冷やすと長持ちする水の電気分解の触媒！理研の実験では0℃付近が最長

そうよ。水を水素と酸素に分ける反応ね。
今回は、酸素が出る側の電極に使う触媒を調べたの。

触媒は、反応を進める手助けをしながら、自分は使われてなくならない物質のことよ。
しくみを調べる手本として、酸化マンガンの触媒を使ったの。

理想はそうなの。
でも酸素を出す反応の最中に、触媒自身が少しずつ溶けて弱っていくのよ。
字を書くたびに減っていく鉛筆の芯に、少し似ているわ。

触媒の上では、2つの反応が同時に進んでいるの。
1つは水から酸素を出す、ほしい反応よ。
もう1つは、マンガンが溶け出す困った反応ね。

発表の図では、マンガンが姿を変えながら輪を回って元に戻り、そのたびに酸素が出るの。
環状線の電車にたとえると、脇道に入ったマンガンが戻れずに溶けてしまうのよ。

液の中で、ピンク色をした別の形のイオンになるの。
だから液の色が、溶けた量の手がかりになるわ。

研究チームは、硫酸を含む水の温度を80℃から−12℃まで変えて、2つの反応の速さを測ったの。

なるわ。80℃から0℃付近まで下げると、酸素を出す反応はだんだん遅くなったの。
でも溶ける反応はそれ以上に大きく遅くなった、と理研は書いているわ。

チームのグラフでは、冷たいほど右、反応が遅いほど下に点が来るの。
0℃までを見ると、溶ける反応の線のほうがずっと急な下り坂よ。

そういうこと。
一般に、反応には越えないといけないエネルギーの山があって、その高さを活性化エネルギーと呼ぶの。
山が高い反応ほど、温度を下げたときに大きく遅くなるのよ。

自転車で坂を越えるのにたとえるわね。
冷やすと、こぐ人の元気が少し減るようなものなの。
低い坂ならまだ越えられるけど、高い坂を越えられる人はぐっと減るわ。

グラフの形からは、そう読めるわ。
だから冷やしても酸素はそれなりに出続けるのに、溶けるほうは大きく減るの。
これが、寿命が延びるしくみよ。

実際に、同じ強さの電流を流し続けて、触媒の寿命を測ったの。
一般に、触媒が弱ると、同じ電流を流すのにより高い電圧が要るわ。
ここでは、グラフで電圧が急に跳ね上がった所を、寿命の終わりの目印として読むの。

詰まりかけたストローほど、強く吸わないとジュースが同じだけ来ないのに似ているわ。

図から読むと、跳ね上がるまでは80℃、60℃、40℃、20℃の順に、約3、約7、約8.5、約12時間だったわ。
0℃では、線が途切れる20時間ほどまで、急な上がりが見えないの。
発表でも、寿命は0℃付近で最も長くなったとしているわ。

それが、そうでもないの。
0℃より下では、溶ける反応が逆に速くなったのよ。

液はすぐには凍らず、液体のままだったの。
この状態を過冷却と呼ぶわ。
凍るきっかけがないと、水は0℃を下回っても液体でいられることがあるのよ。

実験でも、−8℃の液に刺激を与えると、氷ができ始めたわ。
並べたドミノが、最初の1枚を押されるまで倒れないのに少し似ているの。

図から読むと、−4℃で約13.5、−8℃で約12時間と、寿命はまた短くなったの。
−8℃の液は2℃のときより濃いピンク色で、これは溶け出したマンガンの色よ。

そうなの。
チームは光を当てて液の中の水を調べ、0℃より下では水分子どうしのつながり方が大きく変わっていたと報告しているわ。

その水の変化がマンガンの溶け出しに影響した可能性がある、と理研は書いているの。
原因がそれだと決まったわけではないわ。