Електрична провідність розчинів [BMIM][BF4] в пропілен карбонаті в широкому інтервалі концентрацій

doi:10.26565/2220-637X-2014-24-06

Anastasia V. Ryabchunova Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0001-9373-799X
Alexander V. Kyrychenko Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-6223-0990
Oleg N. Kalugin Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0003-3273-9259

DOI: https://doi.org/10.26565/2220-637X-2014-24-06

Ключові слова: пропіленкарбонат, 1-бутил-3-метилімідазолія тетрафлуороборат, електропровідність, асоціація, іонна рідина, квазіграткова модель

Анотація

Наведено результати кондуктометричного дослідження розчинів тетрафлуоробората 1-бутил-3-метилiмiдазолiю [BMIM][BF₄] в пропіленкарбонаті (ПК) в інтервалі концентрацій від 1∙10^-3 до 0.5 моль/дм³ при температурах 5, 15, 25, 35, 45, 55, 75, 95, 115 °С. За експериментальними кондуктометричними даними в розведеній області за допомогою рiвняння Лі-Уітона розраховані значення граничних молярних електричних провідностей (ЕП) та констант іонної асоціації [BMIM][BF₄] в ПК. Встановлено, що вивчений електроліт в ПК характеризується слабкою асоціацією. Проаналізована застосовність квазіграткової моделі розчинів для опису концентраційної залежності молярної ЕП. Виявлено, що верхня межа застосовності квазіграткової моделі знижується з ростом температури від 2.2 моль/дм³ (при 5 °С) до 1.1 моль/дм³ (при 115 °С). Встановлено, що концентраційна залежність питомої ЕП в широкому інтервалі добре описується емпіричним рівнянням Кастіла-Аміса. Знайдені з його допомогою значення максимальної питомої ЕП [BMIM][BF₄] в ПК можуть бути із задовільною точністю прогнозовані в рамках квазіграткової моделі розчинів за значеннями граничної молярної ЕП.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

Torimoto T., Tsuda T., Okazaki K. I., Kuwabata S. New frontiers in materials science opened by ionic liquids // Adv. Mater. - 2010. - Vol. 22. Iss. 11. - P. 1196-1221.

Patel D. D., Lee J.-M. Applications of ionic liquids // Chem. Rec. - 2012. - Vol. 12. Iss. 3 - P. 329-355.

Wang H., Wang J., Zhang S., Pei Y., Zhuo K. Ionic association of the ionic liquids [C4mim][BF4], [C4mim][PF6], and [Cnmim]Br in molecular solvents // Chem. Phys. Chem. - 2009. - Vol. 10. - P. 2516-2523.

Běster-Rogăc M., Stoppa A., Hunger J., Hefter G., Buchner R. Association of ionic liquids in solution: a combined dielectric and conductivity study of [Bmim][Cl] in water and in acetoni-trile // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2011. - Vol. 13. - P. 17588-17597.

Kalugin O.N., Voroshylova Iu. V., Riabchunova A.V., Lukinova E.V., Chaban V.V. Conduc-tometric study of binary systems based on ionic liquids and acetonitrile in a wide concentra-tion range // Electrochim. Acta - 2013. - Vol. 105. - P. 188-199.

Běster-Rogăc M., Stoppa A., Buchner R. Ion Association of Imidazolium Ionic Liquids in Acetonitrile // J. Phys. Chem. B - 2014. - Vol. 118. Iss. 5. - P. 1426-1435.

Gupta S., Chatterjee A., Das S., Basu B. Electrical conductances of 1-butyl-3-propylimidazolium bromide and 1-butyl-3-propylbenzimidazolium bromide in water, metha-nol, and acetonitrile at (308, 313, and 318) K at 0.1 MPa // J. Chem. Eng. Data - 2013. - Vol. 58. Iss. 1. – P. 1-6.

Jan R., Rather G. M., Bhat M. A. Association of Ionic Liquids in Solution: Conductivity Stud-ies of [BMIM][Cl] and [BMIM][PF6] in Binary Mixtures of Acetonitrile + Methanol // J. So-lution Chem. - 2013. - Vol. 42. - P. 738-745.

Roy M. N., Dewan R., Ekka D., Banik I. Probing molecular interactions of ionic liquid in in-dustrially important solvents by means of conductometric and spectroscopic approach // Thermochim. Acta - 2013. - Vol. 559. - P. 46-51.

Sadeghi R., Ebrahimi N. Ionic association and solvation of the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride in molecular solvents revealed by vapor pressure osmometry, conductometry, volumetry, and acoustic measurements // J. Phys. Chem. B - 2011. - Vol. 115. Iss. 45. - P. 13227-13240.

Nishida T., Tashiro Ya., Yamamoto M. Physical and electrochemical properties of 1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate for electrolyte // J. Fluorine Chem. - 2003. - Vol. 120. Iss. 2. - P. 135–141.

Jarosik A., Krajewski, S.R., Lewandovski A., Radzimski P. Conductivity of ionic liquids in mixtures // J. Mol. Liq. - 2006. - Vol. 123. - P. 43-45.

Stoppa A., Hunger J., Buchner R. Conductivities of binary mixtures of ionic liquids with polar solvents // J. Chem. Eng. Data - 2009. - Vol. 54. - P. 472.

Wang Jia., Zhang S., Wang H., Pei Yua. Apparent Molar Volumes and Electrical Conductance of Ionic Liquids [Cnmim]Br (n = 8, 10, 12) in Ethylene Glycol, N,N-Dimethylformamide, and Dimethylsulfoxide at 298.15 K // J. Chem. Eng. Data - 2009. - Vol. 54. - P. 3252-3258.

Vraneš M., Zec N., Tot A., Papović S., Dožić S., Gadžurić S. Density, electrical conductivity, viscosity and excess properties of 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide + propylene carbonate binary mixtures // J. Chem. Thermo-dyn. - 2014. - Vol. 68. - P. 98-108.

Justice J. C. Conductance of Electrolyte Solutions. N -Y .L. 1983 - Vol. 5. ch. 3 - P. 233-237.

Lee W.H., Wheaton R.J. Conductance of symmetrical, unsymmetrical and mixed electrolytes. Part 1. - Relaxation terms // J. Chem. Soc., Faraday Trans. II. - 1978. - Vol. 74. No. 4. - P. 743-766.

Lee W.H., Wheaton R. J. Conductance of symmetrical, unsymmetrical and mixed electrolytes. Part 2. - Hydrodynamic terms and complete conductance equation // J. Chem. Soc., Faraday Trans. II. - 1978. - Vol. 74. No. 8. - P. 1456-1482.

Lee W. H., Wheaton R. J. Conductance of Symmetrical, Unsymmetrical and Mixed Electro-lytes. 3. Examination of New Model and Analysis of Data for Symmetrical Electrolytes // J. Chem. Soc., Faraday Trans. II. - 1979. - Vol. 75. No. 8. - P.1128-1145.

Villullas H.M., Gonzalez E.R. A General Treatment for the Conductivity of Electrolytes in the Whole Concentration Range in Aqueous and Nonaqueous Solutions // J. Phys. Chem. B - 2005. - Vol. 109. - P. 9166-9173.

Chagnes A., Carré B., Willmann P., Lemordant D. Ion transport theory of nonaqueous electro-lytes. LiClO4 in γ-butyrolactone: the quasi lattice approach. // Electrochim. Acta. - 2001. - Vol. 46. - P.1783 - 1791.

Chagnes A., Carré B., Willmann P., Lemordant D. Modeling viscosity and conductivity of lithium salts in γ-butyrolakton // J. Pow. Sour. - 2002. - Vol. 109. - P. 203 - 213.

Kuratani K., Uemura N., Senoh H., Takeshita H.T., Kiyobayashi T. Conductivity, viscosity and density of MClO4 (M=Li and Na) dissolved in propylene carbonate and γ-butyrolactone at high concentrations // J. Pow. Sour. -2013.- Vol. 223. - P. 175-182.

Varela L.M., Carrete J., García M., Gallego L.J., Turmine M., Rilo E., Cabeza O. Pseudolat-tice theory of charge transport in ionic solutions: Corresponding states law for the electric conductivity // Fluid Phase Equilibr. - 2010. - Vol. 298. - P. 280-286.

Lukinova E.V., Kalugin O.N., Novikova A. Yu // Visn. Hark. nac. univ. - 2005. - No. 648. Ser. Him. Iss. 12 (35) - P. 177-180. [ISSN 2220-637648 (print), ISSN 2220-6396 (online), http://chembull.univer.kharkov.ua/] [in Russian].

Lukinova E.V., Kalugin O.N. // Visn. Hark. nac. univ. - 2009. - No. 870. Ser. Him. Iss. 17 (40) - P. 178-184. [ISSN 2220-637870 (print), ISSN 2220-6396 (online), http://chembull.univer.kharkov.ua/archiv/2009/16.pdf] [in Russian].

Casteel J.F., Amis E.S. Specific Conductance of Concentrated Solutions of Magnesium Salts in Water-Ethanol System // J. Chem. Eng. Data - 1972. - Vol. 17. No. 1 - P. 55-59.

Ue M. Mobility and Ionic Association of Lithium and Quaternary Ammonium Salts in Propyl-ene Carbonate and γ-Butyrolactone // J. Electrochem. Soc. -1994. - Vol. 141. No.12. - Р. 3336-3342.

Barthel J., Feuerlein F., Neueder R., Wachter R. Calibration of conductance cells at various temperatures // J. Solution Chem. - 1980. - Vol. 9. No. 3. - P. 209-219.

Liu W., Cheng L., Zhang Yu., Wang H., Yu M. The physical properties of aqueous solution of room-temperature ionic liquids based on imidazolium: Data base and evaluation // J. Mol. Liq. – 2008. - Vol. 140. - P. 68-72.

Wang J., Tian Y., Zhao Y, Zhuo K. A volumetric and viscosity study for the mixtures of 1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ionic liquid with acetonitrile, dichloromethane, 2-butanone and N, N – dimethylformamide // Green Chem. - 2003. – Vol. 5. - P. 618-622.

Barthel J. Dielectric Properties of Propylene Carbonate and Propylene Carbonate Solutions / J. Barthel, F. Feuerlein // J. Solution Chem. - 1984.- Vol. 13. No. 6. - P. 393-417.

Harris K.R., Kanakubo M., Woolf L.A. Temperature and Pressure Dependence of the Viscos-ity of the Ionic Liquid 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate: Viscosity and Density Relationships in Ionic Liquids // J. Chem. Eng. Data - 2007. - Vol. 52. - P. 2425-2430.

Sánchez L.G., Espel J.R., Onink F., Meindersma G.W., de Haan A.B. Density, Viscosity, and Surface Tension of Synthesis Grade Imidazolium, Pyridinium, and Pyrrolidinium Based Room Temperature Ionic Liquids // J. Chem. Eng. Data - 2009. - Vol. 54. - P. 2803-2812.

Jacquemin J., Husson P., Padua A. A. H., Majer V. Density and viscosity of several pure and water-saturated ionic liquids // Green Chem. - 2006. - Vol. 8. - P. 172-180.

Bockris J.O.'M., Reddy A.K.N. Modern Electrochemistry // Plenum, New-York and London second ed. 1998. - Vol. 1, Ionics, (Chapters 3 and 4). - P. 225-600.

Kalugin O.N., V’yunik I.N. // Rus. J. Gen. Chem. - 1989. - Vol. 59. No. 7. - P. 1628-1633. [ISSN: 1070-3632 (Print)] [in Russian].

Barthel J., Gores H.-J., Schmeer G., Wachter R. Non-Aqueous Electrolyte Solutions in Chem-istry and Modern Technology // Phys. and Theor. Chem., 1983 - Vol. 11. - P.33-144.