Sali fusi e liquidi ionici
Il riscaldamento di un sale al suo punto di fusione produce un sale fuso. Se riscaldassimo un campione di NaCl solido al suo punto di fusione di 801°C, ad esempio, si scioglierebbe per dare un liquido stabile che conduce elettricità. Le caratteristiche dei sali fusi diverse dalla conduttività elettrica sono la loro elevata capacità termica, la capacità di raggiungere temperature molto elevate (oltre 700°C) come liquido e l’utilità come solventi a causa della loro tossicità relativamente bassa.
I sali fusi hanno molti usi nell’industria e nel laboratorio. Ad esempio, nelle torri di energia solare nel deserto della California, gli specchi raccolgono e mettono a fuoco la luce solare per fondere una miscela di nitrito di sodio e nitrato di sodio. Il calore immagazzinato nel sale fuso viene utilizzato per produrre vapore che aziona una turbina a vapore e un generatore, producendo così elettricità dal sole per la California meridionale.
A causa della loro bassa tossicità e dell’elevata efficienza termica, i sali fusi sono stati utilizzati anche nei reattori nucleari per consentire il funzionamento a temperature superiori a 750°C. Un prototipo di reattore testato nel 1950 utilizzava un combustibile e un refrigerante costituito da sali di fluoro fusi, tra cui NaF, ZrF4 e UF4. I sali fusi sono anche utili nei processi catalitici come la gassificazione del carbone, in cui carbonio e acqua reagiscono ad alte temperature per formare CO e H2.
I sali fusi sono buoni conduttori elettrici, hanno un’elevata capacità termica, possono mantenere una temperatura elevata come liquido e sono relativamente non tossici.
Sebbene i sali fusi si siano dimostrati molto utili, più recentemente i chimici hanno studiato le caratteristiche dei liquidi ionici, sostanze ioniche che sono liquide a temperatura e pressione ambiente. Queste sostanze sono costituite da piccoli anioni simmetrici, come PF6 – e BF4 -, combinati con cationi organici più grandi e asimmetrici che impediscono la formazione di una struttura altamente organizzata, con conseguente basso punto di fusione. Variando il catione e l’anione, i chimici possono adattare il liquido alle esigenze specifiche, come l’utilizzo di un solvente in una determinata reazione o l’estrazione di molecole specifiche da una soluzione. Ad esempio, un liquido ionico costituito da un catione ingombrante e da anioni che legano contaminanti metallici come gli ioni mercurio e cadmio può rimuovere quei metalli tossici dall’ambiente. Un approccio simile è stato applicato per rimuovere l’uranio e l’americio dalle acque contaminate dai rifiuti nucleari.
I liquidi ionici sono costituiti da piccoli anioni simmetrici combinati con cationi asimmetrici più grandi, che producono una sostanza altamente polare che è un liquido a temperatura e pressione ambiente.
L’interesse iniziale per i liquidi ionici si concentrò sul loro uso come alternativa a bassa temperatura ai sali fusi nelle batterie per missili, testate nucleari e sonde spaziali. Ulteriori ricerche hanno rivelato che i liquidi ionici avevano altre proprietà utili-ad esempio, alcuni potrebbero sciogliere la gomma nera dei pneumatici scartati, permettendone il recupero per il riciclaggio. Altri potrebbero essere usati per produrre composti organici commercialmente importanti ad alta massa molecolare, come polistirolo e plexiglas, a velocità 10 volte più veloci rispetto ai metodi tradizionali.