Netsu Sokutei, 34 (1), p. 3, (2007)

What Some Anions do to H2O? : Towards Understanding the Hofmeister Series1

いくつかの陰イオンが水の分子凝集構造に与える影響を,私らが開発した1-プロパノール(1P)・プロービングの方法で調べた。1P-サンプル塩(S)-H2Oにおいて,三次微分量である1P-1Pエンタルピー相互作用HE1P-1Pを実験的に求めた。サンプル塩を加えたことにより,HE1P-1Pのパターンが変化する。その変化の仕方から,サンプル塩が水にどのような影響をあたえたか調べた。SO42-, F-, Cl-, Br-, I-およびClO4-のNa塩をサンプル塩として用いた。SO42-, F-およびCl-は基本的にHydration Centerとして働き,それぞれ7, 14および2.3個の水分子が水和する。一方,Br-, I-および ClO4-は基本的に親水的な働きをし,水の水素結合網に加担するかたちになる。そのため,水本来の水素結合網内で不純物センターとなり,揺らぎの度合いをさげる。その効果はBr-<I-<ClO4-の順であった。いわゆるHofmeister効果(塩析・塩溶効果)の序列と比較すると,Br-とCl-を境にして,塩析側ではHydration Centerであり,かつ水和の度合いが強いものほど,塩析効果が強い。塩溶のほうでは,より親水的なイオンほど塩溶効果が強いことが明らかになった。
The effects of selected anions on the molecular organization of H2O are elucidated by the 1-propanol (1P) probing methodology developed by us. We determine the third derivative quantity, the 1P-1P enthalpic interaction, HE1P-1P, in ternary system of 1P - sample salt (S) - H2O. In the presence of S, the HE1P-1P pattern changes while keeping the basic peak anomaly. These induced changes are used to elucidate the effect of S on H2O. We found within the sodium salts of SO42-, F-, Cl-, Br-, I- and ClO4? that the first three act basically as hydration centers. The hydration numbers are 17, 14 and 2.3, respectively. The remaining Br-, I- and ClO4- are basically hydrophiles. They form hydrogen bonds directly to the existing hydrogen bond network of H2O and thus work as impurity centers in the existing network, retarding the degree of fluctuation inherent in H2O. Their effects are stronger in the order of Br-<I-<ClO4-. Thus in terms of the Hofmeister effects, the kosmotropes (salting out agents) are hydration centers and the more the hydration number, the stronger the salting out effect. The chaotropes (salting in reagents), Br-, I- and ClO4-, are hydrophiles, and the stronger the hydrophilicity the stronger the salting-in power.