendimi ento de estas relaciones de equili-
Crosthwaite et al. (Crosthwaite 2004, Crosthwaite 2005) obser-
brio de fases, se requiere un estudio sistemático y organizado
varon que, al mezclar alcoholes con líquidos iónicos basados en
del efecto de la fuerza de los so lventes ión icos y orgánicos. Este
.~
cationes de alquilimid azo lio, esta temperatura crítica decae con
conocimiento permitiría di seña r líquidos iónicos para aplicacio-
la longitud de la cadena del alqui lo en el catión, aumenta con la
nes específicas. Dentro de esta línea de investigación, Mellein
longitud de la cadena carbonada del alcohol. Co nforme posee
et al. (Mellein 2007) aplicaron mediciones espectroscópicas,
más ramifi caciones en su estru ctu ra, el alcoho l se vue lve más
empleando diversos crom óforos moleculares como sistemas de
soluble en el líquido iónico. También observaron que el va lor
prueba, encontrando que, dentro de un amp lio rango de con-
de esta temperatura críti ca aumenta al impedi r el efecto del puente
centraciones, la naturaleza del cosolvente orgáni co no influ ye
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significativamente a la polaridad de los líqu idos iónicos. Sin
La autodifusión representa una med ida de la movilidad tras-
embargo, otras fuerzas de solvatación, como los puentes de hi-
lacional de moléculas (o de iones) como consecuencia de su
drógeno, dependen indirectamente de la fuerza de interacción
energía cinética interna, lo que puede dar información molecu-
entre aniones y cationes.
lar acerca del líquido iónico. La información sobre la autodifusión puede estar combinada con las de otras propiedades de
transporte molecular en líquidos, como la v iscosidad, conducti-
Determinación experimental de propiedades de
transporte en líquidos iónicos
vidad eléctrica y densidad, para mejorar los modelos de solvatación dinámica, como de l tipo Stokes-Einstein. Estudiando la dependencia térmica de la coeficiente de autodifusión se puede
Oentro de una fase dada, en ausencia de agitación o métodos
determinar la energía de activación del sistema, y ello permite
mecánicos o convección, la difusión es el proceso de transporte
proponer modelos de difusión, y confirmar la val idez experime-
debido a un campo de fuerza exterior y los grad ientes de pre-
ral y computacional en sistemas de un solo componente o mul-
sión, temperatura, y concentración (Susan 2005).
ti componentes de electrólitos y no-electrólitos.
En los sistemas líquidos, a diferencia de los gaseosos, las moléculas están densamente compactadas y expuestas a campos de
Genera lmente la dependencia térmica de la autod ifusión sigue el mode lo de Arrhenius,
fuerza muy intensos debido a la proximidad de otras especies y,.
por lo tanto, los valores de la constante de difusión O para líqui-
O
=
0 0 exp[Q / (R T)] (Susan 2005)
dos suele ser menor que en gases a bajas presiones. Sin embargo, la transferencia de masa depende más del gradiente de con-
y algunos modelos se ajustan a la ecuación de Vogel-Fulcher-
centración que del valor de O, yen ciertos casos esta transferen-
Tamman (VFT) :
cia puede ser muy alta (Susan 2005). En los sistemas líquidos la
difus ión traslacional es más sign ifi cativa que la rotacional, y a
O = Oo exp[- B / (T-T o)] (Metatla 2007)
ella se debe las reacciones químicas, dado que las especies reactantes col isionan antes de poder reaccionar. Oentro de la difu-
donde B es una constante relacionada a la energía de activación,
sión traslacional hay que distinguir dos categorías elementales:
y To es la temperatura ideal de transición vítrea, la cual suele
la auto-difusión y la difusión mutua (Susan 2005).
estar 30 a 50 oC por debajo del valor experimental de transición
vítrea, T , obtenido por mediciones de calorimetría diferencial
8
Para un líquido que está en equi li brio termod inámico, las
de barrido (differential scann ing calorimetry, OSC). Es impor-
partículas individuales se trasladan al azar y con igual probabi li-
tante recalcar que la migración iónica ocurre dentro de la fase
dad en el espacio alrededor del líquido. Esta forma de movi-
amorfa, y que este proceso depende de la viscosidad del medio.
miento es la auto-difusión. Esta forma de movimiento puede ser
descrita mediante la segunda ley de Fick (Susan 2005) que ex-
Oe ahí que también se recurre a las ecuaciones de Vogel-
presa la dependencia de la concentración c; en función del tiem-
Fulcher-Tamman (VFT) para expresar la dependencia de la con-
po t, la constante de difusión O, y el gradiente de concentración
ductividad iónica (); y de la viscosidad 11 con la temperatura T
a lo largo de la di rección de propagación z:
(Susan 2005):
A una especie que sigue este tipo de movimiento se le puede
A
=
Aa exp[- B / (T-T)1,
11
=
110 exp[- B / (T-T)1,
describir su trayectoria en funcion del tiempo. Si en el sistema
están ausentes correlac iones de gran extensión, para esta espe-
Los coeficientes pre-exponenciales O o' Aa, y 110 se relacionan
cie, su desplazamiento cuadrático será proporc ional al tiempo,
con los números de transportes iónicos.
Se puede estimar el
por lo que los desplazamientos moleculares de un so la partícula
número de transferencia aparente para cada ion tomando en
se describe mejor anal íticamente mediante la auto-difusión. A
cuenta la suma de los coeficientes de difusión. Así, por ejemplo,
fin de minimizar errores estadísticos, la constante de auto-~fu­
este número de transferencia para el catión sería:
sión O se describe mejor mediante la ecuación de Einstein promediada sobre una gran cantidad de moléculas N, evaluando la
D catión / (D Cal ión
+
D anión )
posi ción temporal rk(t) de la k-ésima molécula respecto a su posición inicial rk(O):
También, para cada uno de los iones, la ecuación de StokesEinstein relacionan a la constante de difus ión O ya la de viscosidad 11: O
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=
ka T / (c
7t
r 11) donde ka es la constante de Boltz-
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mann, T la temperatura abso luta, c es una constante ad imensio-
La resonancia magnética nuclear de grad iente en pulso con
nal entre 4-6, y r es el radio de Stokes o radio efectivo hidrodiná-
eco de spin (pulsed-grad ient sp in-echo NMR, PGSE - NMR) es
mico.
un método no-invasivo y provee un método conveni ente para
medir independientemente el coeficiente de autodifus ión de cada
Si un sistema líqui do de al menos 2 componentes no se en-
espec ie iónica en el sistema de un líquido iónico, siempre y
cuentra en equi librio termodinámico, debido a una concentra-
cuando los componentes posean un núcl eo sensible en RMN.
ción no uniforme, ocurri rá el fenómeno de transporte de materia
Al atenuarse una seña l eco de sp in, que resulta del desfase entre
conoc ido como difusión mutua, difusión quím ica, interdi fusión
sp ines nucleares proveni ente de la combinac ión de movimien-
o difusión de transporte; en el caso de un sistema de 2 compo-
tos de traslación de los sp ines bajo un grad iante de pu lsos esta-
nentes, también se conoce como difusión binaria.
blec ido, se mide el desplazamiento de los spines observados
(Price 1997, Price 1998). En el experimento PGSE-NMR, se em-
Mientras la difusión mutua se caracteriza por un sistema con
plea una seña l de eco-sp in que está acomplada a 2 gradientes de
un solo va lo r de coeficiente de difusión, la autodifusión as igna
pulsos. Apl icando consecut ivamente estos pu lsos, el campo
un coefic iente de difusión a cada una de las especies en el siste-
magnético deja de ser uniforme a lo largo de 2 períodos cortos
ma. Por ello, la autod ifusión brinda una descripción más deta-
de tiempo, y con ell o camb ia la preces ión de los núcl eos en el
ll ada sobre el transporte de especies químicas.
campo. Por lo tanto, la señal de RMN será sensible a las diferencias en la ubicación de los núcleos, así como de sus átomos y
Si bien la autodifusión ofrece una mejor descripc ión de pro-
moléculas, entre ambos campos de gradiente de pu lsos. La au-
piedades a nivel mo lecu lar, la d ifusi ón mutua es más práctica en
todifusión hace que la amp litud de la señal eco-sp in decaiga
la representación de procesos físicos o quími cos, y como tal su
debido a un reenfoque incompleto o tardío. Así, la diferencia
descripción es más compl eja que la de la autodifus ión (Crank
entre pos iciones moleculares en intervalos consecutivos se re-
1975), y suele basarse en la mecánica estadística de sistemas no
fleja como desplazamientos entre sus señales. La atenuac ión de
equi librados. Además debe señalarse que la medición de la di-
la señal de eco E se relaciona con los demás parámetros experi-
fusión mutua exige mezclas de líquidos, mien tras que en la au-
mentales (intensidad de señal de eco spin, S, la razón gi romag-
todifusión las mediciones se pueden realizar para líquidos pu-
nética, y, la constante de difusión, D) mediante la ecuac ión de
ros.
Stejskal-Tanner (Stejskal 1965):
Ln (E) ~ Ln (S / Sg _o) ~ -
Todavía no hay un conoc imi ento claro sobre el comporta-
y'
g' D
o'
(~
-
0/3)
miento del transpo rte iónico en líquidos iónicos, y ell o resulta
\
Comparando la constante giromagnética g de los núcl eos,
de lo comp lejo que son las condic iones físicas donde ocurren
los fenómenos de difusión, además de lo comp lejo que resulta
las seña les son más intensas con protones. Sin embargo, tam-
ser la extensi ón espacio-ti empo sobre la que la difusión es regis-
bién se puede recurrir a otros núcloes para el anál isis de difusión
trada por las diferentes técnicas experimentales, lo que afecta
por PGSE-NMR, como 13C, '5N y 19F. Con espacio del orden de
significativamente los resultados medidos (Susan2005).
100 nm, y períodos máximos de observación de 100 ms, se liega a medir constantes de difusión de al menos 10.10 cm' s·'.
Por ejemp lo, en la espectroscopía de impedancia, se mide la
res istividad compleja med iante métodos de corri ente alterna, con
Fi nalmente, se puede emp lear los datos experimentales de
lo que se obtiene información va liosa para estud iar la difusión y
PGSE-NMR en la ecuación de Nernst-Einstein para determ ina r el
correlacionar con el comportamiento de transporte iónico. Se
valor de la conductiv idad ión ica molar A RMN a partir de los datos
logra corre lac ionar el coefi ciente de d ifusi ón, Do' obtenido de
experimenta les de difusión de cada un o de los iones:
mediciones de co ndu ctiv idad, con el coeficiente de autodifusión, D, obtenido mediante mediciones de RMN, donde D ~ H R Do'
La constante de Haven, H R, brinda información sobre el ca rácter
o
iónico del líquido ióni co (Noda 2000). Otra forma de determinar esta constante es a parti r de mediciones de conduct iv idad
iónica emp leando co ndu ct iv idad ió ni ca molar calcula<;i.o del
donde NAvog'dm
coeficiente de autod ifusión, A RMN , y la conductividad iónica molar
calculada a parti r de condu ctividad ión ica y densidad, A. Así, la
es el número de Avogadro, e es la carga eléctrica de cada ion , F
constante de H aven H R queda expresada como
es la constante de Faraday, k B es la constante de Boltzmann, y R
es la constante universal de los gases.
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Perspectiva futuras para los líquidos iónicos
¿Cómo se procede a disolver un biomaterial en un líquido
iónico, y qué propiedades debe tener este líquido? El biomate-
En esta sección se hace mención a algu nas tendencias que se
rial debe ser modificado químicamente para poder ser disuelto
vislumbran en un futuro cercano en los estud ios y aplicaciones
en el líquido iónico, y además, este líquido debe ser diseñado
de los líqui dos iónicos.
apropiadamente para ello.
En cuanto al diseño de los líquidos ión icos (Fujita 2005) hay
Uso de líquidos iónicos en la síntesis de compuestos organometálicos ultrapuros para deposiciones evo y de ALO.
interés en su uso para disolver AON. Este ácido nucléico puede
ser usado como un material conductor de electrones (Murphy
1993) y de iones (N ish imura 2002), y como base para la elabora-
Investigadores de Rohm and Haas Campan y han patentado un
ción de materiales electro lumini scentes y otras ap li caciones
proceso de síntesis de compuestos organometál icos ultrapuros (ma-
(Wang 2001). Oavis et. al (Robinson 2003) han logrado disolver
yor a 99.99% de pureza) mediante la reacción entre una sal metáli-
AON en ciertos líquidos iónicos.
ca y un agente alqui lante dentro de un dispositivo de microcanales,
que puede emplear líquidos iónicos como medio de reacción, y
donde el compuesto organométalico obtenido es apropiado para
Los líquidos iónicos a bajas temperaturas
apl icaciones de deposición química a vapor (Chemical Vapor Oeposition, evO) o de capas atómicas (Atomic Layer Oepositi on, ALO).
El término líquido iónico fue introducido por Walden en 1914
(Endres 2008), y así como alguna vez se desplazó el interés por
estudiar RTILs en lugar de sales inorgánicas fundidas, actualmente
Baterías de metal-aire
ya se inician los estudios de la formación y propiedades de los
llamados líquidos iónicos a bajas temperaturas, aque ll os que
El grupo del profesor C. Friesen en la Universidad Estatal de
permanecen como líquidos hasta llegar a -100 oC (Borra 2007),
Arizona (EE.UU) proyecta producir una batería a base de metal-
siendo uno de sus primeros campos de ap li cación la formación
aire, cuyo funcionamiento será posible gracias a sus componentes
de materiales ópticos para dispositivos astronómicos.
de líquidos iónicos que fI uyen por convección en dirección ortogonal a los electrodos (Friesen 2009). Tal batería superaría en rendimiento a aquellas a base de iones litio y a un costo mucho menor.
Los líquidos iónicos y la eco toxicidad
También sostienen que ello significaría un cambio sustancial en la
industria de las baterías y fuentes alternativas de energía.
Otro factor importante a considerar en cuanto a una eventual
popu larización de los líquidos iónicos, tiene que ver con cuán
tolerable sea el medio ambiente con estos compuestos. Pese a
Líquidos iónicos en la bioelectroquímica
su reconocimiento como un agente importante dentro de la química verde, los líquidos iónicos pueden ll egar a ser tanto o más
Si bien los líquidos ión icos pueden func ionar como excelen-
tóxicos que los solventes orgánicos VOCs a los que reemplaza-
tes solventes en el campo de la bioe lectroquímica, hay que to-
rían. Ciertos estudios (Pretti 2006) revelan la toxicidad que es-
mar en cuenta cond iciones muy especiales para poder disolver
tos compuestos pueden infl igir a la fauna acuática, y es por ello
la mayoría de los biomateriales que contengan proteínas y enz i-
que se va perfilando también la investigación dirigida al trata-
mas, puesto que suelen organizarse en estructuras altamente
miento fina l o degradac ión de los líquidos iónicos (Zhao 2007,
ordenadas de numerosos grupos funcionales (Fujita 2005). Uno
Ranke 2007) . Un ejemplo de este tipo de estudio consiste en la
de los sistemas más estudiados en este campo la constituye la
degradación oxidativa bajo ultrasonido de cationes de alqui limi-
lipasa, una enzima que es soluble en so lventes acuosos, orgáni-
dazo li o en residuos inocuos (Li 2007).
cos y líquidos iónicos. Al ser la lipasa una enzima muy estable,
puede cata li zar la hidrólisis de lípidos.
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