free waterとbound waterについて

質問

燃料電池用の電解質膜について勉強しているのですが、DSC測定によって膜のfree water（自由水）とbound water（結合水？）の割合、量を測定できるみたいなのですが、このfree waterとbound waterって一体何なのでしょうか？膜（サンプル）を一度0度で凍らせて再び加熱してその熱量？から測定するようにあったのですが・・・。お願いします！

回答No.2

picoscan · ベストアンサー

溶液あるいはイオン伝導性の固体内で、水分子が存在するとき、水分子は自身の極性によって、電化を持ったイオンや分子、蛋白などマクロ分子と相互作用し、溶媒和を作ります。このとき水分子は運動性が低く、あるいは氷のような固体のようになり、おそらく、結合水、あるいは束縛水と呼ばれるのだと思います。
一方で自由水は通常の液体状態を保っており、回転、併進運動を行っている、運動性の高い状態だと思います。
固体電解質の場合は、浸透性のポリマーを水分子とイオンが行きかうので、拡散速度は著しく落ちます。さらにイオン、特にポリマーの極性基が溶媒和を形成した場合にはさらに低下があり、このような固定化された水分子の伝導度への影響は水溶液中に比べて無視できないものであると思います。

お礼

ありがとうございます。一般的に固体電解質膜では束縛水の含量が多い方がいいのでしょうか？自由水より束縛水が多ければ低湿度や高温でも伝導度が保てるイメージがあるのですが・・・。

回答No.1

Oji_0930

結合水が加熱されることによって自由水になるのでそのときに運動性があがるためにその分の熱量に対応した吸熱ピークが観測できた気がします。0度以下(-10度とか)まで冷やすと、自由水も凍結されるので加熱したときに熱量の比で分かるのではないのでしょうか？
Bound waterは束縛水といわれることもあります
自由水とか結合水とか聞くと、ポリN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)の話が書籍にたくさん載っていると思います。ちなみにNIPAMで束縛水が自由になる温度は34℃といわれています。(NIPAMにはもう1種類水の状態が会った気もします。)
少し質問の内容とずれているかもしれませんが、ぜひ読んでみてください。

お礼

遅くなりました。ありがとうございました！！