大量に塩(えん)を含む氷の特異な構造を解明

発表者：

S. Klotz　（パリ第6 ピエール・エ・マリ・キュリー大学/フランス国立科学研究センター　教授）

小松　一生　（東京大学大学院理学系研究科附属地殻化学実験施設　准教授）

F. Pietrucci　（パリ第6 ピエール・エ・マリ・キュリー大学/フランス国立科学研究センター　准教授）

鍵　裕之　（東京大学大学院理学系研究科附属地殻化学実験施設　教授）

A.A. Ludl　（パリ第6 ピエール・エ・マリ・キュリー大学 博士課程大学院生）

町田　真一　（一般財団法人　総合科学研究機構 中性子科学センター 研究員）

服部　高典　（国立研究開発法人　日本原子力研究開発機構　J-PARCセンター 主任研究員）

佐野　亜沙美　（国立研究開発法人　日本原子力研究開発機構　J-PARCセンター 副主任研究員）

L.E. Bove　（パリ第6 ピエール・エ・マリ・キュリー大学/スイス連邦工科大学ローザンヌ校　研究員）

発表のポイント：

• 高濃度の塩を含む氷の高圧相を合成し、中性子回折法および分子動力学法を駆使してその構造を解明した。
• 合成された高濃度の塩を含む氷は、氷VII相と同様の酸素配置をとるが、水分子の向きについては氷VII相と違ってほぼ等方的であり、水素結合ネットワークの多くが破壊されていることを見出した。
• このような等方的に配向した水分子や破壊された水素結合ネットワークは、他の氷の多形には見られない特異な状態であり、新奇な物性の発現が期待される。

発表概要：

氷と塩とは互いに溶け合わない、という事実は古くから知られています。しかし、高圧氷と塩との反応については、これまで系統的な研究が行われておらず、ほとんど知見がありませんでした。パリ第6 ピエール・エ・マリ・キュリー大学のS. Klotz教授らの研究グループは、東京大学大学院理学系研究科小松一生准教授、鍵裕之教授、および日本原子力研究開発機構 J-PARCセンター、総合科学研究機構 中性子科学センターとの共同研究で、塩化リチウムおよび臭化リチウム水溶液から、リチウムイオンや塩化物/臭化物イオンを高い濃度で含む氷の高圧相を合成し、これを大強度陽子加速器施設（J-PARC）の物質・生命科学研究施設（MLF）にある超高圧中性子回折装置PLANETを用いて観察することに成功しました。得られた中性子回折パターンおよび分子動力学法による計算結果から、高濃度に塩を含む氷は、氷の高圧相である氷VII相に似た構造を持ちながら、水分子の向きについてはほぼ等方的であり、水素結合ネットワークの多くが破壊されていることを明らかにしました。このような壊れた水素結合ネットワークは他の形の氷や水素結合を持つ物質には見られないもので、新奇な物性を持ちうる可能性があります。