水和水のダイナミクスのモード結合理論による研究

利用模式耦合理论研究水合水动力学

基本信息

批准号：
16041220
负责人：
山口毅
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

1.昨年度の研究において定式化された、外場の存在下における液体の一般化ランジェバン理論を用いて、溶質の瞬間的な微小並進に対する溶媒の応答から、単純液体中の球状溶質の並進運動に対する摩擦係数を評価した。溶質サイズが溶媒と同程度の場合には、流体力学的効果は溶質の摩擦係数にさほど重要ではなく、摩擦係数は溶質-溶媒相互作用に強く依存していた。一方、溶質のサイズが大きくなると、時間依存の摩擦係数の長時間領域に見られる流体力学的テールが大きくなり、短時間領域で見られる溶質-溶媒間の引力的相互作用の効果を相殺する様子が見られた。本計算の結果からは、溶質のサイズが溶媒の10倍(水溶液では直径3nm)程度になると、溶質-溶媒間の引力的相互作用は溶質に加わる摩擦係数に影響を及ぼさなくなり、摩擦係数は流体力学的効果に支配されることが予想され、通常の水溶性球状蛋白質では、その並進拡散係数は流体力学的に導出されるStokes-Einstein式に従うと考えられる。2.我々のこれまでの研究の結果によれば、水の運動性の低下は、溶質による空孔形成に伴い、溶媒の数密度揺らぎが増大し、溶媒の電気分極の緩和の協同性が低下したことで説明することが可能である。この機構は水に特異的な構造を前提としていないため、同様の現象は他の極性溶媒でも見られることが予想される。そこで、アルコールを溶媒とし、溶質-溶媒相互作用の異なる各種無極性溶質を溶解させた溶液について誘電緩和スペクトルを測定し、溶質が溶媒の運動性に与える影響を検討した。溶質が溶媒との相互作用が弱い場合には、溶液の誘電緩和時間が長くなり、溶媒と水素結合を形成する溶質の場合では、溶液の誘電緩和時間が短くなった。この傾向は、水溶液系における疎水性水和、負水和とそれぞれ対応しており、疎溶媒性溶質による溶媒の運動性の低下は水溶液に限定されないことが明らかとなった。

1. 利用去年研究中提出的存在外场的广义朗之万液体理论，我们可以从溶剂的响应到瞬时微小平移来计算球形溶质在简单液体中的平移运动测定了溶质的摩擦系数。当溶质尺寸与溶剂相似时，流体动力学效应对于溶质摩擦系数不是很重要，并且摩擦系数强烈依赖于溶质-溶剂相互作用。另一方面，随着溶质尺寸的增加，在与时间相关的摩擦系数的长时间区域中观察到的流体动力尾部变得更大，这似乎抵消了在短时间区域中观察到的溶质-溶剂吸引力相互作用的影响。 - 时间区域被看到。计算结果表明，当溶质的尺寸变为溶剂尺寸的约10倍（水溶液中直径为3 nm）时，溶质和溶剂之间的吸引力相互作用不再影响施加到溶剂上的摩擦系数。溶质的摩擦系数变得小于流体的摩擦系数，预计主要由机械效应决定，并且正常水溶性球状蛋白质的平移扩散系数被认为遵循从流体动力学导出的斯托克斯-爱因斯坦方程。。 2.根据我们前期的研究结果，水迁移率的降低是由于溶质形成空位，增加了溶剂的数密度波动，降低了溶剂电极化弛豫的协同性。可以通过发生的事情来解释。由于该机制不假设水特有的结构，因此预计在其他极性溶剂中也会观察到类似的现象。因此，我们以醇为溶剂，测量了具有不同溶质-溶剂相互作用的各种非极性溶质的介电弛豫谱，并研究了溶质对溶剂迁移率的影响。当溶质与溶剂相互作用较弱时，溶液的介电弛豫时间变长，当溶质与溶剂形成氢键时，溶液的介电弛豫时间变短。这种趋势分别对应于水性体系中的疏水水合和负水合，并且已经清楚的是，由于疏溶剂性溶质导致的溶剂迁移率的降低并不限于水溶液。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Generalized Langevin theory on the dynamics of simple fluids under external fields

外场作用下简单流体动力学的广义朗之万理论

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Journal of Chemical Physics 123巻3号
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Matsuoka;T.;Koda;S.
通讯作者：
S.

Molecular dynamics simulation study on the transient response of solvation structure during the translational diffusion of solute

溶质平移扩散过程中溶剂化结构瞬态响应的分子动力学模拟研究

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Journal of Chemical Physics 112・1
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Matsuoka;T.;Koda;S
通讯作者：
S

Multi-pH Monte Carlo Simulation of Coil-Globule transition of weak polyelectrolyte.

弱聚电解质线圈-球体转变的多 pH 蒙特卡罗模拟。

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Bulletin of Chemical Society of Japan 78巻12号
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Kiuchi;T.;Matsuoka;T.;Koda;S.
通讯作者：
S.

Solute Dependence of Mobility of Solvent Molecules in Solvophobic Solute Solutions : Dielectric Relaxation of Nonpolar Solute/Alcohol Mixtures.

疏溶剂溶液中溶剂分子迁移率的溶质依赖性：非极性溶质/醇混合物的介电弛豫。

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Journal of Physical Chemistry A 110巻10号
影响因子：
0
作者：
Nagao;A.;Yamaguchi;T.;Matsuoka;T.;Koda;S.
通讯作者：
S.

Mode-coupling study on the dynamics of hydrophobic hydration II: Aqueous solutions of benzene and rare gases.

疏水水合动力学的模式耦合研究II：苯和稀有气体的水溶液。

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physical Chemistry Chemical Physics 8巻6号
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Matsuoka;T.;Koda;S.
通讯作者：
S.

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2017
期刊：
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影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
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2017
期刊：
Journal of Japan Association for Earthquake Engineering
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0
作者：
田所承己・菅野博史編著;渡辺秀樹;吉野ヒロ子;平野直子;居郷至伸;李永淑;大浦宏邦;浦野慶子;山口毅;佐藤斉華;山口仁;伊達康博共著;野辺陽子・松木洋人・日比野由利・和泉広恵・土屋敦共著;岩上真珠(編著)・酒井計史・大槻奈巳・宮本みち子(著);大槻奈巳;小杉礼子・宮本みち子編著;秦吉弥，一井康二
通讯作者：
秦吉弥，一井康二