ساختار و ویژگی های ترمودینامیکی مایع های یونی بر پایه ایمیدازولیوم با آنیون دی سیانامید: مطالعه ی دینامیک مولکولی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده شیمی و پژوهشکده تغییر اقلیم و گرمایش زمین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

مایع ­های یونی بر پایه­ ی ایمیدازولیوم با آنیون دی­سیانامید، [N(CN)2]-، دارای دمای ذوب پایین، پایداری گرمایی و شیمیایی بالا، هدایت یونی بالا و گرانروی پایین هستند که آن­ ها را داوطلب­ های مناسبی در کاربردهای صنعتی گوناگون می­ کند. در این کار، ویژگی ­های ساختاری و ترمودینامیکی دو مایع یونی بر پایه­ ی کاتیون 1ـ آلکیل ـ 3 ـ متیل ­ایمیدازولیوم، [amim]+، (آلکیل = متیل و اتیل) و [N(CN)2]-با استفاده از شبیه ­سازی دینامیک مولکولی مطالعه شده است. میدان نیروی ناقطبیده تمام ـ اتم به کار برده شد تا اثرتغییر شاخه جانبی آلکیل از متیل به اتیل و دما بر رفتار مایع ­های  یونی بررسی شودکمیت ­هایی مانند تابع توزیع شعاعی، تابع توزیع فضایی، چگالی مایع یونی، ضریب انبساط گرمایی هم­فشار و آنتالپی تبخیر مولی مطالعه شدندچگالی مایع یونی [dmim][N(CN)2] در همه دماها بیش ­تر از [emim][N(CN)2] است که به علت تقارن نسبی بالاتر و انباشتگی بیش­ تر [dmim]+ در حالت مایع  است. با افزایش طول زنجیر آلکیل از متیل به اتیل، برهم­کنش­های الکتروستاتیک بین یون­ ها تضعیف شده و برهم­کنشهای واندروالسی بین یونی تقویت می­ شود و در نتیجه آنتالپی تبخیر کاهش می­ یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Lei Z., Chen B., Koo Y-M., MacFarlane D. R., Introduction: Ionic Liquids, Chem. Rev., 117(10): 6633-6635 (2017). This Article is Part of the Ionic Liquids Special Issue: 6633-7240.

[2] Wasserscheid P. and T. Welton T., (Eds.) Ionic Liquids in Synthesis, 2nd ed., Wiley-VCH: Weinheim, (2008).

[3] Seki S., Kobayashi T., Kobayashi Y., Takei K., Miyashiro H., Hayamizu K., Tsuzuki S., Mitsugi T., Umebayashi Y., Effects of Cation and Anion on Physical Properties of Room-Temperature Ionic Liquids, J. Mol. Liq., 152: 9-13 (2010).

[4] Yoshida Y., Baba O., Saito G., Ionic Liquids Based on Dicyanamide Anion: Influence of Structural Variations in Cationic Structures on Ionic Conductivity, J. Phys. Chem. B, 111: 4742-4749 (2007).

[5] Neves C. M. S. S.,  Kurnia K. A.,  Coutinho J. A. P.,  Marrucho I. M., Lopes J. N. C., Freire M. G., Rebelo L. P. N., Systematic Study of the Thermophysical Properties of Imidazolium-Based Ionic Liquids with Cyano-Functionalized Anions, J. Phys. Chem. B, 35: 10271-10283 (2013).

[6] Weber H., Kirchner B., Complex Structural and Dynamical Interplay of Cyano-Based Ionic Liquids, J. Phys. Chem. B, 120: 2471−2483 (2016).

[7] Kiefer J., Noack K., Penna T. C., Ribeiro M. C. C., Weber H., Kirchner B., Vibrational Signatures of Anionic Cyano Groups in Imidazolium Ionic Liquids, Vib. Spectrosc., 91: 141-146 (2017).

[8] Koller T.M., Ramos J., Schulz P.S., Economou I.G., Rausch M.H., Fröba A.P., Thermophysical Properties of Homologous Tetracyanoborate-Based Ionic Liquids Using Experiments and Molecular Dynamics Simulations, J. Phys. Chem. B, 121:4145-4157 (2017).

[9] Lopes J.N.C., Deschamps J., Pádua A. A. H., Modeling Ionic Liquids Using a Systematic All-Atom Force Field, J. Phys. Chem. B, 108: 2038-2047 (2004).

[10] Lopes J. N. C., Deschamps J., Padua A. A. H., Molecular Force Field for Ionic Liquid III: Imidazolium, Pyridinium, and Phosphonium Cation; Chloride, Bromide, and Dicynamide Anion, J. Phys. Chem. B,110: 19586-19592 (2006).

[11] Nośe S., A Unified Formulation of the Constant Temperature Molecular Dynamics Methods, J. Chem. Phys., 81: 511-519 (1984).

[12] Smith W., Forester T. R., Todorov I.T., “The DL_POLY Molecular Simulation Package, Version 2.18”, Daresbury laboratory: Daresbury, U.K. (2007).

[13] کشاورزی، ع.، "ترمودینامیک آماری سیالات ماکروسکوپی و محدود شده در فضای نانو"، جهاد دانشگاهی، دانشگاه صنعتی اصفهان، چاپ اول (1390).

[14] Brehm M., Kirchner B., TRAVIS - A Free Analyzer and Visualizer for Monte Carlo and Molecular Dynamics Trajectories, J. Chem. Inf. Model, 51: 2007–2023 (2011).

[15] Humphrey W., Dalke A., Schulten K., VMD: Visual Molecular Dynamics, J. Mol. Graphics, 14: 33-38 (1996).

[16] Bedrov D., Borodin O., Thermodynamic, Dynamic, and Structural Properties of Ionic Liquids Comprised of 1-Butyl-3-methylimidazolium Cation and Nitrate, Azide, or Dicyanamide Anions, J. Phys. Chem. B, 114:12802–12810 (2010).

[17] Kowsari M. H., Fakhraee M., Alavi S., Najafi B., Molecular Dynamics and Ab Initio Studies of the Effects of Substituent Groups on the Thermodynamic Properties and Structure of Four Selected Imidazolium-Based [Tf2N]- Ionic Liquids, J. Chem. Eng. Data, 59: 2834-2849 (2014).

[18] Cervinka C., Padua A. A. H., Fulem M., Thermodynamic Properties of Selected Homologous Series of Ionic Liquids Calculated Using Molecular Dynamics, J. Phys. Chem. B, 120: 2362−2371 (2016).

[19] Lovelock K. R. J., Deyko A., Corfield J., Gooden P. N., Licence P., Jones R. G., Vaporisation of a Dicationic Ionic Liquid, Chem. Phys. Chem., 10: 337 – 340 (2009).