植物、藻などの光合成で水pHが上がる原因は何でしょうか？

中学校の理科の問題で炭酸水中で植物の光合成によって、CO2(二酸化炭素)の消費によってBTB溶液色が塩基性を示すというものがあります。

単に、二酸化炭素の消費では液性は中性になるのと思うのですが何故でしょうか？

また、藻などによって簡単に水のpHが10以上になるということも聞いたことがあるのですが…

これらの液性を塩基性に変える要因とは何なのでしょうか？

No.2 ベストアンサー 回答者： noname#29428 回答日時： 2004/08/09 00:13

ご指摘のように，水槽でオオカナダモ等に光合成を盛んに行わせると，pH10を簡単に超えて強アルカリとなります。

この様な現象を，中学ではＣＯ2の減少で説明しているようでして，このサイトにも時々「強アルカリにはならないのでは」といった質問があります。

私も過去に専門家に質問したことがありますが残念ながら明確な回答は得られませんでした。中学で生徒に理解させることが良いのかどうかは別にしまして，以下のように考えたらいかがでしょうか。

光合成の光化学反応２は，次式になります。

Ｈ2Ｏ　→　2Ｈ+　+　Ｏ

水を分解して，そのプロトンを葉緑体のチラコイド内にプロトンポンプで汲み入れます。葉緑体は光が当たるとプロトンの濃度勾配を作るわけです。

当然外の水槽の水のプロトンは減ります。これが強アルカリにしている原因ではないかと思います。脱気した水でも程度の差はあれ同じことが起こりますから，ＣＯ2の減少よりは影響は大きいかも知れません。

光照射を止めますと，これらのプロトンはプロトンポンプを逆に回し，ＡＴＰを合成し外に出て，濃度勾配は無くなりますので，アルカリは弱まります。

光合成につきましては，下記URLを参考にしてください。参考になりましたなら…　

参考URL：http://www.d7.dion.ne.jp/~y_takeo/biobook/biob00 …

この回答への補足

プロトンを消費をするということは分かりましたが、
水槽の水のプロトンが減るとありますが、２分子の水の分解によって４つのプロトンと１分子の酸素というふうに反応するのではないのですか？
2H2O　→　4H+　+　O2
とすると、プロトンの減少ではなく、単に水の減少ではないのでしょうか？

頭がこんがらがってきました^_^;

補足日時：2004/08/09 03:14

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

プロトンを消費をするということは分かりましたが、
水槽の水のプロトンが減るとありますが、２分子の水の分解によって４つのプロトンと１分子の酸素というふうに反応するのではないのですか？
2H2O　→　4H+　+　O2
とすると、プロトンの減少ではなく、単に水の減少ではないのでしょうか？

頭がこんがらがってきました^_^;

お礼日時：2004/08/09 03:47

No.4 回答者： mojitto 回答日時： 2004/08/09 23:45

オオカナダモの光合成の実験ですよね？あれって…

１．試験管に水を採取
２．少量の水酸化ナトリウム水溶液とＢＴＢ溶液を加える
（この時点では当然溶液は青色）
３．ストローで呼気を送り込み、試験管内の水を酸性にする（この時点で青→緑→黄に変色）
４．オオカナダモを入れる
５．様々な条件下で様子を見る

光合成ができれば呼気によって溶存した二酸化炭素を消費するので元の状態、つまりアルカリ性に戻る。

だったと思うのですが…単に二酸化炭素を消費しただけでは中性になるだけだと思います。
ちなみにあえて水酸化ナトリウムを加える理由は、より顕著に結果が表れるからだったはずです。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
あ！、この話も聞いたことがあります。
藻でpH10になるものも本当にあるようですが、
オオカナダモ程度ではアルカリにはならないので、このようにしているのでしょうかね。
参考になりました。

お礼日時：2004/08/10 02:27

No.3 回答者： noname#29428 回答日時： 2004/08/09 08:02

プロトンの濃度勾配と言った表現では，理解してもらえませんでしたか。

間違わないで欲しいのですが，プロトンの濃度勾配を利用したATP合成を光リン酸化反応といいますが，プロトンの消費を伴いません。

プロトンの濃度勾配とはpH勾配のことです。プロトンの移動により，チラコイド内と外部ではpH3.5程の差があります。この差がないとATPを合成できません。

揚水式発電というものをご存じでしょうか。夜間電力を使い水を汲み上げ，昼間その水を流すことにより発電します。水の絶対量は減りませんよね。この場合には，水が多い方が酸性で，少ない状態がアルカリです。

葉緑体も同じです。光のエネルギーでプロトンを葉緑体内に汲み入れています。光が強く条件が良いと，汲み入れた状態が持続します。結果的に内外でpH3.5程の差が生じます。外はアルカリに中は酸性（外部がpH10なら中性ですが…）となるわけです。

質問者さんが生徒か先生か，またどの程度の方なのか解りませんので，あえて参考URLはあげません。

この回答へのお礼

度々ありがとうございます。
プロトンを消費しないのは分かりました。
このプロトンは水由来のプロトンでよろしいのですよね？
水由来の酸素原子は酸素分子なるのですよね？

そうならば、ただ単にチラコイド内のpHが下がるだけで、外でのpHは変化がないと思うのですが？

OH-が増えれば別なような気がしますが…

理解力不足ですいません。

お礼日時：2004/08/09 12:45

No.1 回答者： cathoderay 回答日時： 2004/08/08 22:33

二酸化炭素が水に溶けると炭酸になるのはよく知られている話です。

このとき　
科学的には

H2O（水）+CO2（二酸化炭素）→H2CO3(炭酸）になり

炭酸は水の中では次の形をとっています

2H+（水素イオン） と　CO3 2-

よくわからないかもしれませんが、もう少し見てください
上記のように分離しているわけです

ここで酸性や塩基性というのはどうして決まっているのか
ということを考えると
水溶液中の水素イオンの濃度で決まっています

このことをふまえまして
水溶液から二酸化炭素が消費されると
乱暴に書くと

2H+ + Co3 2- -CO2 →　CO2 + H2O

という反応になります
ここで見てほしいところは　CO2を取り出すことによって
2H+(水素イオン）であったものがほかのものとくっついて
水へと変化しているのがわかりますね？
したがって二酸化炭素を消費すると
水素イオン濃度が下がってしまうわけです。
ちなみに水素イオン濃度が高ければ酸性、低ければ塩基性と考えていただいてだいたい間違いありません

わかりにくいかと思いますが、このような回答でよろしいでしょうか？

また質問していただけたら補足します。

この回答への補足

炭酸H2CO3は2H+＋Co3 2-と平衡状態にあるわけですが、この2H+のプロトンはもともとH2O由来のプロトンじゃないのでしょうか？
そうなら脱炭酸で単に水が再生されるだけでなないのでしょうか？
それならば中性になり塩基性にはならないのでは…

もっと詳しく説明お願いできないでしょうか？

補足日時：2004/08/08 22:45