作为新兴的绿色溶剂，离子液体具有一些独特的性质，例如挥发性低，热稳定性强，极性可控，以及对无机和有机物质具有良好的溶解性等。因此，其在合成、催化、电化学以及分离工程方面具有巨大的应用潜能。所以，对离子液体的物理化学性质的研究，例如密度，表面张力，粘度，以及溶解性等，就显得尤为重要。目前，大多数文献报道集中于常规离子液体，而手性离子液体的物化性质研究相对较少。由于手性离子液体同时具有离子液体的性质和手性，可应用于核磁共振(NMR)，近红外(NIR)，不对称合成，聚合反应，以及气相色谱等。常见的手性离子液体因其阳离子带有手性基团而具有手性;而对于阴离子具有手性的离子液体，其手性阴离子可以与传统的阳离子结合，使离子液体本身具有手性。例如，带有手性阴离子［L－lactate］－阴离子的咪唑类离子液体。

离子液体物理化学性质的研究对离子液体的设计和应用具有重要的指导作用，而对于离子液体与分子溶剂(例如水)的混合物性质研究将会揭示该类液体的新的应用。笔者在不同温度下测定带有手性阴离子的纯离子液体1－丁基－3－甲基－咪唑乳酸盐(［bmim］［L－lactate］)及［bmim］［L－lactate］+H2O二元混合物的密度和表面张力，并对其体积性质和表面性质进行研究。以期进一步丰富手性离子液体与分子溶剂二元混合物的物理化学性质数据，为其应用提供更多的理论依据。

1实验部分

1.1药品

手性离子液体［bmim］［L－lactate］(质量分数＞0.99)购于上海益江化学有限公司。为了除去样品中的水分，在使用前先将离子液体在80℃和真空状态下烘干至少48 h。样品的含水量由Karl Fisher滴定测得，其质量分数＜0.000 2。

1.2离子液体密度的测定

样品由Mettler AX－205天平称量(METTLER TOLEDO，上海)，质量精度为1×10－4。为了防止样品吸水，在N2保护下采用Anton－Paar DMA4 500密度计测量样品密度。测定的温度范围为293.15～343.15 K。密度测量精度为±0.000 2 g/cm3，测量温度精度为±0.01 K。测量仪器使用二次蒸馏水校准，取3次重复性实验结果的平均值作为结果。

1.3离子液体表面张力的测定

表面张力的测量采用白金板法，应用DCAT21(Dataphysics，Germany)表面张力仪进行测定。测定的温度范围为293.15～343.15 K。为了防止液体表面污染和吸水，表面张力的测量在N2保护下进行。样品放置于体积为40 cm3密闭的容器中进行测量，温度精度为±0.02 K。在进行测量前，白金板和容器在硝酸溶液中浸泡数小时后使用蒸馏水冲洗，烧干，再次用蒸馏水冲洗后进行干燥。取5次实验的平均值作为结果，精度为±0.15 mN/m。

2结果与分析

2.1［bm im］［L-lactate］的体积性质

在293.15～343.15 K温度范围内，实验测得的离子液体［bmim］［L－lactate］的密度随着温度的升高而减小(图1)。根据不同温度下的密度，可以得到［bmim］［L－lactate］的热膨胀系数。实验测得的lnρ对T绘于图1，并对其进行了线性拟合，得到经验公式:

式中ρ为离子液体密度(单位:g·cm3)，T为液体温度(单位:K)，相关系数为0.999 7。离子液体的热膨胀系数通过下式获得:

式中α为热膨胀系数(单位:K－1)，V为离子液体体积(单位:cm3)，ρ为离子液体密度(单位:g·cm－3)，T为离子液体温度(单位:K)。由拟合曲线得到［bmim］［L－lactate］的热膨胀系数为8.31×10－4K－1，该值大于［emim］［L－lactate］的热膨胀系数(8.0×10－4K－1)。

根据实验测得的密度，可由下试计算出离子液体的分子体积:

式中Vm为离子液体的分子体积(单位:nm3)，M为［bmim］［L－lactate］的摩尔质量，228.29 g·mol－1;N为阿伏伽德罗常数。在298.15 K，计算得到［bmim］［L－lactate］的分子体积为0.341 2 nm3。

根据Glasser的理论，熵可由分子体积计算得到:

式中So(298)为298 K下离子液体的标准熵(单位:J·(mol·K)－1)，298.15 K时，［bmim］［L－lactate］的标准熵为454.8 J·(mol·K)－1。

晶格能(UPOT)可以反映出离子液体阴阳离子间的相互作用，而根据密度可以对晶格能进行估算，然后可以进一步计算热组成。根据Glasser提出的理论，晶格能可由下式计算得到:

式中UPOT为晶格能(单位:kJ·mol－1)，ρ为离子液体密度(单位:g·cm－3)，M为［bmim］［L－lactate］的摩尔质量，228.29 g·mol－1。计算得到的离子液体［bmim］［L－lactate］的晶格能为439.6 kJ·mol－1，比［emim］［L－lactate］的晶格能小(457.7 kJ·mol－1)。这说明［bmim］［L－lactate］要比［emim］［L－lactate］阴阳离子间的相互作用弱。

不同温度下手性离子液体及二元混合物的密度和表面张力（上）

不同温度下手性离子液体及二元混合物的密度和表面张力（下）