東大、液体の水の水素結合は「ミクロ不均一モデル」であることを確認

と、異なる水素結合の状態の混合であるとする「ミクロ不均一(混合物)モデル」が有力とされてきたが、どちらのモデルがより的確に液体の水の水素結合を表したものであるかは明らかになっていなかった。

今回、研究グループは、大型放射光施設SPring-8の東京大学放射光アウトステーションビームラインBL07LSUおよび理研ビームライン物理科学III BL17SUを利用して、水素結合の切れた水分子のみを選択して観測する手法を用いることで、この謎の解明に挑んだ。

水分子(H2O)は酸素原子(O)と2つの水素原子(H)で構成され、1分子あたり合計4つの水素結合を形成することができ、その結合の特性が複雑かつ多様な性質の根源となっていると考えられている。例えば氷の場合は、水素結合がしっかりと結びつき水分子をきれいに整列させているが、液体の場合は、水分子同士がさまざまな距離、角度で隣接し、場合によっては水分子同士を結び付けている水素結合の紐が切れたものもある。すでに研究グループは、これまでの研究から、液体の水の中に水素結合に違いのある2成分の構造が存在するというモデルを提唱し、「氷によく似た微細構造」が1nm程度の大きさを持つミクロ不均一構造を持っていることを報告してきていた。