Education in elementary and junior high schools is reviewed and discussed in relation with heat and energy. There are many subjects concerning heat and energy, especially in elementary schools. They are estimated to amount to about 46 % of the total content of science. Many experiments, while feasible only with simple apparatuses and by pupils themselves, help them to construct diverse concepts about things. It is important to make them have such experiences at their early stage in the schools. There are many educational materials as well which are potentially to be changed in future, and supports are needed to the education in schools.
小・中学校での「熱・エネルギー教育」について，理科の教員養成を担当してきた立場と，熱測定学会で種々の仕事をしてきた立場の両面から考察した。小学校では，「熱・エネルギー教育」に関して，予想以上に多く取り上げられていることが特徴である。温度測定も比較的早い段階で教えられている。使用が比較的簡単な測定器も多く，児童自身が実行できるものでありながら，それによって種々の概念が構築されていくことから，早い段階での取り組みは重要である。その教材のうちには，児童や教員が十分理解できる，あるいは指導できる教材といえるかどうか疑問が残るものもあり，今後さらに検討を加えることが必要である。
国立大学法人 福井大学教育地域科学部
Lab. of Natural Science Education, Faculty of Education, Fukui
Univ.
ﾊ
ﾊ
By reviewing the current curriculum of high school science, the status of heat and energy education was analyzed. In spite of the importance of heat and energy education for fostering scientific literacy required in daily life, the comprehensive education on heat and energy is weakened by an optional system of science subjects at high schools. For promoting education on "Science and Technology for the Environment and Society (STES)", it is required to develop teaching materials and educational programs on energy-environment education in addition to the introduction of a compulsory science subject for the first year class at high school.
現行の高等学校理科教育課程を概観し，「熱・エネルギー」教育の現状を分析した。「熱・エネルギー」に関する教育は日常生活における科学的素養を育成するうえで重視されるべきであるが，高等学校の理科教科が選択制であることが各教科に分散した熱・エネルギーに関する内容を関連付けながら学習させる上で支障となっていることを指摘した。「環境と社会のための科学・技術（STES）」教育を推進するためには，高等学校初学年における理科必修科目の開設が必要であるとともに，エネルギー・環境教育のための教材開発や教育プログラムの充実が課題である。
広島大学大学院教育学研究科
Graduate School of Education, Hiroshima Univ.
ﾊ
Oral tests have been effectively introduced in the lessons of undergraduate experimental physics at Gunma University. We show questions and answers actually exchanged with students concerning the basic concepts of thermodynamics, and show student's weak point in their understanding of energy and entropy. Considering the actual ability of students, we have improved our lecture courses by introducing demonstration experiments. Those demonstrations are powerful for students to acquire right concept of thermodynamics, when suitable explanations concerning the history of thermodynamics are given at the same time. Finally, we emphasize the importance of viewpoint based on the thermodynamic concepts in future university education.
口頭試問を取り入れて学生の理解度を確かめながら実験をすすめさせる物理実験指導法は，たくさんの実験技術を身につけさせることを目的にして行われている従来の学生実験にくらべ，物理学の基本的なものの見方や方法を与える点で遥かに優れている。熱と仕事の関係をテーマにした実験課題について，この方法による指導がどのように進められているかを具体的に示した。つづいて，入門物理の熱力学に関する講義で行っている教卓実験のいくつかを紹介し，それを歴史的説明と併用して行うとき，学生の興味を引き起こす点で大きな効果を持つことを示した。また，大学の総合教育において熱力学は重要な役割を担うべきであることを提言した。
群馬大学名誉教授
Professor Emeritus, Gunma Univ.
ﾊ
Thermodynamics is taught in universities and colleges as a part of physical chemistry or general chemistry. It is a basic discipline and is required in later studies when the students specialize in various fields of science and engineering. There are different organizations of thermodynamics courses with respect to how the entropy is introduced: the traditional Carnot-Clausius-Kelvin-Planck approach, the axiomatic Caratheodory approach, the formal approach by Callen, and Boltzmann's statistical definition of entropy and Gibb's statistical mechanics. The author finds the combination of the traditional approach and elementary statistical method the most accessible for students in introductory thermodynamics courses. Based on the belief that the lack of thermal events in our daily experience in which the entropy is conserved lies at the core of the difficulty we have when we try to understand the entropy concept, the author has contrived an experiment for demonstration in thermodynamics courses in which the temperature of an elastic rubber band is measured as it heats and cools in response to elongation and contraction. Reversibility of the temperature change demonstrates the existence of a conserved quantity, other than the energy, in this thermal event. Connection of this experiment with the Carnot cycle and the Boltzmann entropy is made complete by the knowledge of the random structure of rubber polymers.
熱力学は大学において物理化学や一般化学の一部として教えられ，学生が後の学年で科学や工学の専門分野に進んだとき必要となる基礎教科の一つである。熱力学の講義において，第2法則を導入する方法に，伝統的なカルノー・クラウジウス・ケルビン・プランクの方法，カラテオドリーの公理論的方法，キャレンの形式，ボルツマンの統計的定義とギブズの統計力学がある。著者は初等熱力学において，伝統的なカルノー・クラウジウス・ケルビン・プランクの方法とボルツマンの初等統計力学の組み合わせがもっともわかりよい方法であると考える。エントロピー概念の難しさは，日常体験の中にエントロピーが保存量として振舞う熱現象を見ることがないという事実に由来するとの考えにもとづき，例外的にエントロピーが保存される過程として，ゴムの伸縮にともなう温度の可逆的変化を測定する実験を考案した。この実験によって，状態量としてのエントロピーの存在を推察し，高分子の無秩序構造に由来するボルツマンの統計的エントロピーの意味を理解することができる。
（元）大阪大学大学院理学研究科
(Formerly) Graduate School of Science, Osaka Univ.
ﾊ
ﾊ
The Significance of education on calorimetry and thermal analysis for undergraduate students was discussed, and the necessity of developments of teaching materials for laboratory classes was pointed out. As the examples of such teaching materials, (1) Thermal Analysis of Phase Behavior of KNO3, (2) DSC of PET (poly(ethylene terephtalete)), and (3) Thermal Decomposition of Basic Copper(II) Sulfate were introduced in a format of reference material for students at universities.
大学専門課程における熱測定の教育についてその意義を議論した。熱測定に関する実験教材開発の必要性を指摘し，(1)「硝酸カリウムの相関係の熱分析」，(2)「PETボトルのDSC測定」，および(3)「塩基性硫酸銅(II)の熱分解」の三つの実験教材を紹介した。
広島大学大学院教育学研究科
Graduate School of Education, Hiroshima Univ
ﾊ
ﾊ
To explain the roles of thermodynamics and the measurements of thermal properties in a Japanese chemical company, four brief reviews related to thermal behaviors and the evaluations for them were shown. Thermodynamics and thermal characterization will be able to play important roles in many companies, though it is not yet well recognized because many researchers have not sufficient knowledge about thermal behaviors of materials.
化学会社の研究部門における熱力学や熱測定の役割を説明するために，熱力学または熱測定に関係する4つの研究の例とそれに対する評価を示した。熱力学や熱測定は，企業研究の中で重要な役割を果たすことができるが，このことが必ずしもよく理解されているとはいえず，したがって充分にその役割を果たしているとはいえない。
元 三菱化学（株）リサーチフェロー，元 東京農工大学教授
Activity of tin in liquid Sn-Bi-Sb was derived by EMF measurement of galvanic cell with fused salts electrolyte in the temperature range of 700 to 1000 K in the whole composition range. Activity of tin at 900 K shows very small positive deviation from Raoult's law for Sn-Bi alloys and moderately negative deviation for Sn-Sb alloys. Activity of ternary alloys alongﾊ SbyBi(1－y)-Sn (y＝0.25, 0.50 and 0.75) shows negative deviation and the deviation becomes large with increasing Sb content. Excess free energy of mixing is derived using Darken's method for Gibbs-Duhem equation and the values are compared with those by model calculations based on the three constitutive binary data.
Graduate School of Eng., Osaka Univ.
It is described that genomic-DNA sequence analyses of many living organisms have been completed, and studies on structural and functional genomics are now proceeding. The dual nature of natural proteins is remarked that they have two different aspects of technological and scientific entities, which is distinct from industrial functional elements. Characteristic aspects of the molecular thermodynamic quantities of proteins, and their physical and biological implications are explained including the enthalpy-entropy compensation and the large positive heat-capacity change in protein denaturation. Finally, perspectives on the research of protein thermodynamics at the post-genome era are presented and a possibility of the development of protein science in the expanded sequence space is discussed.
多くの生物についてゲノムDNA配列の解析が完了し，構造，機能ゲノム科学の研究が進行していることを述べる。工業的な機能素子と異なり，工学的な存在であると共に理学的な存在でもあるという，異なる二つの側面を持つ蛋白質の二重性について述べる。蛋白質の分子熱力学量の特性とその物理的及び生物的意味を，蛋白質変性におけるエンタルピー－エントロピー相殺と大きな正の熱容量変化について説明する。最後に，ポストゲノム時代における蛋白質熱力学研究を展望し，拡大した配列空間での蛋白質科学の展開の可能性を議論する。
長岡技術科学大学 生物系
Dept. of Bioengineering, Nagaoka Univ. of Technology
ﾊ
ﾊ
A differential AC chip calorimeter based on commercially available sensors is described. Due to the differential setup pJK－1 sensitivity is achieved. Heat capacity can be measured for sample masses below one nanogram. This corresponds to heat capacities below one nJK－1 even above room temperature as needed for the study of the glass transition in nanometer thin polymeric films. The calorimeter allows for the frequency dependent measurement of complex heat capacity in the broad frequency range from 1 Hz to 1 kHz for sample masses of some nanograms.
Institute of Physics, University of Rostock
ﾊ
ﾊ
A high sensitivity and high resolution DSC working between 220 and 400 K with a baseline stability of ±3 nW, with a low noise of nV order, with a quick response time of 2 s and with a temperature resolution of 0.1 mK, capable of measuring in the both directions of heating and cooling has been designed and constructed. The stability of the baseline was achieved by the use of a high sensitive temperature sensor, a precise temperature control of ±0.1 mK, an adiabatic control, the damping devices to decrease the temperature fluctuation at the sample cell and the devices to decrease noises on the lead wires. Very fine structures of phase transitions were observed at a cooling rate of 5 mKs－1 in the measurement of C22H46 by application of the nW-stabilized DSC. The measurement of the melting of C15H31COOH and C32H66 employing very small samples of mg order was carried out as well and the results demonstrated the high sensibility of the nW-stabilized DSC.
熱流束型DSCにおいて，温度センサーに半導体熱電素子モジュールの採用，±1 mK以内の断熱制御，±0.1 mK以内の昇降温制御，試料セル近傍の温度変動を±0.1 mKのオーダーとするための温度減衰方法の採用，計測系へのノイズ，迷起電力が±1 nVのオーダーとする工夫により，ベースラインの安定性±3 nW程度，装置の応答速度2 s程度で，装置の温度分解能0.1 mK程度のDSCを製作した。このDSCを用いて，mgのオーダーの試料量のパルミチン酸とドトリアコンタンの融解挙動を測定した。試料量が減少するにつれて融点の低下が観測されたが，これは試料分子と試料容器との相互作用によるものと理解される。また，ドコサンの測定では，液体上単分子層の存在の検出や新しい多段階相転移や相転移の微細構造の検出に成功した。
千葉大学教育学部
Faculty of Education, Chiba Univ.
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Movement is a fundamental characteristic of all living things. This biogenic function is attributed to molecular motors in a cell. Molecular motors are mechano-chemical enzymes that generate forces by using chemical energy derived from the hydrolysis reaction of adenosine tri-phosphate (ATP) molecules. Despite a large number of studies on this issue, the mechanism of mechano-chemical energy transduction is still unsolved. In this review, we describe the experimental and theoretical approaches for elucidating the mechanism how kinesin motors generate the unidirectional movement along a microtubule. By use of a novel single-molecule-detection technique, we detected the elementary processes on the sliding movement of single kinesin molecules. Motility analysis has revealed that a stochastic mechanism underlies in the unidirectional movement of kinesin. To explain the energetic aspects of the stochastic movements, we constructed a new phenomenological framework based on non-equilibrium statistical mechanics, and determined the energetic balance in single kinesin molecules. It is indicated that the hydrolysis energy of ATP is effectively used to generate the unidirectional movement. Our experimental and theoretical approaches will help to understand thermodynamics of nano-world.
「動き」は生命の基本的な特徴である。この生体機能を生み出しているのは，細胞の中に存在する分子モーターである。分子モーターはアデノシン3リン酸（ATP）分子の加水分解反応によって取り出したエネルギーをつかって力を生み出す酵素である。化学－力学エネルギー変換の機構については多くの研究が行われてきたが，いまだ解明されていない。この解説では，キネシン分子が微小管に沿って一方向に運動するメカニズムを明らかにするために筆者らが用いた，実験及び理論的アプローチを紹介する。我々は，新しい一分子検出法を用いて，キネシン分子の滑り運動の素過程の検出を行い，その運動特性を解析した。その結果，キネシンの一方向性の運動は，確率的な過程を経て産み出されていることが明らかになった。このような確率的な運動をエネルギー論的な立場から説明するため，我々は，非平衡統計力学に基づいた現象論的枠組みを新たに構築し，キネシンの滑り運動におけるエネルギー収支を決定した。その結果，ATP加水分解反応によって得られたエネルギーは，効果的に一方向性の運動を産み出すことに使われていることが明らかになった。我々が開発した実験的，理論的手法は，ナノワールドにおける熱力学を理解するための端緒となることが期待される。
京都大学大学院理学研究科
Graduate School of Science, Kyoto Univ.
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Binary phase diagrams of nano-particle alloy systems have been evaluated from the information on the Gibbs energy and the surface tension of bulk systems. As the size of a particle decreases, the melting point of pure component decreases and the liquid phase region is enlarged in binary phase diagrams, in other words, the liquidus temperature decreases. In addition, solid solutions in nano-particle systems have larger composition ranges than those in bulk alloys. It is found from the above evaluation that the size dependence of a particle on phase diagrams is remarkable when excess Gibbs energies have large positive values in solid and liquid phases.
ナノ粒子系2元合金状態図をバルクの熱力学量と表面張力を用いて評価する計算手法と計算例を紹介した。粒子径が小さくなると，純成分の融点は下がり，液相線温度も低下し，さらに固溶体の組成域が拡大する傾向を示した。平衡状態図の粒子径依存性は固相および液相において過剰自由エネルギーが正の大きな値を示す合金系において顕著に現われることが明らかとなった。
大阪大学大学院工学研究科
Graduate School of Engineering, Osaka Univ.
ﾊ
The heat radiation, from the Sun at 6000 K to space at 3 K, gives rise to the meteorological and biological activities on the Earth. Therefore, irreversible processes, expressed by the second law of thermodynamics, originate in the expansion of the universe, which keeps space at 3 K. Thermodynamics as formulated by Clausius is primarily a theory, not of energy, but of matter, and "entropy" is a quantity of state expressing "transformational content" of a body. The entropy increase produced by the irreversible processes of heat transfer and diffusion is derived thermodynamically, and Boltzmann's principle deduced. Gibbs's paradox derived from the entropy of mixing, and light-quantum theory from the entropy of radiation, show that thermodynamics contained the germ of quantum theory. Non-equilibrium thermodynamics based on the local equilibrium assumption, and the theory of dissipative structure, explain behavior of matters and formation of structures we meet everyday. Finally, it is argued that the application of the concept of entropy to economic processes highlights the importance of the problems of resource and environment.
6000 Kの太陽から3 Kの宇宙空間への熱輻射は，地球表面上における気象活動・生物活動を引き起している。したがって，熱力学第二法則が表す不可逆過程は，宇宙空間を3 Kに保っている宇宙膨張に起因するものだといえる。クラウジウスが定式化した熱力学は，基本的には，エネルギーの理論ではなく物質の理論であり，「エントロピー」とは物体の「内部転化」を表す状態量である。熱伝達と拡散という不可逆過程で生成されるエントロピー増大が熱力学的に導出され，ボルツマンの原理が導かれる。混合エントロピーから導かれるギブズの背理と，輻射エントロピーから導かれる光量子論は，熱力学が量子論の胚をはらんでいたことを示している。局所平衡の仮定に基づく非平衡熱力学は，散逸構造論と共に，我々が日常に接する物体の振舞いや構造の形成を説明する。最後に，エントロピー概念の経済過程への適用は，資源と環境の問題の重要性を浮き彫りにすることが強調される。
聖隷クリストファー大学
Seirei Christopher College
ﾊ
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Gibbs energy is the most important thermodynamic quantity for the discussion of equilibria in chemistry. This paper is for persons who have not opened textbooks of thermodynamics after leaving the school. We shall see that the direction of spontaneous change is firstly obtained in terms of the Gibbs energy of substances, and secondly the maximum non-expansion work obtained from a process at constant temperature and pressure is given by the Gibbs energy change of the process. We shall make another description such as, the properties of Gibbs energy, phase diagram of a substance, colligative properties of solutions, and reaction Gibbs energy in chemical reaction. Finally, we shall deal with the determination procedure of Gibbs energy and discussions of the obtained results in binary solutions as an application to the real system.
講座の中の一項目として取り上げられたギブズエネルギーは物質が示す種々の状態の性質を表現する熱力学関数のうちで特に重要な物理量である。
大学卒業以来何年も熱力学関係の教科書を紐解くことの無かった人にギブズエネルギーと物質の状態の性質との関係をもう一度思い出して頂くことを目的に書かれている。
始めにギブズエネルギーが物質の状態の安定性に大きく関与していることを述べると共に，体積仕事以外の有用な仕事と関係について述べている。更にギブズエネルギーの性質，ギブズエネルギーと相平衡，溶液の束一的性質，化学平衡との関係および混合系のギブズエネルギーについて述べている。最後に応用例として，溶液のギブズエネルギーの測定方法と測定結果からの考察について書かれている。
東京電機大学フロンティア共同研究センター
Frontier R&D Center, Tokyo Denki Univ.
ﾊ
ﾊ
ﾊ
ﾊ
The basic relationship between binary phase diagrams and the thermal analysis charts is described. The phase diagram of Al-Mg system is determined based on the DSC charts. An interesting mystery is given on the freezing behavior of water-ethyl alcohol system; The DSC charts cannot be interpreted based on the simple phase diagram.
状態図と熱分析チャートとの関係を解説した。Al-Mg合金のDSCチャートから液相線と固相線の決定のための方法を述べた。水－エタノール系の冷却DSCには状態図からは解釈できない興味深い不思議な現象が現れることを紹介した。
アグネ技術センター（株）
Agne Gijutsu Center
ﾊ
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Through thermodynamic analyses and considerations on the existing experimental results on cubic mesophases, the unexpected sharing of the common properties by thermotropic and lyotropic liquid crystals is demonstrated. In some thermotropic liquid crystals, the terminal alkyl chain attached to the molecular core is highly disordered as indicated by the magnitude of configurational entropy. The melt chain serves as intramolecular solvent (self-solvent), as evidenced by the close similarity between phase diagrams against chain-length and composition in binary system with n-alkane. These facts lead to the quasi-binary (QB) picture of thermotropic liquid crystals. The QB picture affords the basis to establish the structural models of cubic mesophases in classic cubic mesogens, and that to deduce the entropy difference between flat surfaces and complex surface(s) having complicated geometry such as Gyroid, a triply periodic minimal surface (TPMS).
キュービック液晶相についての熱力学的研究に基づき，サーモトロピック液晶とリオトロピック液晶が従来考えられていたよりも近い関係にあることを指摘した。ある種の液晶においては分子末端の長鎖アルキル基は大きな配座エントロピーを持ち，分子内溶媒・自己溶媒として働くことが熱力学的な実験により確認できる。サーモトロピック液晶を擬二成分系として取り扱うと，キュービック液晶の構造モデルが導かれ，三重周期極小曲面（TPMS）と平坦面のエントロピー差などを議論することができる。
筑波大学大学院数理物質科学研究科
Graduate School of Pure and Applied Sciences, University of
Tsukuba
ﾊ
ﾊ
ﾊ
ﾊ
In high-pressure high-temperature conditions in the earth's interior, constituent minerals of the mantle transform to denser phases. The most abundant mineral, (Mg, Fe)2SiO4 olivine, transforms to high-pressure phases with spinel structure and (Mg, Fe)SiO3 perovskite plus rocksalt-structured (Mg, Fe)O at the depths where seismic velocities suddenly increase. The equilibrium transition boundaries for the high-pressure transitions of olivine have been accurately determined by high-pressure high-temperature experiments and thermodynamic calculation based on calorimetric data. The results have been used to estimate temperature distribution in the mantle. High-pressure phase relations of pyroxenes and garnet have also been determined by high-pressure experiments and thermodynamic calculation. Combining the phase relations of the mantle minerals, constitution of the deep earth has been mostly clarified. Recent progress in high-pressure experiments has strongly suggested that Mg-rich perovskite further transforms to a denser structure near the base of the mantle.
地球内部の高温高圧状態では，構成鉱物は相転移を起こし，密度の高い構造に転移する。マントルでは複数の地震波速度が急増する深さがあり，これらの深さでマントルに最も豊富に存在する(Mg, Fe)2SiO4オリビンがスピネル構造を経て，ペロブスカイト型(Mg, Fe)SiO3と岩塩型(Mg, Fe)Oに分解する。これらの高圧相転移に関する平衡相境界線は，高温高圧実験によって，また熱測定データに基づく熱力学計算により，正確に決められており，それからマントルの温度分布が推定された。またオリビンに次いで豊富に存在するパイロキシンとガーネットの高圧相関係も高圧実験と熱力学計算により解明されており，これらを総合してマントル遷移層と下部マントルの構成物質がほぼ明らかにされている。最近の超高圧実験では，マグネシウムに富むペロブスカイトがマントル最下部でさらに相転移を起こすことが強く示唆されている。
学習院大学理学部化学科
Dept. of Chemistry, Gakushuin Univ.
ﾊ
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Recently, we succeeded in vitro time-resolved x-ray observations of picometer-scale slow Brownian motions of individual protein molecules in aqueous solutions. In this new single molecular detection system, which we call Diffracted X-ray Tracking (DXT), we observed the rotating motions of an individual nanocrystal, which is linked to the specific site in individual protein molecules. Therefore, DXT can monitor dynamics of the individual molecules or specific sites in individual single protein molecules. Now, we observed individual DNA molecules, myosin head molecules, denatured proteins, protein membranes.
ナノメートルの千分の一のスケールであるピコメートルのレベルでの動的1分子観察に時分割的X線計測を用いて成功した。この全く新しいX線1分子計測法，Diffracted X-ray Tracking（DXT，回折X線追跡法）は，計測目的の生体1分子の特定部位に標識されたナノ結晶の回転運動を計測する。そのナノ結晶は，生体1分子の特定部位に1個だけ標識できるので，一つのナノ結晶の回転運動を通して，生体1分子の動的情報を得ることができる。これまで，DNA分子，ミオシン系分子，変性状態の生体分子，そして膜タンパク質分子の計測に成功した。
（財）高輝度光科学研究センター&科学技術振興機構
戦略的基礎研究推進事業 佐々木チーム
SPring-8/JASRI & JST/ CREST (Sasaki-Team)
ﾊ
In this article is dealt with the history of the concept and the measuring method of temperature. Firstly, the relation of thermal sensation of human body to the temperature concept is discussed. Secondly, the rise and development of liquid-in-glass thermometers are described. Thirdly, the formation of thermodynamic concept of temperature is traced. Finally, the modern trends of conceptualization of temperature both in operationism and reductionism are pointed out.
温度とは何か，温度計はどんな機能を持つべきか－古来の考察・試行の跡をたどり，人体の冷温感覚との不即不離の関係，液体封入ガラス製温度計を初めとする各種温度計の開発と改良，そして巨視的熱学の基本法則による（個別の物性によらない）熱力学温度の定義及びその微視的な解釈を通観し，併せて，操作主義の考え方（規定された測定器の指示によって温度を定義する立場）に触れる。
久米美術館参事研究員，北海道大学名誉教授
ﾊ
ﾊ
ﾊ
This review describes the analytical techniques for evaluating the structural phase transition of a small protein. First, it outlines the significance of thermal analyses in protein research. Next, a practical limitation of micro DSC to detect the structural phase transition of a small protein is mentioned, though this method is adequate for ordinary proteins. We then introduce the strategy for analyzing a small protein combining the optical measurements using chemometrics and the atomic level analyses by NMR, which were conducted by us to overcome the above problem. Finally, the meaning of the thermodynamic result obtained from these analyses is discussed.
小さなタンパク質の構造相転移を評価するための解析手法に関して解説する。まず，タンパク質の研究における熱測定の重要性について概説する。ついで，タンパク質の構造相転移の解析法としては定法となっているマイクロDSC分析が，タンパク質のサイズが小さくなると解析困難になる状況を説明する。そして，この問題を克服するために行った，ケモメトリックスを利用した分光学的分析とNMRによる原子レベルの分析について紹介する。最後に，これらの解析から得られた熱力学的結果の意味について考察する。
独立行政法人産業技術総合研究所
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
General theoretical scheme forﾊ studying phase diagrams of associating polymer solutions is presented. As the simplest example, phase diagrams with lower critical solution temperature (LCST), as seen in aqueous solutions of neutral polymers such as poly(ethylene oxide) and poly(N-isopropylacrylamide), are theoretically derived and compared with the recent experiments. It turns out that miscibility gaps of loop shape and hourglass shape appear depending upon the polymer molecular weight if hydration (association of water molecules onto the polymer chains by hydrogen bonds) takes place randomly and independently, while miscibility gaps of square shape with very flat LCST line appear independently of the polymer molecular weight if hydration is cooperative.
分子間の会合により誘起される相分離やゲル化現象を取り込んだ高分子溶液の相図を導出する基礎的な考え方「会合高分子溶液理論」を紹介した。これにより，疎水性凝集による高分子ミセルの形成，ゾル・ゲル転移等の古典的Flory-Huggins格子理論では説明できなかった相転移現象の熱統計力学的な研究が出来るようになった。簡単な応用例として，高分子水溶液に見られる水和による高温相分離型（LCST）相図を導出した。水分子の高分子鎖への水素結合がランダムに形成される場合にはループ型および砂時計型相分離領域が出現し，協同的に形成される場合には平らなLCST線を有する箱型相分離領域が出現することがわかった。
京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻
Dept. of Polymer Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto
Univ.
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Factors affecting the ionic conductivity of lithium have been discussed in this paper. Firstly, limitations of the classical concept were shown, such as Born-Mayer equation for the prediction of the activation energy during ionic migration. These classical concepts roughly reproduce the experimental behavior, however the deviations from the prediction occasionally occur. Some of the reasons for such deviations are due to the assumptions that the crystal was composed of perfect ionic bonds, no local structural distortion around defect site, and defects are not interact one another. To understand these effects, recent experimental and computational works are reviewed.
高リチウムイオン導電体材料を設計するために，イオン導電性に影響を及ぼす結晶構造のパラメーターや化学結合性などのファクターについて議論する。静電場や近接反発力といった古典的な相互作用を考慮したモデルは有用であるが，適用には限界があることを示した。これは古典的なモデルが完全イオン結合から構成されていること，結晶の平均構造を仮定していることなどが理由として挙げられる。本稿では，これらの効果を実験および計算科学的な手法でアプローチした最近の文献を紹介する。
東京工業大学大学院理工学研究科
Dept. of Applied Chemistry, Tokyo Institute of Technology
ﾊ
ﾊ
ﾊ
Extensive usage of fossil fuels is causing CO2 emission increase
and rapidly increasing the atmospheric CO2 concentration which causes
the global warming. The atmospheric CO2 concentration should be
stabilized at a low level to mitigate the global warming.
Herein, projections of the world population, economic growth, energy
consumption and energy sources in 100 years, which affect the CO2
emissions, are explained. CO2 mitigation measures, especially, carbon
capture and storage technologies which are considered to be
necessarily implemented for a world based on fossil fuels are
described.
化石燃料の多消費に伴いCO2排出量が増加し，大気中CO2濃度が急上昇している。そのため地球温暖化が進行している。温暖化を緩和するためには大気中CO2濃度を低い濃度で安定化させる必要がある。ここではCO2排出量に大きな影響を与える人口，経済成長，エネルギー消費量，エネルギー源など将来どうなっていくかのシナリオを紹介した。更にそのための対策技術，またその中でも化石燃料を使用する限り対策として取り上げざるを得ないCO2分離回収・隔離技術について現状を説明した。
財団法人地球環境産業技術研究機構，成蹊大学理工学部特別研究招聘教授
Research Institute of Innovative Technology for the Earth
京都大学大学院工学研究科