Katsetades ioonsete vedelikega, arvesta, et klaasanum võib tulemustesse lisada ka “mäekristalle”

Autor: Raul Välbe

Ioonsed vedelikud (IL) on madala sulamistäpiga ioonidest koosnevad vedelad soolad. IL-id on leidnud kasutust paljudes rakendustes tänu suurepärastele omadustele nagu hea elektrijuhtivus, praktiliselt puuduv aururõhk ning keskkonnasõbralikkus [1]. Viimastel aastatel on teatud ioonsete vedelike stabiilsus ja ohutus keskkonna suhtes olnud uurimuse keskmes ning paljud seni kehtinud väited on sattunud küsimärgi alla [2].

Oma eksperimentides IL-idega kasutasime klaasanumaid, teades, et kõikjal  säilitatakse ja transporditakse IL-e samast materjalist taaras. Eksperimenteerides erineva konsentratsiooniga IL-vesilahustega selgus, et nädalate-kuude jooksul toatemperatuuril IL laguneb, tekib sade – kristallid, kuid nagu peagi selgus, ei olnud meil tegu kristallidega klassikalises mõttes.

Optiliste mikroskoobi kujutiste järgi oli sarnasus mäekristalliga ilmne ja võis arvata, et meil on tegemist korrapäraste homogeensete heksagonaalsete kristallidega (Joonis 1.). Üllatus saabus kristalli mehhaanilisel lõhestamisel, mis lihtsalt haamrilöögi mõjul vajusid kokku.   Abinõuna selle vastu kuumutati kristallid 100 ^oC-ni ning jahutati järsult maha vedela lämmastiku temperatuurini. Selline termiline šokk lõhestas kristallid. Suure lahutusega elektronmikroskoobiga vaadeldes selgus, et mõnemillimeetrise pikkusega heksagonaalsed kristallid koosnevad tegelikult väikestest kristalliitidest.

Asja olemuse selgitamiseks rakendasime infrapunaspektroskoopia, massispektroskoopia , Raman spektroskoopia, termogravimeetria , ning röntgenspektroskoopia meetodeid  püstitades hüpoteesi  uudsetest hübriidkristallidest. Liitstruktuure kirjeldasime  elektrostaatilise interaktsiooni mudeliga, kus negatiivselt laetud fluoori aatomid interakteeruvad IL-i imidasooliumi positiivselt laetud ioonidega (Joonis 2.). Sellest järeldame, et just IL on siduvaks jõuks selliste struktuuride kokku kasvamisel liitkristalliks [Allikas]. Elementanalüüs näitas, et  meil on tegeimst Na₂SiF₆ ja ioonvedeliku kihilise hübriidkristalliga.

See nähtus on huvitav eekätt oma uudsete tunnetuslike väärtuste poolest, olles ühtlasi hoiatuseks, et ka lühemaajalised katsed võivad olla häiritud ioonvedeliku reaktsioonidest klaasanumaga. Sellisel  kahekomponendilisel materjalil loodame leida uudseid rakendusi, tänu elektrit juhtivale ioonele vedelikule naatriumheksafluorosilikaadi kristalliitide vahel.

Allikas: R. Välbe, U. Mäeorg, A. Lõhmus, V. Reedo, M. Koel, A. Krumme, V. Kessler, A. Hoop A. E. Romanov. A novel route of synthesis of sodium hexafluorosilicate two component cluster crystals using BF₄^– containing ionic liquids Journal of Crystal Growth 361 51–56 (2012).

Viited

1. M. Freemantle. An Introduction to Ionic Liquids Royal Society of Chemistry Cambridge, (2009).

2.  A. W. Taylor, K. R. J. Lovelock, R. G. Jones, P. Licence. Borane-substituted imidazol-2-ylidenes: syntheses in vacuo Dalton Trans. 40 1463 (2011).