水素結合系分子クラスターのダイナミックス　　　

名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻　大峰　巌

１）水中の水素結合ネットワークの瞬間構造は乱れたゲル構造である。液体における ポテンシャルエネルギー面は、この水素結合のネットワーク構造の変化にともない非 常に凸凹しておりいわゆるFragile Liquidの性質を持ち、その上での系の運動はSlug gishである。従って温度が下がればその様な乱れたゲル構造にトラップされアモルファ ス氷になるはずであるが、一般的な条件下では結晶氷（最小エネルギー状態）に凍る。 我々は大域的なポテンシャルエネルギー面の様相を調べることによって水が如何に最 小エネルギー状態を見つけているかを明らかにした。其の結果、大域的には最低エネ ルギー状態に向かってポテンシャルエネルギー面が漏斗型をしているのが分かった。 この様に最低エネルギー状態に向かうドライビングフォースがあり効率良く水の結晶 化がおこる。ポテンシャルエネルギー面にはBottleneckがあり、ここで運動を止める ことが出きればアモルファス氷を作ることができる。

２）液体の水また氷の中のプロトン移動の分子論的機構の解明を行い水の中のプロ トン移動においては3配位の水分子が大切な役割をしている。即ち水の中のネットワー クの揺らぎで作られた３配位の水分子の上をプロトンは選択的に移動して行く。また プロトンが移動する2つの水分子間のO--O間距離は収縮する。一方氷の中では、これ ら３配位の水、 O--O間の収縮は起こりにくいが、氷の中のプロトン移動は水の中よ りも速いことがしられている。実際計算してみると、氷の中ではプロトンのついた水 分子は構造的には４配位している、しかしエネルギー的にはその1つの水素結合が強 い斥力となっており3配位構造となっており、さらにその斥力によってその反対側のO --O間距離が短くなっており、これが氷の中のプロトン移動を容易にしている原因で あることを見つけた。

３）水素結合ネットワークの構造変化に伴う、水分子の集団運動と１／ｆタイプの揺 らぎ、またそれらが実験として如何に超高速高次非線型分光に反映されるか、を理論 的に検証した。

絵をまじえた説明は ここにもあります。

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15. Water Dynamics;Fluctuation, Relaxation and Chhemical Reactions, in Volume IV of Advances in Classical Trajectory Methods , 'Molecular Dynamics of Cluster, Surfaces, Liquids, and Interfaces' JAI press (1998). S. Saito, M. Matsumoto, and I. Ohmine