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2012 Fiscal Year Annual Research Report

界面相転移および不均一溶液の理論

Research Project

Project/Area Number 23340122
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

甲賀 研一郎  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10315020)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords界面 / 濡れ転移 / 疎水性水和 / 水 / 溶媒和熱力学 / 疎水性相互作用
Research Abstract

【界面相転移の理論】
2成分流体界面における濡れ転移の微視的平均場密度汎関数モデル(微視的モデル)を元に,新しい界面ポテンシャルモデルを構築した.本モデルは微視的モデルと異なるが,それと同様に以前見出された全種類の濡れ転移を与えることがわかった.本モデルは解析的に解くことのでき,結果は数値計算と一致した.さらに,本モデルに対して界面ゆらぎの効果を加え,臨界濡れ転移の特性が平均場近似の結果から変化するのかどうかを検討した.この結果はH25年度に論文発表する予定である.
疎水効果と相関関数の理論
疎水効果における重要な課題の一つは疎水性相互作用の解明である.本課題では,メタン水溶液のシミュレーションを無限希釈に近い条件で行い,メタン分子間の2体相関関数を求め,その積分から浸透第二ビリアル係数を計算することを試みた.精密な計算を行うために,1.メタン分子間直接相互作用の引力部分はシミュレーションでは消して計算し,後から2体相関関数にその寄与を加え,2.長距離相関の寄与を厳密な漸近式から評価し,ビリアル係数に加えた.計算の結果,メタンの浸透第二ビリアル係数は273 K付近では正の値をとり,温度上昇とともにほぼ単調に減少し,373 K付近では絶対値の大きな負の値をとることが明らかになった.この結果についてはH25度に論文発表する予定である.2体相関関数の積分は,Ornstein-Zernikeの式,Kirkwood-Buffの式,McMillan-Mayerの式により圧縮率,部分モル体積,浸透第二ビリアル係数を与える.分子中心の選択に依存しないことは一般的議論から知られているが,本課題ではこの点について,1,2,3次元剛体球で解析的・数値的にそれを示し,水+プロパン系においてMDシミュレーションにより数値計算で例示した.この研究内容は2013年J. Chem. Phys.誌に発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

十分な研究時間を確保することは難しいが,その他業務に支障なない時期に海外共同研究者の所属機関へ出張し,集中的に研究,議論を行うことにより,おおむね目的を達成することができた.

Strategy for Future Research Activity

界面相転移の理論については,今後も界面ゆらぎの効果をより精密な形で取り入れ,解析的計算を進める.また,海外共同研究者と連携し,より現実系との関連が明確なモデルを構築することを試みる.
溶液の理論に関しては,
1.不均一溶液系および電解質水溶液中における疎水分子の溶解度および疎水性相互作用を計算する.特に,疎水分子の溶解度,平均力ポテンシャル,浸透第二ビリアル係数の温度依存性が,溶液の圧力計数で説明できるかどうかを確かめ,
2.溶媒の気液界面における溶質溶解度の温度依存性,2体相関関数の温度依存性を明らかにする
ことを試みる.

  • Research Products

    (13 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Note on the Calculation of the Second Osmotic Virial Coefficient in Stable and Metastable Liquid States2013

    • Author(s)
      B. Widom and K. Koga
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 117 Pages: 1151-1154

    • DOI

      10.1021/jp311800p

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodynamic functions as correlation-function integrals2013

    • Author(s)
      K. Koga and B. Widom
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 138 Pages: 114504-1 -8

    • DOI

      10.1063/1.4795498

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inclusion of Neon Inside Ice Ic and Its Influence to the Ice Structure2012

    • Author(s)
      L. Hakim, M. Matsumoto, K. Koga, and H. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 81 Pages: SA018-1-7

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SA.SA018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Model of Freezing Behavior of Liquid Monolayers Adsorbed in Cylindrical Pores2012

    • Author(s)
      Kiharu Abe and Kenichiro Koga
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 81 Pages: SA021-1-8

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SA.SA021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diffusivity of Liquid Argon in Carbon Nanotubes2012

    • Author(s)
      Hiroki Akiyoshi and Kenichiro Koga
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 81 Pages: SA022-1-8

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SA.SA022

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Hydrophobes in Water/Water in Nanotubes2012

    • Author(s)
      Kenichiro Koga
    • Organizer
      International Center for Quantum Materials (ICQM), PKU Weekly Seminar
    • Place of Presentation
      Peking University (Beijing, China)
    • Year and Date
      20121219-20121219
    • Invited
  • [Presentation] 溶液・界面の統計力学とシミュレーション2012

    • Author(s)
      甲賀研一郎
    • Organizer
      「第6回分子シミュレーションスクール-基礎から応用まで-」「TCCI ウィンターカレッジ -分子シミュレーション-」
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター2階 小会議室(岡崎市)
    • Year and Date
      20121211-20121214
    • Invited
  • [Presentation] Methane in cold and hot water2012

    • Author(s)
      Kenichiro Koga
    • Organizer
      The Third Symposium in Commemoration of International Exchange Agreement Between Faculty of Science, University of Copenhagen and Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University
    • Place of Presentation
      岡山大学 理学部
    • Year and Date
      20121122-20121122
    • Invited
  • [Presentation] 濡れ転移の多様性について2012

    • Author(s)
      甲賀 研一郎
    • Organizer
      先端化学・材料技術部会 コンピュータケミストリ分科会 高分子シミュレーション技術セミナー 11月度例会
    • Place of Presentation
      アイランドホテル 浦島 (愛知県 知多郡)
    • Year and Date
      20121115-20121116
    • Invited
  • [Presentation] Hydrophobic solvation and the osmotic second virial coefficient2012

    • Author(s)
      KOGA, KENICHIRO
    • Organizer
      Gordon Research Conferences: Water & Aqueous Solutions
    • Place of Presentation
      Holderness School (New Hampshire, USA)
    • Year and Date
      20120812-20120817
  • [Presentation] Do methane molecules attract each other in water?2012

    • Author(s)
      K. Koga
    • Organizer
      6th Mini-Symposium on Liquids
    • Place of Presentation
      九州大学創立五十周年記念講堂大会議室 (福岡市)
    • Year and Date
      20120623-20120623
  • [Presentation] 生体系における水の役割:疎水効果を中心に2012

    • Author(s)
      甲賀 研一郎
    • Organizer
      生命科学に取り組む異分野の融合と交流の推進 スーパーコンピュータ上「京」と生命科学
    • Place of Presentation
      岡山大学五十周年記念館 (岡山市)
    • Year and Date
      20120601-20120601
    • Invited
  • [Remarks] Theoretical Physical Chemistry

    • URL

      http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/koga/Publication.html

URL: 

Published: 2014-07-24  

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