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2021 年度 実績報告書

電解質溶液における排除体積効果の理論的研究ーホフマイスター系列の解明に向けてー

研究課題

研究課題/領域番号 18K03562
研究機関岡山大学

研究代表者

岡本 隆一  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (10636385)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード電解質溶液 / 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
研究実績の概要

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.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Ion Size Dependences of the Salting-Out Effect: Reversed Order of Sodium and Lithium Ions2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuto Hiroyuki、Okamoto Ryuichi、Sumi Tomonari、Koga Kenichiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 6296~6305

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c03388

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of Gas Solubility and Hydrophobic Interaction in Aqueous Electrolyte Solutions2021

    • 著者名/発表者名
      Okamoto Ryuichi、Koga Kenichiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 12820~12831

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c08050

    • 査読あり
  • [学会発表] 塩溶液中のガス溶解度と疎水性相互作用2021

    • 著者名/発表者名
      岡本隆一
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] 塩溶液中のガス溶解度と溶質間有効相互作用の理論2021

    • 著者名/発表者名
      岡本隆一
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会
  • [学会発表] 2,2,2-トリフルオロエタノールによるGCN4- p1コイルドコイルヘリックスの安定化の解析2021

    • 著者名/発表者名
      中田乃愛 , 岡本隆一, 墨智成, 甲賀研一郎
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会
  • [学会発表] 電解質水溶液中における疎水性溶質の溶解度の陽イオン直径依存性2021

    • 著者名/発表者名
      甲藤寛之, 岡本隆一, 墨智成, 甲賀研一郎
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会
  • [学会発表] van der Waals描像による両親媒性分子の溶媒和自由エネルギーの温度・圧力依存性の再現2021

    • 著者名/発表者名
      平良碧生, 岡本隆一, 墨智成, 甲賀研一郎
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会
  • [学会発表] 疎水性相互作用の溶質分子サイズ依存性: シミュレーションを用いたアプローチ2021

    • 著者名/発表者名
      内藤秀文, 岡本隆一, 墨智成, 甲賀研一郎
    • 学会等名
      第35回分子シミュレーション討論会

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公開日: 2022-12-28  

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