30分のミニ講義を聴講しよう！シミュレーションで水分子の網の目を解く
水は私たちの生活にも欠かせない身近な物質ですが、他の化学物質と比べてみると、水と同じような性質を持つ物質はほとんど見つからない「レアキャラ」です。水の個性的な性質を紹介し、シミュレーションで水分子や結晶構造のなかに個性の源を探ります。
水の不思議な性質
水を凍らせないように冷やすと・・・？
分子の動きを可視化して調べる
シミュレーションで水分子の網の目を解く
先生からのメッセージ
この先生が所属する大学の情報を見てみよう
夢ナビ講義も読んでみよう身近なのに特殊で、単純で、複雑な「水」から見えてくるもの
唯一無二の液体「水」私たちの生活に欠かせない水は、化学物質として見るとかなり特異なものです。例えば、冬に湖の表面が凍るとき、水面付近は気温に左右されますが、水底を温度計で測ってみると4℃に保たれています。そのため水中の生物も生きていけるのです。水以外のほとんどの液体の場合には底から凍り、液面が一番暖かくなります。例えば土星最大の衛星タイタンにはメタンの湖がありますが、メタンの湖も底から凍り始めます。
また、温度と液体密度の関係をグラフにすると、水以外の液体は膨張率がほぼ一定で直線を描きますが、水は0℃から4℃の間で曲線を描きます。これも水以外では見られない特徴です。条件で変化する結晶構造水分子そのものはとても単純です。個々の水分子には「こう並べば六角形を形作れる」などとプログラムされてはいないはずです。しかし、水を冷やすと、試行錯誤しながら、水分子はひとりでに六角形の雪の結晶を形成します。これだけでも驚きですが、5千気圧、1万気圧と圧を上げると、三角形や四角形など、また違った形の結晶に変化し、その性質も変わります。3千気圧で生じる正方形の氷は、もはや水には浮かびません。現在、氷には17種類の結晶構造が確認されていて、おそらく1成分の物質としては最多でしょう。コンピュータシミュレーションにより、さらなる氷の構造の可能性を探り、その性質を予測する研究も進められています。水は無限ネットワークの物質水は、1分子だけではこれといった特徴もありませんが、集合して初めてさまざまな変わった性質が出てきます。氷や液体の水の中では、水素結合と呼ばれる結合が、水分子同士をつなぎあわせて巨大なネットワークを作ります。17種類の氷の結晶構造の違いは、ネットワークのつながり方の違いのせいですし、ほかの物質が持たないこのネットワークのせいで、液体の水にも独特の性質が生じます。水素結合の無限ネットワークこそが、水の個性の源泉なのです。先生からのメッセージ
この先生が所属する大学の情報を見て見よう
- このTALKも見てみよう
は英語字幕あり
