超高圧下の水の構造,2

片山 芳則; 服部 高典; 福井 宏之*; 野澤 暁史*; 舟越 賢一*

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液体の水は、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。このような4配位が基本となった隙間の多い構造は、加圧によって密な構造へと変化することが期待される。われわれは、超高圧下の水の構造を調べるため、大型放射光施設SPring-8で高温高圧X線回折実験を行っている。前回は、ビームラインBL14B1に設置されているキュービック型マルチアンビルプレスを用いたX線回折実験から、水の構造が数GPaの領域で、剛体球モデルで近似できるような構造へと変化することを報告した。今回は、ビームラインBL04B1に設置されている2段加圧式の川井型プレスを用いて、圧力の上限を約17GPaまで拡張した回折実験を行った。比較的大きな試料(直径1.5mm)を使うことによって、超高圧力下においてもバックグラウンドが小さく、S/Nの高いデータを収集することができた。常圧の水は構造因子に約2Aと約3Aの二つの極大を持つ。加圧とともにこの極大は近づき、単純な液体のような1本の鋭く大きなピークになる。さらに加圧すると、このピークの位置は次第にの大きな方向へと移動する。数GPa以下では、密度の上昇は主として配位数の増加によるが、それより高い圧力では分子間距離の減少によることがわかった。