2004 Fiscal Year Annual Research Report
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14001001
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大峯 巖 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60146719)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斉藤 真司 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70262847)
田中 秀樹 岡山大学, 理学部, 教授 (80197459)
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| Keywords | 水和 / 水の自己解離 / 2次元ラマン分光法 / 氷化過程 / 融解過程 / 超臨界水 / 分子機構 / 電荷移動 |
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| Research Abstract |
水の多様性の発現機構に関して、次の3つの課題に挑戦してきた。
(1)プロトン移動や超臨界水中の反応など、水中の化学反応機構 (2)水のダイナミックスと高次非線形分光法
(3)水の相転移の分子論的機構
(1)については、非経験的電子状態論(Quantum Mechanical ; QM)と分子力場論(Molecular Mechanical ; MM)を組み合わせた系の統計性とダイナミックスを記述するQM/MMモンテカルロ法とQM/MM分子動力学の計算機プログラムを新しく開発し、水分子の自動解離の温度依存性について調べ、エネルギー、エントロピー及び自由エネルギー解析、また電荷移動の解析などを通じて、その異常な温度依存性の物理化学的原因を明らかにした。すなわち(i)温度の上昇とともにイオン(H^+、OH^-)周りの水和がエネルギー的に強くなること、またその分子的機構を明らかにし、さらに(ii)従来の方法では記述が非常に困難であったOH^-イオン周りの水分子の配位構造を統計的に決定し、また(iii)これらイオンへの電荷移動が長距離にある多数の水分子から起こることを示した。これらの効果が水和の自由エネルギーに与える効果を正確に求め、実験で求まっている水中の水分子の自動解離(pKw)の特異な温度依存性を、理論的にほぼ完全に再現することに成功し、化学の最も基本の一つである水の自己解離の機構を明らかにした。
(2)水の中の水素結合変化に伴って水分子の回転運動と並進運動の結合が如何に2次元ラマンスペクトル(多次元高次非線形分光法)のシグナルに反映されるかを調べ、さらにこの解析を水の氷化過程の観測など相変化に対しても行った。
(3)水の氷化の初期核が如何に生成し成長するかを分子動力学、フラグメント解析法、重エネルギー面解析法、各種オーダーパラメーターを用いて解析した。その結果、初期核は結晶構造よりは、多少乱れた構造を持っており、それがある程度成長した段階で結晶構造へ変わっていくことなど、水の氷化の分子機構について明らかにした。また同様に氷の融解の分子機構も解析した。
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Research Products
(6 results)
