離子液體性質(zhì)，指的是離子液體的物理性質(zhì)（如熔點(diǎn)、黏度、密度、親水性）和化學(xué)特性（如熱穩(wěn)定性，是否易氧化）等,離子液體性質(zhì)經(jīng)過合適的陽離子和陰離子組合,可以在很寬的范圍內(nèi)改變。比如對(duì)水的相容性調(diào)變,對(duì)用作反應(yīng)介質(zhì)分離產(chǎn)物和催化劑非常有利。
這里通過一些性能數(shù)據(jù)說明離子液體的結(jié)構(gòu)和其物化性能間的關(guān)系：
密度
離子液體的密度也是由陰離子和陽離子共同決定的。陰離子對(duì)密度有著更多的影響,通常是陰離子越大,離子液體的密度也越大。通過對(duì)含不同取代基咪唑陽離子的氯鋁酸鹽的密度比較,密度與咪唑陽離子上N – 烷基鏈長(zhǎng)度呈線性關(guān)系,隨著有機(jī)陽離子變大,離子液體的密度變小。這樣可以通過陽離子結(jié)構(gòu)的輕微調(diào)整來調(diào)節(jié)離子液體的密度。因此要設(shè)計(jì)某種密度的離子液體,首先應(yīng)通過陰離子來確定大體范圍,然后通過改變陽離子對(duì)密度來細(xì)微調(diào)節(jié)。
熔點(diǎn)
熔點(diǎn)是離子液體的重要的性質(zhì)之一，對(duì)于工業(yè)有用的離子液體的熔點(diǎn)都必須低于室溫，甚至在-100℃都為液體狀態(tài)。通過對(duì)不同氯化物的熔點(diǎn)研究,發(fā)現(xiàn)陽離子的結(jié)構(gòu)特征對(duì)其熔點(diǎn)有主要的決定性作用。陽離子結(jié)構(gòu)越不對(duì)稱性,離子間相互作用力越小,陽離子電荷越均勻分布,則其熔點(diǎn)越低,陰離子體積增大,也會(huì)使熔點(diǎn)降低。
綜上所述,低熔點(diǎn)的離子液體的陽離子的特點(diǎn)是:弱的分子間作用力、低對(duì)稱性、陽離子電荷的均勻分布。
熱穩(wěn)定性
離子液體的熱穩(wěn)定性會(huì)受雜原子- 碳原子之間作用力和雜原子- 氫鍵之間作用力的限制,因此與組成的陽離子和陰離子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)密切相關(guān)。例如：通過氧化鋁測(cè)定，多種咪唑鹽離子液體的起始熱分解溫度多數(shù)在400 ℃左右, 同時(shí)也與陰陽離子的組成有很大關(guān)系。當(dāng)陰離子相同時(shí),咪唑鹽陽離子2位上被烷基取代時(shí),離子液體的起始熱分解溫度明顯提高;而3位氮上的取代基為線型烷基時(shí)較穩(wěn)定 。相應(yīng)的陰離子部分穩(wěn)定性順序?yàn)? PF6 >Beti > Im≈BF4 >Me≈AsF6 ≥I、Br、Cl。同時(shí),離子液體的水含量也對(duì)其熱穩(wěn)定性略有影響。
化學(xué)穩(wěn)定性
大多數(shù)離子液體化學(xué)穩(wěn)定性很好，難以燃燒,即使在較高的溫度(可達(dá)300℃)和真空度下也能保持穩(wěn)定的液態(tài)。但是這也不是不變的的，隨著功能離子的出現(xiàn)，我們也可以設(shè)計(jì)出易燃燒的離子液體。
溶解性
離子液體能夠溶解無機(jī)物、有機(jī)物、有機(jī)金屬化合物、聚合物、高聚物等不同物質(zhì),是很多化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)良溶劑，并幾乎沒有溶劑化和溶劑解現(xiàn)象。通過研究其溶解特性，可以讓我們更好的使用離子液體。離子液體的溶解性與其陽離子和陰離子的特性密切相關(guān)。離子液體中陽離子對(duì)溶解性的作用可由正辛烯在含相同甲苯磺酸根陰離子季銨鹽離子液體中的溶解性看出,隨著離子液體的季銨陽離子側(cè)鏈變大,即非polarity特征增加,正辛烯的溶解性隨之變大。所以,改變陽離子的烷基可以調(diào)整離子液體的溶解性。陰離子對(duì)離子液體溶解性的影響可由水在含不同[bmim] +陽離子的離子液體中的溶解性來發(fā)現(xiàn), [bmim] [CF3SO3]、[bmim] [CF3CO2]和[bmim] [C3F7CO2]與水是充分混溶的,而[bmim]PF6、[bmim] [(CF3SO2)2N]與水則形成兩相混合物。在20℃時(shí),飽和水在[bmim] [(CF3SO2)2N]中的含量?jī)H為1.4% ,這種離子液體與水相溶性的差距可用于液- 液提取的分離技術(shù)。大多數(shù)離子液體的介電常數(shù)超過一特征上限值時(shí),其與有機(jī)溶劑是完全混溶的。
酸堿性
離子液體的酸堿性實(shí)際上由陰離子的本質(zhì)決定。
可設(shè)計(jì)性
離子液體具有可設(shè)計(jì)性。通過不同的陰、陽離子組合或嫁接適當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán),可以調(diào)節(jié)離子液體的性質(zhì),設(shè)計(jì)出具有不同功能的離子液體,被稱為“可設(shè)計(jì)溶劑”
電化學(xué)穩(wěn)定電位窗
離子液體一般有良好的導(dǎo)電性和較寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗。電導(dǎo)率一般在10-3S·cm-1左右,電化學(xué)穩(wěn)定電位窗在4V左右。
綜上所述，離子液體性質(zhì)具有可設(shè)計(jì)性，經(jīng)過對(duì)合適的陽離子和陰離子組合,其性質(zhì)可以在很寬的范圍內(nèi)改變。我們既可以設(shè)計(jì)出熔點(diǎn)很高、黏度很高、密度很高、完全溶于水、熱穩(wěn)定性好，難以氧化的離子液體，也可以通過對(duì)離子液體陰陽離子的改變，從而設(shè)計(jì)出熔點(diǎn)很低、黏度很低、密度很低、完全不溶于水、熱穩(wěn)定性差，易氧化的離子液體。