液体・個体・気体の他にもある「水の状態」

水に伴う化学反応が、扱う物質にどのような影響を与えるか、より正確なシミュレーションを行うことができるようなる方法が見つかったようです。

But it can open the way to run more accurate simulations of how aqueous chemical reactions in various fields affect the materials they work with.

参照元：https://viterbischool.usc.edu/news/2021/06/what-we-know-about-water-may-have-just-changed-dramatically/
– 南カリフォルニア大学 University of Southern California. June 3, 2021 –

水は奇妙ですが、とても重要なものです。

実際、水は地球上で最も変わった分子のひとつです。

水は本来の温度ではないところで沸騰します。

固まっているときには膨張して浮いてしまいます。

また、表面張力も本来の値より高いです。

そしてこのたび、『Nature』誌に掲載された新たな研究により、水の奇妙な性質にもう1つ、同様に奇妙な性質が加わりました。

この新事実がもたらす影響は、水の浄化から医薬品の製造まで、水に関わるすべてのプロセスに著しい影響を与える可能性があります。

USCビタビ工学部の電気・コンピュータ工学教授Stephen CroninとUSC Dornsife College of Letters, Arts and Sciencesの化学准教授Alexander Benderskiiは、水が電極表面に接触すると、その分子がすべて同じように反応しないことを明らかにしました。

このことは、電界をかけた水にさまざまな物質が溶けるかどうかに大きく影響し、その結果、化学反応がどのように起こるかを左右することになります。

そして化学反応は、私たちが「あらゆるもの」を作るために必要な要素です。

このような画期的な研究が、化学者と電気技術者の学際的な研究から生まれるのは適切なことだと思います。

化学は基本的に電子の研究であり、化学反応は私たちの現代世界を構築する材料を作るものだからです。

それぞれの研究者は、この研究に重要な要素を提供しました。

今回のケースでは、エンジニアのクローニンが画期的な電極を、化学者のベンダースキーが高度なレーザー分光法を提供しました。

最終的には、この2つの設計の組み合わせにより、画期的な結果が得られました。

まず、Cronin氏は、単層グラフェン（厚さわずか0.355nm）からなる独自の電極を設計しました。

グラフェンを使った電極は、それ自体が非常に複雑なプロセスです。

実際、今回の研究に必要な電極は、世界中の研究グループが過去に挑戦して失敗したものです。

Cronin氏は話します。

「アレックスと私は、これを実現するためにしばらく苦労し、何度も設計を変更していました。最終的に自分たちの研究の成果を目にすることができて、やりがいと興奮を感じています。」

電極を水のセルに設置して電流を流し始めると、ベンダースキーの技術が発揮されます。

Benderskii氏は、他の研究グループではわずかしか再現できない特殊なレーザー分光法を用いています。

Benderskii氏は話します。

「今回の実験条件で初めて水分子を観察したところ、これまで誰も理解していなかった方法で、水分子が磁場とどのように相互作用しているかを確認することができました。」

2人が発見したのは、電極に最も近い水分子の最上層が、他の水分子とはまったく異なる方法で整列していることでした。

この発見は予想外でした。

しかし、この発見によって、さまざまな分野で行われている水の化学反応が、扱う物質にどのような影響を与えるかについて、より正確なシミュレーションを行うことができるようになります。

この研究がすぐに効果を発揮する可能性がある分野の1つは、きれいな水を提供することです。

Cronin氏は話します。

「グラフェンと接触した水は、実際に脱塩の新技術として提案されています。私たちの研究は、科学者がより良いシミュレーションを設計するのに役立ち、最終的には脱塩されたきれいな水をより早く、より安く、より清潔に人々に届けることができるでしょう。」

Benderskii氏とCronin氏は、長年の共同研究をすぐに終わらせるつもりはありません。

今回、新たな水質を発見したことで、さらに深く研究を進めようとしています。

Benderskii氏は話します。

「私たちが発表した研究は、水が全体としてどのように流れに反応するかというものでした。次は、この反応が個々の分子レベルでどのように作用するかを理解しようとしています。」