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RÉSUMÉ
Les liquides ioniques forment une nouvelle classe de solvants dont les propriétés permettent de réaliser des conversions chimiques réputées difficiles ou impossibles à mener dans les solvants classiques. Dans cet article, il est question des applications électrochimiques de ces nouveaux solvants. Les propriétés des liquides ioniques sont passées en revue et plusieurs exemples d'applications sont traités comme la synthèse de métaux réducteurs, les dépôts électrolytiques, les conversions d'énergie, les applications électro-analytiques et celles qui concernent les matériaux nucléaires ainsi que les nanomatériaux. Des recommandations destinées à guider le lecteur qui souhaiterait modifier un procédé ou créer un nouveau procédé en faisant appel aux liquides ioniques sont formulées.
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André RAHIER : Docteur en Électrochimie appliquée - Chercheur indépendant, Wonck, Belgique
INTRODUCTION
Les liquides ioniques forment une nouvelle classe de solvants. Ce sont des sels fondus à une température inférieure à 100 °C. Ils possèdent des propriétés physico-chimiques intéressantes à plus d’un titre, et sont utilisés dans de nombreux domaines de pointe comme les synthèses organiques, la catalyse, la pharmacie, la métallurgie et bien d’autres encore. Cet article traite spécifiquement des applications qui font appel aux techniques et concepts électrochimiques au sens large : corrosion, énergie, électrodépôts, électrosynthèses et électrochimie analytique. Il n’est pas possible d’examiner tous les cas pratiques de façon exhaustive tant le nombre d’applications dans ces secteurs est élevé. De même, plusieurs milliers de liquides ioniques ont déjà fait l’objet d’études diverses et, théoriquement, il est possible d’en synthétiser encore plusieurs millions. Pour ces raisons, nous avons adopté une approche qui consiste à passer en revue les propriétés essentielles de ces nouveaux milieux réactionnels, à souligner les avantages et inconvénients des liquides ioniques par rapport aux solvants plus courants, à traiter des exemples qui montrent quels sont les compromis à accepter pour profiter au mieux de propriétés particulières, et enfin à fournir au lecteur une bibliographie, certes également non exhaustive, mais qui servira de point de départ en vue d’approfondir un aspect particulier ou un autre. Les propriétés examinées comprennent la conductivité électrique, la viscosité, les températures de fusion, de décomposition et de transition vitreuse, le domaine d’électroactivité, la densité et la tension superficielle.
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2. Classification des liquides ioniques
On classera les liquides ioniques selon les caractères suivants :
-
le caractère protique ou aprotique ;
-
la sensibilité à l’eau et à l’oxygène ;
-
les caractéristiques particulières des anions ;
-
la toxicité et l’impact potentiel sur l’environnement.
2.1 Caractère protique/aprotique
Un liquide ionique est protique s’il résulte du transfert d’un proton d’un acide vers une base au sens de Bronsted et si la proportion de sel non ionisé dans l’état liquide est inférieure à 1 %.
Le nitrate d’éthylammonium découvert par Walden et cité plus haut appartient à cette classe de liquide ionique. Curieusement, ce sont les liquides ioniques aprotiques qui ont été développés en premier et ce n’est que plus tard, en cherchant à rendre les liquides ioniques moins sensibles à l’eau, que l’on a enfin consacré les efforts nécessaires au développement de la famille protique. Cette famille est compatible avec l’eau. Cela signifie que le solvant ne subit pas de dégradation majeure par réaction avec l’eau. Cependant, la présence d’eau peut bien évidemment influencer (avantageusement ou non) les processus chimiques qui se déroulent en solution et modifier aussi les propriétés du solvant. On notera également que compatibilité ne signifie pas miscibilité complète comme nous le verrons dans la section consacrée aux applications nucléaires. Enfin, bien que le proton soit impliqué dans la formation des ions, il n’est pas libre pour autant. C’est le cation porteur du proton qui peut se déplacer, si bien que l’on ne peut pas conclure de façon certaine sur une conductivité électrique forcément élevée des liquides ioniques protiques. Au contraire, dans de tels liquides, tout comme dans l’eau, des ponts hydrogènes ont tendance à se former, ce qui provoque la formation d’agrégats avec une diminution subséquente de la conductivité électrique et une augmentation de la viscosité. La conductivité des liquides ioniques protiques reste toutefois légèrement supérieure à celle des liquides ioniques aprotiques. Leur viscosité est aussi un peu moins élevée et ils sont généralement meilleur marché. La plupart des liquides ioniques protiques possèdent...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CABANE (B.), HENON (S.) - Liquides, solutions, dispersions, émulsions, gels. - Belin (2007).
-
(2) - TREMILLON (B.) - La chimie en solvants non-aqueux. - Presses Universitaires de France (1971).
-
(3) - WENDT (H.), KEYSA (G.) - Génie électrochimique. Principes et procédés. - Dunod (2001). Traduit de l’anglais par Jean-François Fauvarque, Éric Agel et Patrice Simon.
-
(4) - WOH FOONG (C.), EINAR HUSTAD (J.), LOVSETH (J.), NYDAL (O.J.) - Numerical study of a high temperature latent heat storage (200 to 300 °C) using eutectic nitrate salt of sodium nitrate and potassium nitrate. - Actes de la Conférence COMSOL, Paris (2010).
-
(5) - GAUNE-ESCARD (M.) - Molten salts : from fundamentals to applications. - Acte de la Conférence NATO Advanced Study Institute on Molten Salts, Kas, Turquie (2001).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Banque de données physico-chimiques du NIST http://ilthermo.boulder.nist.gov/
Brochure ChemFiles, vol. 5, n° 6, Sigma Aldrich https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Aldrich/Brochure/al_chemfile_v5_n6.pdf
Site de la société Scionix http://www.scionix.co.uk/
Site de la société Dyesol http://www.dyesol.com/
Présentation générale des liquides ioniques en tant qu’électrolyte pour les cellules solaires à colorants : DESILVESTRO (H.) – Ionic Liquids – The Panacea for Dye Solar Cells ? http://www.dyesol.com/media/wysiwyg/Documents/dsc-resource-library/Ionic_liquids_The_Panacea_for_Dye_Solar_Cells-Dyesol-Hans-Desilvestro-2007.pdf
HAUT DE PAGE
ABBOTT Andrew P., DAVIES David L., CAPPER Glen, RASHEED Raymond K., TAMBYRAJAH Vasuki. – Ionic Liquids and their Use. US Patent App. n° US7196221B2, PCT/GB2001/004306 (2007)
ABBOTT Andrew P., DAVIES David L., CAPPER Glen, RASHEED Raymond K., TAMBYRAJAH Vasuki. – Ionic Liquids and their Use as Solvent. US Patent App. n° US7183433B2, PCT/GB2001/004300 (2007)
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