超臨界条件下における電解質溶液の構造に関する研究

高温高圧X線回析装置を用いて、超臨界状態における水及び電解質水溶液の構造を決定し、超臨界流体の物性を構造化学的面から解析することを目的としている。研究のまず第一段階として高温高圧下の水の構造についていくつかの知見を得ることとした。用いた装置は高温高圧用セルを設置したθ-θ型溶液X線回折装置で、装置自体は400℃、8,000気圧まで使用可能である。本研究ではX線強度の点から、ベリリウム製のセルを用いているため、実際に使用可能な温度、圧力の上限はおよそ200℃、2000気圧であった。x線検出器ならびに加温装置に不備ばあったのでこれを修理し、2、3の試料について測定を行った。まず常温、高圧領域における水の構造について解析し、これまで報告されている結果と比較した。測定温度は22℃、圧力は1-2000barであった。構造関数を解析して得られた水の中のO-O原子間距離rと配位数Nをこれまで測定されている結果と比較して表1に示した。常温付近における測定値はこれまでの文献値とよく一致している。圧力が高くなると原子間距離が短くなり、配位数が増加する傾向が見られる。このことから、圧力が高まるとO-O水素結合が曲り、その結果O-O原紙間距離が短くなり、一方、水素結合が曲ったため、第2配位圏にあった水分子がいくらか第1配位圏領域に侵入してきたものと考えられる。今後は高温領域まで測定を行い、水の構造の及ぼす温度、圧力の効果を検討する。

高温高圧X線回析装置を用いて、超臨界状態における水及び電解質水溶液の構造を決定し、超臨界流体の物性を構造化学的面から解析することを目的としている。研究のまず第一段階として高温高圧下の水の構造についていくつかの知見を得ることとした。用いた装置は高温高圧用セルを設置したθ-θ型溶液X線回折装置で、装置自体は400℃、8,000気圧まで使用可能である。本研究ではX線強度の点から、ベリリウム製のセルを用いているため、実際に使用可能な温度、圧力の上限はおよそ200℃、2000気圧であった。x線検出器ならびに加温装置に不備ばあったのでこれを修理し、2、3の試料について測定を行った。まず常温、高圧領域における水の構造について解析し、これまで報告されている結果と比較した。測定温度は22℃、圧力は1-2000barであった。構造関数を解析して得られた水の中のO-O原子間距離rと配位数Nをこれまで測定されている結果と比較して表1に示した。常温付近における測定値はこれまでの文献値とよく一致している。圧力が高くなると原子間距離が短くなり、配位数が増加する傾向が見られる。このことから、圧力が高まるとO-O水素結合が曲り、その結果O-O原紙間距離が短くなり、一方、水素結合が曲ったため、第2配位圏にあった水分子がいくらか第1配位圏領域に侵入してきたものと考えられる。今後は高温領域まで測定を行い、水の構造の及ぼす温度、圧力の効果を検討する。