2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of steric effects in electrolyte solutions: Toward thorough understanding of Hofmester effect
| Project/Area Number |
18K03562
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
岡本 隆一 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (10636385)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 電解質溶液 / 疎水性相互作用 / 浸透第二ビリアル係数 / セチェノフ係数 / 電縮効果 / 排除体積効果 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
水などの極性溶媒における疎水性溶質の溶解度は，溶質の過剰化学ポテンシャルの溶質濃度希薄極限で特徴づけられる．電解質(塩)を添加することにより過剰化学ポテンシャルは変化する．過剰化学ポテンシャルの電解質濃度微分の塩濃度希薄極限はセチェノフ係数と呼ばれ，溶質に対する塩析・塩溶効果を特徴付ける．セチェノフ係数は様々な溶質種，イオン種の組み合わせに対して実験値が分かっているが，その溶質種・イオン種依存性の物理的メカニズムは未だによく理解されていない．本研究ではセチェノフ係数に関する新たな熱力学的恒等式を導き，溶媒・溶質・イオン間の排除体積効果，およびイオンの電縮効果を取り入れた新しい連続場モデルを組み合わせることで，セチェノフ係数の溶質・イオンサイズ依存性の一般的傾向を再現・説明することに成功した．またこの理論的研究および分子動力学シミュレーションによる研究によりLiイオンとNaイオンの例外的挙動の要因も明らかにした．
一方，溶質分子同士の溶液中の有効相互作用は浸透第二ビリアル係数で定量化できる．浸透第二ビリアル係数も塩濃度に依存する．この量は，例えば塩添加による高分子鎖のコイル・グロビュール状態間の遷移の理解に重要である．過剰化学ポテンシャルは溶質分子一個に対して定義可能であるのに対し，浸透第二ビリアル係数は疎水性溶質間の平均力ポテンシャルと関係している．本研究では浸透第二ビリアル係数の塩濃度微分の塩濃度無限小極限としてsalt enhanced association (SEA)係数を定義した．新たに導いたSEA係数の熱力学的表式と，理論モデル(セチェノフ係数を議論したのと同一のモデル)に基づく計算により，SEA係数とセチェノフ係数の間の単純な近似的関係式を導いた．また過去のメタン-NaCl溶液の分子動力学シミュレーションの結果もこの近似的関係式を満たしていることを確認した．
|
Research Products
(8 results)
