Solvation of M3+lanthanide cations in room-temperature ionic liquids. A molecular dynamics investigation

溶剂化 离子液体 化学 溶剂化壳 分子动力学 离子 溶剂 卤化物 离子键合 镧系元素 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 催化作用
作者
Alain Chaumont,Georges Wipff
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (16): 3481-3488 被引量:89
标识
DOI:10.1039/b305091b
摘要

We report a molecular dynamics study of the solvation of M3+ lanthanide cations (La3+, Eu3+ and Yb3+) in two room-temperature ionic liquids: [BMI][PF6] based on 1-butyl-3-methyl-imidazolium+,PF6− and [EMI][TCA] based on 1-ethyl-3-methyl-imidazolium+,AlCl4−. They reveal specific solvation as a function of the cation size and on the solvent. In [BMI][PF6] solution, the three studied M3+ cations are surrounded by six PF6− anions, while in [EMI][TCA] solution, they are surrounded by eight AlCl4− anions. The precise binding mode of the AlCl4− or PF6− solvent anions (denticity, number of coordinated halides and dynamics) depends on the M3+ cation size. The first shell PF6− anions rotate markedly during the dynamics while AlCl4− do not. In both liquids, this first ionic shell is surrounded by about 11–13 imidazolium cations. The solvation of the neutralizing NO3− counterions is similar in both liquids, and involves mainly imidazolium+ cations in the first shell (≈5.0 in [BMI][PF6] and 4.3 in [EMI][TCA]). When simulated in the gas phase, the first anionic shells are similar, but more rigid than in the solutions. Finally, free energy calculations are performed to compare the Eu3+/La3+ and Yb3+/Eu3+ solvation. In both ionic liquids, the smaller cations are better solvated, but the differences from one cation to the other are weaker than in water.
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