高温高圧下の水の構造,2

Structure of water under high pressure and temperature, 2

片山 芳則; 服部 高典   ; 齋藤 寛之; 青木 勝敏; 舟越 賢一*; 丹下 慶範*

Katayama, Yoshinori; Hattori, Takanori; Saito, Hiroyuki; Aoki, Katsutoshi; Funakoshi, Kenichi*; Tange, Yoshinori*

常圧の水は、水分子が水素結合によるネットワーク構造を作るため特異な性質を示す。われわれは、大型放射光施設SPring-8で17GPaまでの高温高圧X線回折実験を行い、水の構造が、数GPaの領域で、配位数が増加して単純液体のような構造へと変化することを報告した。今回、20GPaでのデータも収集できたので、その結果を報告する。しかし、これらの測定は融点直上で行ったので、圧力とともに温度も上昇する。そのため、構造におよぼす圧力(密度)と温度の効果を独立に議論することができない。そこで、ビームラインBL14B1に設置されているキュービック型プレスを用いて、約1GPaで温度を変えてX線回折測定を行った。室温では構造因子S(Q)の第一ピークの高波数側に肩がある。200Cでこの肩は消失するが、第一ピークは非対称である。さらに温度を600Cまで上げると、第一ピークの幅が広がり対称になっていく。これらの結果は、低配位数の構造から単純な構造への変化を示唆している。

Liquid water at ambient conditions shows unique properties because of hydrogen-bonded network structure. We conducted high-pressure high-temperature X-ray diffraction experiments up to 17 GPa at the SPring-8 synchrotron radiation facility and reported that the local structure changed towards a simple liquid-like structure through an increase of coordination number. We have extended the pressure range to 20 GPa and the results will be reported. However these data were measured just above the melting temperature at each pressure so that the effect of pressure (density) and that of temperature could not be separated. In this work, we have conducted X-ray diffraction measurement at various temperatures near 1 GPa. The shoulder of the first peak in S(Q) vanished at 200 C and the first peak became symmetric at 600 C. This result suggests a structural change from a low coordinated structure to a simple liquid-like structure.