生き物のように多彩に動ける化学システムをつくることができるか？

生命は、自ら非平衡状態を作る

「化学平衡」とは、可逆反応において、順方向と逆方向の反応速度がつり合い、見かけ上反応が止まっている状態を指します。平衡から離れた状態を非平衡と呼びますが、これは特殊なものではなく、自然界でよく見られる状態です。例えば魚のうろこのように見えるうろこ雲は、雲の分布が均一でないので非平衡状態と言えます。熱帯魚の体表の模様も同様です。
この世界の物理法則では、初期が非平衡状態であっても最終的には平衡状態に進行するのが一般的です。しかし自然や生命の世界では、非平衡状態を自発的に作る様子が見られます。特に生命現象ではこの非平衡状態が生命活動を営む上で重要になります。

生き物のように動く物質

小さいせっけんの粒を水面に浮かべるとせっけん粒が運動します。水の表面張力とせっけん水の表面張力との差が駆動力となるのです。そして水面にせっけん分子が均等に広がって平衡状態となり、この運動はすぐに終わります。それに対し、小さなプラスチックの船に樟脳（しょうのう）の粒を接着して作られる樟脳船は、等速運動を持続します。樟脳船も樟脳分子が水面に広がることで運動しますが、広がった樟脳分子は水に溶けたり大気中に昇華したりするので、表面張力差が保たれ、駆動力が持続するのです。

新しいエネルギー変換システム

通常の酸化還元反応は、酸化か還元のどちらかに進みますが、「ベロウソフ・ジャボチンスキー反応」では、酸化と還元を交互に繰り返す振動反応を示します。これを空間的に広げると、酸化状態と還元状態の空間パターンが形成されます。振動や空間パターンを形成する現象の研究は、自発的に非平衡状態を作る原理を明らかにすることにつながります。例えば、電池は新品の状態から平衡に向かって進行するシステムで、やがて起電力が失われて使えなくなります。しかし、もし樟脳船のように自発的に平衡から離れて振動やパターンを形成するシステムを作れれば、まさに新しいエネルギー変換システムの可能性が見えてくるのです。

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

広島大学理学部化学科教授中田聡先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

機能物性化学、非平衡系科学、界面化学

先生が目指すSDGs

メッセージ

若い頃には、迷って進路変更をすることがあっても構わないと思います。大事なのは、きちんと情報収集をした上で、勇気をもってチャレンジすることです。そしてチャレンジによる貴重な体験や出会いがあなたの成長やチャンスにつながります。若い時には失敗しても再チャレンジするチャンスがあるので、たくさん失敗してください。
また、理学部は「なぜ？」を問う学部であり、その疑問が科学者の原点です。常に「なぜ？」という疑問を持ち、自分は何を理解して何を理解していないかを把握できるようになれば、科学がおもしろくなると思います。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

広島大学に関心を持ったあなたは

広島大学は社会に貢献できる優れた人材を育成し、科学の進歩・発展に貢献しつつ、世界の教育・研究拠点を目指す大学です。緑豊かな252ヘクタールという広大な東広島キャンパスを抱え、また、国際平和文化都市である広島市内等のキャンパスを含め、12学部、4研究科、1研究所、大学病院並びに11もの附属学校園を有しています。新しい知を創造しつつ、豊かな人間性を培い、絶えざる自己変革に努め、国際平和のために、地域社会、国際社会と連携して、社会に貢献できる人材の育成のために発展を続けます。