臨界状態における電解質水溶液の構造と動的性質

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06453029
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 山口 敏男 福岡大学, 理学部, 教授 (70158111)
• キーワード: 超臨界水 / 高温高圧 / X線回折 / 中性子回折 / 電解質水溶液 / イオン会合 / 超臨界メタノール

研究概要

1.イメージングプレート迅速X線回折法を用いて、温度100-400℃、圧力50-150MPaにおいて水の構造を決定した。その結果、特徴的な氷類似の四面体構造は圧力よりも温度に顕著な影響を受けることがわかった。超臨界温度においても2.85Aの水素結合相互作用は減少するがなくならない。
2.(^0Li,^7Li)および(^<35>Cl,^<37>Cl)同位体を用いたLiCl重水溶液の中性子同位体置換法により,水の超臨界温度におけるLi^+とCl^-イオンの水和構造(結合距離、配位数,水分子の配向相関)を明らかにした。Li-OおよびLi-D距離は常温に比べてやや長くなるが、水和数は常温の約4から3に減少した。一方、Cl-DおよびCl-O距離も常温よりわずかに増加したが、水和数は常温の約6から3に減少した。これらの結果は超臨界温度でLi-Clイオン会合がおこることを示唆した。
3.中性子同位体置換法のデータを用い、球面調和関数展開により常温から超臨界温度に至る塩化物イオンの水和構造を3次元で表現することに成功した。その結果、超臨界温度では水和水分子の配向相関が弱まっていることが明らかになった。
4.イメージングプレート迅速X線回折法により、温度25-253℃、圧力0.1-260MPaにおいてメチルアルコールの構造を決定した。超臨界状態ではメチルアルコール分子間の水素結合が弱まり、鎖状構造が崩壊していることを示した。

研究成果

• [文献書誌] 山口敏男: "イメージングプレート迅速X線回折法による高温高圧水の構造解析" 日本結晶学会誌. 36. 382-387 (1994)
• [文献書誌] T. Yamaguchi: "Structures of Water and Aqueous LiCl Solutions in Sub-and Supercritical State by X-ray and Neutron Diffraction" Physical Chemistry of Aqueous Systems, Begell House, New York,. 474-481 (1995)
• [文献書誌] T. Yamaguchi: "Structures of lonic Hydration in Non-ambient Conditions" Physica B,. 213&214. 480-482 (1995)
• [文献書誌] 山中弘次: "イメージングプレート迅速X線回折法による高温高圧水の構造解析" X線分析の進歩. 26. 125-140 (1995)
• [文献書誌] N. Nishi: "Hydrogen Bonding Cluster Formation and Hydrophobic Solute Association in Aqueous Solution of Ethanol" J. Phys. Chem,. 99. 462-468 (1995)
• [文献書誌] T. Takamuku: "Raman Scattering and X-ray Diffraction Studies on Zinc (II) Bromide Solutions in Methanol and N, N-dimethylformamide in the Temperature Range 77-333 K" Z. Naturforsch.49a. 1119-1130 (1995)
• [文献書誌] M. Matsumoto: "Structure of Clusters in Ethanol-Water Binary Solations Studied by Mass Spectroscopy and X-ray Diffraction" Bull. Chem. Soc. Jpn.68. 1775-1783 (1995)
• [文献書誌] M. Yanagami: "Neutron Diffraction Study on Chioride ion Solvation in Water, Methanol, and N, N-dimethylformamide" J. Chem. Phys.103. 8174-8178 (1995)
• [文献書誌] T. Yamaguchi: "Structure and Dynamics of Supercooled and Classy Aqueous lonic Solutions" J. Mol. Liq.65/66. 91-98 (1995)
• [文献書誌] T. Yamaguchi: "Chloride-ion Hydration in Supercritical Water by Neutron Diffraction" Chem. Phys. Lett.(in press).
• [文献書誌] 山口敏男: "イメージングプレートを用いた迅速X線分析" ぶんせき. 7. 542-548 (1995)
• [文献書誌] 山口敏男: "超臨界水のミクロ構造" 高圧力の科学と技術. 4. 193-200 (1995)