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水の特異性とその起源
水の性質の理解が拓くブレークスルー

水の性質を理解し操るために

【アーカイブ配信付き】

相図、密度、比熱、等温圧縮率、粘性の異常など、他の液体に見られない水の異常性とは?

自然環境から生体内まで、私たちの周りに広く存在し、また、産業上でも汎用される物質である水
一世紀以上にわたり、その特異性の起源について論争されてきた水

水に二つの液体はあるのか? 水のダイナミクスとは? 新しい結晶化の考え方とは?
最新の研究成果をもとに、その特異な性質を水の構造から理解することで、
水が関わる多くの研究・技術・開発のブレークスルを引き起こすことを願った一講です。
このセミナーの受付は終了致しました。
日時 2021年8月30日(月)  13:00~16:30
会場 Live配信セミナー ※会社・自宅にいながら受講可能です※  
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受講料(税込)
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 視聴期間:終了翌営業日から7日間[8/31~9/6]
 ※アーカイブは原則として編集は行いません
配布資料・PDFテキスト(印刷可)
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※開催日の概ね1週間前を目安に、最少催行人数に達していない場合、セミナーを中止することがございます。
 
得られる知識
水は、全ての分子性液体の中で、唯一結晶化の際に体積が膨張し、液体状態では温度低下とともに密度の最大を示す。このような水の特異性の起源については、一世紀以上にわたり論争されてきた。最近、我々の研究により、この特異性が水の二状態性により説明できることが明らかになった。講演では、この二状態性を操ることで、水の性質をどのように操ることが可能かを明らかにする。
 
必要な予備知識など
詳細を理解するには、物理の基礎知識があった方がいいと思いますが、水の特異性の本質を定性的に理解するという観点からは予備知識はほとんど必要ありません。

セミナー講師

東京大学 名誉教授 工学博士 田中 肇 氏
東京大学 生産技術研究所 シニア協力員/先端科学技術研究センター シニアプログラムアドバイザー
【専門】ソフトマター・液体の物理学 【講師紹介

セミナー趣旨

 水は,4 ℃で密度が最大になる,結晶化すると体積が増えるなど,他の分子性液体には見られない極めて特異な性質を示す。このような異常性は古くはレントゲンの時代から認識され,それ以来1世紀以上にわたりその起源をめぐり論争が続いてきた。最近我々は,その起源が,液体中に局所的に形成される正4面体的構造とより乱れた構造という2種類の構造の動的な共存にあることを示した。また,水にはこのような2状態の協同的な生成に起因した液体・液体転移が存在する可能性が高いものの,その臨界性は,現実の液体状態の水の物性にはほとんど影響を与えないことも明らかにした。この2状態性という単純液体にはない自由度こそが,様々な環境因子に応じてその性質を変幻自在に変えるという,水の特異な性質の起源であると言うことができる。この性質を理解することで、水の性質を様々な環境因子(例えば、塩の添加)などにより、操ることが可能となると期待される。

セミナー講演内容

1.はじめに
 
2.水の異常性とは

 2.1 相図の異常
 2.2 密度異常
 2.3 比熱異常
 2.4 等温圧縮率異常
 2.5 粘性異常
 
3.水の研究の歴史
 3.1 3人のノーベル賞学者の論争
 3.2 何が難しいのか 
 
4.水の異常性を説明する3つのモデル
 4.1 説1:構造の連続的変化
 4.2 説2:気体・液体転移のなごり
 4.3 説3:水に存在する二つの液体の揺らぎ
 4.4 説4:水に二つの特徴的構造存在
 
5.水の構造
 5.1 水素結合
 5.2 水素結合が好む構造:正四面体構造
 5.3 二状態モデルとは
 5.4 二状態モデルによる異常性の説明
 5.5 水の構造指標
 5.6 水の二状態性の実験的証拠
 
6.水のダイナミクス
 6.1  水の構造とダイナミクスの関係
 6.2  階層的二状態モデル
 6.3  Stokes-Einstein則の破れ
 6.4  粘性の温度・圧力依存性
 6.5  水のガラス転移
 
7. 水に二つの液体はあるか
 7.1 シミュレーションによる水の第二臨界点の探索
 7.2 実験によるアプローチ
 
8. 水の結晶化
 8.1 結晶化の基礎
 8.2 新しい結晶化の考え方
 8.3 結晶化のしやすさは何が決めるのか
 8.4 氷はどのようにしてできるのか
 
9.水とテトラヒドラル液体
 9.1 テトラヒドラル液体とは
 9.2 人類とテトラヒドラル液体
 9.3 水とシリコン,ゲルマニウムとの関係
 9.4 水とシリカの類似性/違い
 
10.  水のしなやかさの起源と制御
 10.1 水の性質を操るには
 10.2 氷になりやすさを操るには
 
11.まとめ

 □質疑応答□

[キーワード]水、氷、二つの水、液体・液体転移、第二臨界点、結晶化、水素結合、正四面体構造、密度異常、比熱異常、等温圧縮率異常、粘性異常、二状態モデル、自由エネルギー、構造指標、Stokes-Einstein則の破れ、ガラス、テトラヒドラル液体、シリカとの違い、シリコンやゲルマニウムとの類似性、凍結抑制