Wat is een ionische vloeistof

Inleiding

Ionische vloeistoffen kunnen gebruikt worden om verschillende ionen (geladen deeltjes) uit water te verwijderen. Het verwijderen van deze ionen is logischerwijs noodzakelijk, aangezien sommige metalen uit vervuild water erg slecht zijn voor je lichaam. In je drinkwater wil je geen schadelijke (metaalionen). Maar wat zijn ionische vloeistoffen dan precies. Waar zijn ze uit opgebouwd en hoe werken ze?

Een ionische vloeistof

Een ionische vloeistof is heel simpel gezegd een gesmolten zout. Het is gesmolten, dus het is een vloeistof. Dit verklaart al een deel van de naam. Het deel ‘’ionisch’’ duidt op de losse ionen waarin een zout uit elkaar valt wanneer het smelt. Een zout is een combinatie van positieve en negatieve ionen. Deze ladingen heffen elkaar normaal gesproken op. Wanneer je een zout verwarmt om het te laten smelten, gaan de ionen steeds sneller trillen. Bij een bepaalde temperatuur trillen de ionen zo hard, dat de ionbinding wordt verbroken. Dit zorgt ervoor dat er in de vloeistof vanaf dan zowel positieve als negatieve deeltjes voorkomen. Meestal wordt er niet gesproken over positieve en negatieve deeltjes, maar over:

Anion: een negatief geladen ion.
Kation: een positief geladen ion.

Aangezien alle zouten kunnen smelten, lijkt het wellicht dat ieder zout een ionische vloeistof kan vormen. Dit is echter niet het geval. Alleen wanneer een zout bij kamertemperatuur (of ietsjes hoger) gesmolten is, mag er gesproken worden van een ionische vloeistof. Ionische vloeistoffen heten in het Engels ‘’ionic liquids’’. Vandaar dat ze ook vaak als IL worden aangeduid.

Eigenschappen

Ionische vloeistoffen zijn voor veel onderzoekers erg interessant om mee te werken. Ze hebben namelijk een aantal voordelige eigenschappen.

Ionische vloeistoffen zijn niet ontvlambaar. Dit wil zeggen dat ze niet in brand vliegen als ze met een vlam in aanraking komen. Met het oog op veiligheid voor de personen die ermee moeten werken, is dit erg fijn.
Ionische vloeistoffen zijn in staat om veel warmte op te nemen. Anders gezegd, de soortelijke warmte van ionische vloeistoffen is hoog.
In ionische vloeistoffen kunnen veel verschillende soorten chemische verbindingen oplossen: organische en anorganische stoffen en ook polaire en apolaire verbindingen.
De meeste ionische vloeistoffen zijn over een erg groot temperatuurbereik vloeibaar en daardoor breed inzetbaar.
Ionische vloeistoffen zijn erg ‘’soepel’’ en niet ‘’stroperig’’. Ionische vloeistoffen hebben dus een lage viscositeit. Het is gemakkelijker om met zogezegde soepele stoffen te werken dan met stroperige.
Ionische vloeistoffen kunnen op een relatief eenvoudige manier gefabriceerd worden.

Veel van deze eigenschappen zijn erg gunstig bij wetenschappelijk onderzoek. Iedere ionische vloeistof, ieder anion en kation, heeft weer andere eigenschappen. Zo heeft iedere stof een ander smeltpunt, is de ene hydrofiel en de andere hydrofoob enzovoorts. Wetenschappers hebben hierdoor de luxe om de anionen en kationen te kiezen met de eigenschappen die het best aansluiten op hun onderzoek.

Werking

Ionische vloeistoffen kunnen gebruikt worden als oplosmiddel bij extractie. Extractie is een scheidingsmethode die onder andere gebruikt kan worden bij de demineralisering van verontreinigd water. Zo kunnen dus onder andere voor mensen schadelijke metalen uit het water worden geëxtraheerd zodat het water uiteindelijk drinkbaar wordt voor mensen. Hieronder staat beschreven hoe extractie in het algemeen in zijn werk gaat.

De manier van extractie waar ionische vloeistoffen bij gebruikt kunnen worden, is vloeistof-vloeistofextractie. Bij deze scheidingsmethode wordt een afvalstof (zoals opgeloste metalen) uit een vloeistof (in dit geval water) verwijderd. Deze verwijdering gaat met behulp van een andere vloeistof, de extractievloeistof ofwel het oplosmiddel. Naast het oplosmiddel is voor eenvoudige extractie ook nog een scheitrechter nodig. De volgende stappen moeten genomen worden voor een goede extractie:

De te behandelen vloeistof, een waterige vloeistof, wordt in een scheitrechter gegoten.
Hieraan wordt vervolgens extractievloeistof/oplosmiddel toegevoegd. De stof die je wilt verwijderen, bijvoorbeeld een schadelijk metaal, moet hierin op kunnen lossen. In ons geval is de extractievloeistof een ionische vloeistof.
De scheitrechter wordt goed geschud zodat de opgeloste metalen in contact kunnen komen met de ionische vloeistoffen. De metalen zullen zich nu in de ionische vloeistoffen oplossen en dus uit de waterige oplossing verdwijnen.
Na het mengsel een tijd te laten bezinken, ontstaat een tweelagensysteem. De ene laag is de te behandelen vloeistof. De andere laag is de extractievloeistof met daarin de afvalstoffen opgelost. De vloeistof met de hoogste dichtheid vormt de onderste laag.
Het kraantje onderaan de scheitrechter wordt opengedraaid zodat één van de twee vloeistoflagen weg kan lopen. Zo houd je uiteindelijk een ‘’gereinigde’’ stof over en een extractievloeistof met daarin opgeloste afvalstoffen. Ook kan één laag worden verwijderd met een pipetje.

Extractie is een scheidingsmethode die berust op oplosbaarheid van de afvalstoffen. Omdat in ionische vloeistoffen erg veel verschillende (afval)stoffen op kunnen lossen, kunnen IL’s vaak worden gebruikt als extractievloeistof.

Conclusie

Een ionische vloeistof is een gesmolten zout. Een IL wordt vaak gebruikt bij scheidingsmethodes, bijvoorbeeld bij het scheiden van afvalstoffen uit water. De ionische vloeistof wordt daarbij toegevoegd aan het verontreinigde water. Vervolgens wordt het geheel geschud waardoor de afvalstoffen op zullen lossen in de ionische vloeistof. Wat overblijft is schoon water! Ionische vloeistoffen worden zo vaak gebruikt bij de reiniging van vloeistoffen zoals water.