Les liquides ioniques présentent un certain nombre de propriétés et de caractéristiques sélectives qui justifient leur appartenance à cette famille, et font d’eux des composés de choix pour un très grand nombre d’applications [169, 170]. Les caractéristiques importantes sont :
- Température de fusion :
Comme mentionné précédemment, les liquides ioniques présentent des températures de fusion inférieure à 100 °C [171, 172]. La température de fusion d’un certain nombre de liquides ioniques est donnée dans le tableau 19.
Ionic liquid Melting point (°C) (dried)
[C4mim][Cl] 41 [C4mim][I] -72 [C4mim][PF6] 10 [C4mim][Tf2N] [C1mim][AlCl4] 125 [C2mim][AlCl4] 84 [C3mim][AlCl4] 60 [C4mim][AlCl4] 65 [C2mim][NO3] 38 [C2mim][CH3CO2] 45 [C2mim][PF6] 58-60 [C2mim][TfO] 9 [C3mim][PF6] 40 [C4mim][BF4] -81 [C6mim][PF6] -61
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- Volatilité :
Les liquides ioniques présentent des pressions de vapeur saturantes très faibles corrélées à des températures d’ébullition plus hautes que leurs températures de décomposition à pression atmosphérique [173]. Néanmoins, pour une certaine famille de liquides ioniques, une distillation est possible à 200-300 °C sous une pression réduite sans décomposition [174].
- Inflammabilité :
Typiquement, les liquides ioniques sont considérés comme non inflammables. Ce qui constitue une alternative aux solvants organiques du fait notamment de leurs non volatilités. Néanmoins, une combustion de ces liquides ioniques est possible [175]. - Stabilité chimique et thermique :
Les mesures thermogravimétriques indiquent, pour la plus part des liquides ioniques, des températures de décomposition supérieures à 350 °C. Néanmoins des liquides ioniques à base de cation phosphonium, par exemple, avec un anion bis(trifluorométhylsulfonyl)amide (NTF2-) se décomposent complètement en une seule étape à basse température [176, 177]. Ngo et al. (2000) [178] montrent que la température de décomposition a une forte dépendance avec l’hydrophilicité du liquide ionique.
- Conductivité :
Les liquides ioniques peuvent jouer un rôle de substituant dans les réactions électrochimiques. En effet, ils présentent une large gamme de conductivité de 0.1 à 20 mS.cm-1. Ce sont les liquides ioniques avec un cation imidazolium qui présentent les conductivités les plus importantes. Plusieurs paramètres peuvent affecter cette conductivité comme la taille de l’ion, la densité ou la viscosité [179].
-Densité :
La densité est l’un des paramètres les plus mesurés du fait que sa connaissance est importante pour de nombreuses applications. La densité des liquides ioniques est située entre 1 et 1.6 g/cm3, une valeurs au-dessus de la valeur de l’eau et de celles
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des solvants organiques usuellement utilisés [159]. La densité est fonction de la température et de la pression appliquée [180]. Jacquemin et al. (2006) [181] ont rapporté que la densité des liquides ioniques augmente avec la diminution de la longueur de la chaine alkyle sur le cation et avec l’augmentation de la masse molaire de l’anion.
-Viscosité :
La viscosité est un paramètre important qui conditionne les propriétés de catalyse et de diffusion des liquides ioniques. Comparativement aux solvants classiques, la viscosité des liquides ioniques est relativement importante, entre 0.04 à 1.11 Pa.s à 20-25 °C, ce qui constitue un inconvénient pour certaines applications [182, 183]. Les liquides ioniques présentent des viscosités qui diminuent avec la température. Xu et al. (2003) [184] ont montré que les forces de Van-der-Waals sont responsables dans certains couples cation/anion des valeurs de viscosité importantes. Il a été montré que la viscosité des liquides ioniques hydrophobes dépend fortement de la quantité d’eau présente [185].
-Polarité :
C’est l’un des paramètres les plus importants notamment dans le cas des réactions chimiques [186, 187]. La figure 38 présente une comparaison des liquides ioniques par rapport aux solvants conventionnels en termes de volatilité et de polarité.
Figure 38. Caractéristiques en terme de polarité et de volatilité d’un certain nombre de solvants [163].
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-Toxicité et biodégradabilité:
Dans la plus part des études, la non toxicité des liquides ioniques est induite par le fait qu’ils présentent des tensions de vapeur très faible, ce qui permet de les proposer comme des substituants efficaces aux composés organiques volatiles (COV). Cette idée ne définit pas réellement l’appellation de composant ‘‘vert’’ du fait qu’il est nécessaire de tenir aussi compte de la façon dont ces liquides ioniques sont synthétisés et comment ils sont recyclés [188, 189].
Jastorff et al. (2003) [190] sont parmi les premiers à étudier la toxicité des liquides ioniques. Ils ont comparé la toxicité de deux liquides ioniques, le 1-butyl-3-méthylimidazolium tetrafluoroborate BMIM[BF4] et le 1-décyl-3-méthylimidazolium tétrafluoroborate DMIM[BF4] avec l’acétone comme solvant organique de référence à travers 5 risques (figure 39).
Figure 39. Comparaison des risques de deux liquides ioniques par rapport à l’acétone [190].
Chaque risque est évalué sur une échelle de 1 à 4 avec (1) risque très bas et (4) risque très haut.
Il a été rapporté dans d’autres études que le cation imidazolium présente la toxicité la plus importante tandis que le cation ammonium présente une toxicité faible. La toxicité augmente avec la longueur de la chaine alkyle sur les cations 1-alkyl-3-méthylimidazolium et N-alkylpyridinium [191].
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L’effet de l’anion sur la toxicité est moins connu et il est décrit comme moindre par un certain nombre d’auteurs [189, 191, 192].
-Impureté des liquides ioniques :
Les propriétés physico-chimiques des liquides ioniques peuvent être influencées par la présence de petites quantités d’impuretés [193]. Les impuretés classiques peuvent être des résidus issus de la réaction de synthèse ou liées à la présence de traces d’eau due à l’hydrophilie du liquide ionique [194, 195]. L’eau peut également induire des modifications des propriétés des liquides ioniques (polarité, viscosité et conductivité) comme ça été montré par un certain nombre d’auteurs [196].
La solubilité de l’eau dans les liquides ioniques peut être contrôlée par la nature de la chaine alkyle sur le cation. L’augmentation de la longueur de la chaine alkyle induit une décroissance de la solubilité de l’eau dans le liquide ionique du fait notamment de la croissance de l’hydrophobicité du cation [157, 193].