Geschmolzene Salze und ionische Flüssigkeiten

Durch Erhitzen eines Salzes auf seinen Schmelzpunkt entsteht ein geschmolzenes Salz. Wenn wir zum Beispiel eine Probe von festem NaCl auf ihren Schmelzpunkt von 801 ° C erhitzen, würde es schmelzen, um eine stabile Flüssigkeit zu erhalten, die Elektrizität leitet. Die Eigenschaften von geschmolzenen Salzen außer der elektrischen Leitfähigkeit sind ihre hohe Wärmekapazität, die Fähigkeit, sehr hohe Temperaturen (über 700 ° C) als Flüssigkeit zu erreichen, und die Nützlichkeit als Lösungsmittel aufgrund ihrer relativ geringen Toxizität.

Schmelzsalze haben viele Anwendungen in Industrie und Labor. Zum Beispiel sammeln und fokussieren Spiegel in Solarkraftwerken in der kalifornischen Wüste Sonnenlicht, um eine Mischung aus Natriumnitrit und Natriumnitrat zu schmelzen. Die in der Salzschmelze gespeicherte Wärme wird zur Erzeugung von Dampf verwendet, der eine Dampfturbine und einen Generator antreibt und so Strom aus der Sonne für Südkalifornien erzeugt.

Aufgrund ihrer geringen Toxizität und hohen thermischen Effizienz wurden geschmolzene Salze auch in Kernreaktoren verwendet, um den Betrieb bei Temperaturen von mehr als 750 ° C zu ermöglichen. Ein Prototypreaktor, der in den 1950er Jahren getestet wurde, verwendete einen Brennstoff und ein Kühlmittel, das aus geschmolzenen Fluoridsalzen bestand, einschließlich NaF, ZrF4 und UF4. Geschmolzene Salze sind auch in katalytischen Prozessen wie der Kohlevergasung nützlich, bei denen Kohlenstoff und Wasser bei hohen Temperaturen unter Bildung von CO und H2 reagieren.

Geschmolzene Salze sind gute elektrische Leiter, haben eine hohe Wärmekapazität, können eine hohe Temperatur als Flüssigkeit aufrechterhalten und sind relativ ungiftig.

Obwohl sich geschmolzene Salze als sehr nützlich erwiesen haben, haben Chemiker in jüngerer Zeit die Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten untersucht, ionischer Substanzen, die bei Raumtemperatur und -druck flüssig sind. Diese Substanzen bestehen aus kleinen, symmetrischen Anionen wie PF6− und BF4-, kombiniert mit größeren, asymmetrischen organischen Kationen, die die Bildung einer hochorganisierten Struktur verhindern, was zu einem niedrigen Schmelzpunkt führt. Durch die Variation des Kations und des Anions können Chemiker die Flüssigkeit an spezifische Bedürfnisse anpassen, z. B. die Verwendung eines Lösungsmittels in einer bestimmten Reaktion oder die Extraktion bestimmter Moleküle aus einer Lösung. Beispielsweise kann eine ionische Flüssigkeit, die aus einem sperrigen Kation und Anionen besteht, die Metallverunreinigungen wie Quecksilber- und Cadmiumionen binden, diese giftigen Metalle aus der Umwelt entfernen. Ein ähnlicher Ansatz wurde bei der Entfernung von Uran und Amerika aus durch Atommüll kontaminiertem Wasser angewendet.

Ionische Flüssigkeiten bestehen aus kleinen, symmetrischen Anionen in Kombination mit größeren asymmetrischen Kationen, die eine hochpolare Substanz erzeugen, die bei Raumtemperatur und -druck flüssig ist.

Das anfängliche Interesse an ionischen Flüssigkeiten konzentrierte sich auf ihre Verwendung als Niedertemperatur-Alternative zu geschmolzenen Salzen in Batterien für Raketen, Atomsprengköpfe und Raumsonden. Weitere Untersuchungen ergaben, dass ionische Flüssigkeiten andere nützliche Eigenschaften hatten — zum Beispiel könnten einige den schwarzen Gummi von weggeworfenen Reifen auflösen, so dass er für das Recycling zurückgewonnen werden kann. Andere könnten verwendet werden, um kommerziell wichtige organische Verbindungen mit hoher Molekularmasse wie Styropor und Plexiglas 10-mal schneller als herkömmliche Methoden herzustellen.