光合成または生体内に於ける糖分の燃焼に対するエントロピー論的科学反応式はどうなるのですか?

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A 回答 (4件)

光合成をつぎの式で考えようとしても、左辺のエントロピーが右辺より大きいので、


この反応は進みません。

6CO2(気体)+6H2O(液体)+熱(長波長光) → C6H12O6+6O2(気体)

しかし左辺に太陽光が含まれると、つぎの反応式になります。

6CO2(気体) + 6H2O(液体) + (数百)H2O(液体)+ 短波長光
    → C6H12O6 + 6O2(気体) + (数百)H2O(気体)+熱(長波長光)

短波長光のエントロピーは小さく、長波長光のエントロピーは大きいので、
この式全体では、左辺のエントロピーより右辺のエントロピーは大きくなります。
そのため、この反応は進みます。

一方糖分の燃焼は、つぎの式になります。

C6H12O6+6O2(気体) → 6CO2(気体)+6H2O(液体)+熱(長波長光) 

この式は、上の太陽光を含まない方の式の逆なので、自然に起こります。

以上のようにエントロピー論では、通常の化学反応式に、
各項の状態(固体か液体か気体か)を表し、
波長を含む電磁波の項を加えればよいです。

この説明を書くに際して、
http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a43. …
を参照しました。
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rei00 です。補足拝見しましたが,やはり何か勘違いされているように思います。

> 光エネルギーを受け取っているわけだから作られたブドウ糖と
> 酸素は物質的にエントロピーの低い物質になりますよね。

 これは言えません。エントロピ-は物質のもつ固有値ではなく,物質の状態に応じて決まる値です。ですので,同じ物質でも状態が異なれば,エントロピ-の高い状態も低い状態もあります。


> 光合成に関する化学反応式は
> 6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2
> ですよね
> これを廃熱や光エネルギーを使ってエントロピー的にあらわすと
> どういうかたちになるか知りたいんです。

 上記の様にエントロピ-は状態関数ですので,状態が決まらないと反応式だけでは決まりません。「廃熱や光エネルギー」という言葉から考えると,おっしゃっているのはこの反応に伴う熱エネルギ-の出入りである「エンタルピ-変化」の事ではないですか。

 ちなみに,ギブスの自由エネルギ-変化をΔG,エンタルピ-変化をΔH,絶対温度をT,エントロピ-変化をΔSとすると,ΔG = ΔH - TΔS で,おっしゃっているのはΔS(エントロピ-変化)ではなくてΔH(エンタルピ-変化)ではないですか。

 いかがでしょうか。

 
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ご質問の意図が良く判らないんですが。

「エントロピー論的科学反応式」とありますが,「エントロピー論的」とは何の事でしょうか。この反応のエントロピ-変化がどうなっているかといった事でしょうか。

「科学反応式」とは何でしょうか。「化学反応式」とは異なるものでしょうか。

ご質問は「エントロピー」であっていますか。反応に伴う乱雑さの変化ですね。「エンタルピー」(反応に伴う熱エネルギ-の出入り)とは異なりますね。

以上補足下さい。


 

この回答への補足

雑な質問ですみませんでした。このとき少し急いでいたもので・・・

まず「科学反応式」でなく、「化学反応式」の間違えですすみません。

光合成は水と二酸化炭素から光エネルギーを受取り、ブドウ糖と酸素を
作りますよね。光エネルギーを受け取っているわけだから作られた
ブドウ糖と酸素は物質的にエントロピーの低い物質になりますよね。

光合成に関する化学反応式は
6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2
ですよね
これを廃熱や光エネルギーを使って
エントロピー的にあらわすとどういうかたちになるか知りたいんです。
よろしくお願いします。

補足日時:2001/07/11 17:06
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宿題・課題ですか?



答えそのものを聞くよりは、
自分はこう思うのだけれどあっていますか?
などと聞いた方が、みなさん答えやすいと思いますよ。
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中1の理科で植物の所のことで質問があります。


葉の働きで、光合成をするときが酸素を作って、

呼吸するときが、二酸化炭素を作るんですか?

いつも勉強してるときに酸素が作られるんだって思っても、二酸化炭素が作られると出てくる問題もあって混乱します…。

この2つだけですよね?

Aベストアンサー

そのとおりです

きびしく言うと、酸素や二酸化炭素を作ろうとしたんではなく、
光合成や呼吸をした結果としてできてしまったので排出するんです
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/shokubutu3.html

Qエントロピーと気体分子運動論

エントロピーと気体分子運動論

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その問題がこれです。

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問題2:一辺の長さがLの立方体の容器に入っている1モルの単原子分子理想気体について、分子運動論に関する
次の問いに答えよ。ただし、分子の質量をm、気体定数をR、アボガドロ数をNaとする。

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mui2(2乗)/Lであることを証明せよ。

(2)分子の速さcの2乗の平均値<c2(2乗)>を用いて、気体の圧力pを表せ。

(3)理想気体の状態方程式を利用して、気体の内部エネルギーUを温度Tの関数として表せ。

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よろしくお願いします。

Aベストアンサー

#2です。

少し表現を訂正します。

>∫dQ/TをT一定で体積を変化させて求める、V一定で温度を変化させて求めるということでも同じ結果が出てきます。断熱変化という条件で積分して得られた式を状態方程式を使って書きなおしても同じ式が出てきます。

これは2つの変化の組み合わせについて書いたものだと理解して下さい。

(V1,T1)から(V2、T2)に状態を変化させるときに
(V1,T1)→(V2、T1)の変化と(V2,T1)→(V2,T2)の変化を組み合わせてそれぞれを積分で求めるということです。これが前半の文章です。
後半はこれをまず断熱で変化させ、そのあと等温で変化させるということでも求めることができるという意味です。断熱だとエントロピー変化が0になりますから積分が1つ入らなくなります。代わりに断熱変化の時の温度、体積の変化の式は使える状態になっていなければいけません。

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もう一度,実験方法を検討してみてはどうでしょう。
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2.nattochanさんの行った方法で脱色する。
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中学生の理科の実験で似たようなものがあったような気がします。しばらく暗所において,葉の一部にアルミ箔をかぶせ,アルミ箔をかぶせたところ(光が当たらないところ)と,アルミ箔をかぶせてないところのデンプンの有無を調べる為に,エタノールで脱色し,ヨウ素液で染めるというものですが・・・。

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1.5cで遠ざかる天体を考えることはできますが、その1.5cというのは空間の膨張によるものですね。その天体付近では、当然地球に向かって速度cで光は進んでいます。
しかし、空間が1.5cで膨張しているため、差し引き0.5cで後退してしまうのです。

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カイワレ大根と言うのは、まず日に当てずに発芽させて、ある程度育ったところで日光に当てます。
すると白いモヤシみたいなカイワレが緑色のおいしそうな色になるんですね。

この緑色というのは当然、葉緑素の色であってこの緑色が光合成に必要だということは、昔理科で習った記憶があります。

光合成には葉緑体が必要、葉緑素ができるには光合成が必要。
にわとりが先かたまごが先かに似ていますが、もともとモヤシみたいなカイワレ大根に葉緑体はないわけですよね。
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カイワレを例に、できれば子供に説明できるように教えて下さい。

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葉緑体はもともとサイアノバクテリアと呼ばれる独立した生物で、それが別の真核細胞に取り込まれ葉緑体になったといわれています(共生説)。そして葉緑体(ミトコンドリアも)は卵子にはじめからあり、すべての細胞にすくなくとも少量含まれています。それが光合成に適した条件になると、分裂して増えます。
>葉緑素ができるには光合成が必要。
ここは微妙です。緑化(脱黄化)は、植物の持つファイトクロム(葉緑素ではありません)と呼ばれる光受容体に、赤い光が当たることにより起きます。この反応はエネルギーというより赤い光を信号として捉えており、光合成が必要という説は浅学にして聞いたことがありません。

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Aベストアンサー

熱光起電力発電機側からも熱輻射がある事を考慮すれば、パラドクスは解決するでしょう。熱輻射でエネルギが移行するためには温度差がなければなりません。輻射光も熱エネルギであることに変わりなく、通常の熱機関同様に、それを全て電気エネルギに変換する事はできないでしょう。当該高温ガスの輻射を受け入れ続ける為には低温源に排熱しなければなりません。つまりカルノーサイクル(可逆サイクル)の理論効率を超える事はできません。高温源温度 T1、供給熱量 Q1、低温源温度 T2、排出熱量 Q2 とするなら、Q1 / T1 < Q2 / T2 で系全体のエントロピーは増大する事になります。

結論に影響ないのですが、黒体輻射でのエントロピーは (4/3) Q/T のようで、結果、理論最大効率は 1 - T2 / T1 よりやや劣るらしいのです。輻射圧(光圧)でピストンを動かす手法または熱雑音の授受を考える手法で、前記定数 4/3 を求めてからと、投稿を見合わせておりましたが不慣れで、なかなか・・・。中途半端ですが参考まで。

Q大豆 たんぱく質 光合成 メカニズム

 植物の光合成で、水と二酸化炭素を原料にでんぷんが作られるということは知っています。
 しかし、大豆のようにたんぱく質が多い食品があります。少ない成分なら、根から吸収するということもあり得るのでしょうが、半分以上がたんぱく質ということは、大豆自身が体内で合成しているとしか考えられません。
 植物の中で合成している場合、原料は何(光合成の場合の水と二酸化炭素のように外部から取り入れたもの、光合成で作ったでんぷん など)で、どのようなメカニズムで作られているのか疑問がわきました。

 植物の中で、たんぱく質はどのように作られているのでしょうか。また、その反応について、光合成のような呼び名があるのでしたら、何と呼ばれているのでしょうか。



 この疑問の背景には、次のようなことがありました。

 子供の理科のプリントを見ていたら、(1)イネの種子の主成分と(2)大豆の種子の主成分を答えさせる問いがありました。 光合成について勉強する単元でのものです。

 光合成なのででんぷんがつくられる、また、イネの種子は米で主成分はでんぷんということで、(1)はでんぷんと即答できたのですが、(2)の大豆は、畑の肉と呼ばれるくらいたんぱく質が多い、しかし、光合成でたんぱく質ができるのかな、でも、イネとの対比での問題だからたんぱく質でいいのかな となかなか答えがわかりませんでした。正解を見ると、(1)はでんぷん、(2)はたんぱく質でした。

 植物の光合成で、水と二酸化炭素を原料にでんぷんが作られるということは知っています。
 しかし、大豆のようにたんぱく質が多い食品があります。少ない成分なら、根から吸収するということもあり得るのでしょうが、半分以上がたんぱく質ということは、大豆自身が体内で合成しているとしか考えられません。
 植物の中で合成している場合、原料は何(光合成の場合の水と二酸化炭素のように外部から取り入れたもの、光合成で作ったでんぷん など)で、どのようなメカニズムで作られているのか疑問がわきました...続きを読む

Aベストアンサー

こんにちは、

植物はがタンパク質を作る過程には2つのステップがあります。
まずは、アミノ酸を作ること。
次に、アミノ酸をつなげてタンパク質をつくること、です。

植物においてアミノ酸を作る過程を「窒素同化」といいます。
植物は土の中の硝酸塩やアンモニウム塩に含まれる窒素(N)を取り込んでアミノ酸を作ることができます。
ところで植物が光合成をおこなうことはとても有名ですが、同時に呼吸も行っていることはご存知ですか?
植物は呼吸によって酸素を取り込み、光合成で作った炭水化物を分解してエネルギーを得ます。
(この時二酸化炭素ができるので、排出します。動物の呼吸と一緒ですね。)
呼吸はじつはとても複雑な化学反応の過程を経ます。
この複雑な化学反応の途中でできる、「ピルビン酸,α-ケトグルタル酸,オキサロ酢酸」といった物質と「窒素」を原料にアミノ酸を作るのが「窒素同化」です。

次に、「タンパク質合成」を行います。
タンパク質は、いろいろな種類のアミノ酸がたくさん連なったものです。
どのアミノ酸がどの順番でつながればいいのか、その設計図はDNAにあります。
DNAの中から必要な部分をコピーし、「アミノ酸」を原料に「タンパク質」をつくります。
DNAから必要な部分をコピーすることを「転写」、コピーを使ってアミノ酸からタンパク質を合成することを「翻訳」といいます。

これらの詳しい過程(光合成の過程を含む)は高校の生物IIの分野と大学の分子生物学で習います。
呼吸とタンパク質合成は動物・植物どちらも行いますが、窒素同化は植物しかできません。
そのため、動物はアミノ酸を作るのに必要な窒素をタンパク質を食べることで補います。
詳しい過程を知りたい場合は、以下のURLを参考にどうぞ。

窒素の同化
http://www.keirinkan.com/kori/kori_biology/kori_biology_2/contents/bi-2/1-bu/1-3-4.htm

呼吸
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%91%BC%E5%90%B8

転写
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%BB%A2%E5%86%99_(%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6)

翻訳
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%BF%BB%E8%A8%B3_(%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6)

こんにちは、

植物はがタンパク質を作る過程には2つのステップがあります。
まずは、アミノ酸を作ること。
次に、アミノ酸をつなげてタンパク質をつくること、です。

植物においてアミノ酸を作る過程を「窒素同化」といいます。
植物は土の中の硝酸塩やアンモニウム塩に含まれる窒素(N)を取り込んでアミノ酸を作ることができます。
ところで植物が光合成をおこなうことはとても有名ですが、同時に呼吸も行っていることはご存知ですか?
植物は呼吸によって酸素を取り込み、光合成で作った炭水化物を分解してエ...続きを読む

Q二段燃焼と希薄予混合燃焼について

物理学というよりも燃焼工学なのですが、どこで質問したらよいのか分からなかった為、ここで質問させて頂きます。

燃焼におけるNOx低減技術として二段(多段)燃焼や希薄予混合燃焼があります。

テキストには二段燃焼は拡散燃焼バーナの部類に含まれていて、予混合燃焼バーナではありませんでした。

これら両者は同じものなのでしょうか?
それとも違うものなのでしょうか?

Aベストアンサー

 あまり詳しくは無いのですが…
 その2つの方式は全く異なるもので、ある意味、真逆のアプローチによって、NOx低減という目的を達成しているとも言えると思います。
 NOxは、窒素と酸素を含んだ酸化性のガスが、高温となった際に、窒素と酸素が反応するために発生します。
 ですから、ガスの温度が高温とはならない場合や、酸素不足の還元性ガスの場合には、NOxの発生は少なくなります。

 二段(多段)燃焼は、理論空燃比と比べて、1段目の燃焼では燃料の比率が大過剰となる様に、空気量を少なくした状態で不完全燃焼を行う事で、燃焼ガス温度を低く抑えると共に、燃焼ガスを還元性とする事によって、1段目の燃焼時におけるNOxの発生を抑制します。
 こうして得られた不完全燃焼ガス中に、理論空燃比よりも過剰な量の二次空気を吹き込んで、一酸化炭素や炭化水素等の未燃成分を速やかに完全に燃焼させた上で、燃焼ガスを過剰の空気で速やかに希釈して温度を下げる事で、燃焼ガスが酸素過剰であると共に高温でもあるという状態となっている時間を短くし、窒素と酸素の反応時間を極小化する事で、2段目の燃焼時におけるNOxの発生を抑制します。
 最初から、大過剰の空気で拡散燃焼を行ったのでは、燃料や空気の温度が低く、混合しただけでは燃焼が進まないため、バーナーという、「拡散燃焼を行う事で炎を保持する機具」を用いて燃焼させざるを得ず、火炎中に温度のムラが生じてしまうため、火炎中に必ず高温となっている部分が生じてしまうので、NOxの発生を抑制出来ないのではないかと想像します。

 希薄予混合燃焼は、燃焼前に予混合器において、理論空燃比と比べて空気の量が過剰な混合気(希薄混合気)を作り出しておき、それを燃焼させる方式なのですが、希薄混合気は理論空燃比と比べて燃料の濃度が低過ぎるため、そのままでは火炎を保持する事が困難です。
 そこで、混合気とは別個に、小流量のバーナーを使って、通常の拡散燃焼によって、高温の炎を作り出し、その炎を主燃焼器中に導かれた希薄混合気の中に吹き込む事で、安定的に燃焼を行わせます。
 小流量のバーナーの部分ではNOxが発生するものの、小流量であるが故に、その部位における発生量は多くなく、主燃焼器中の混合気の燃焼においても、混合気中に含まれている燃料の割合が少ないため、燃焼温度は低くなり、NOxの発生は抑制されます。

【参考URL】
 環境影響評価情報支援ネットワーク > アセスメント技術 > 環境保全措置に関する情報 > 検索キーワード集で調べる > 発電所事業における大気質に対する環境保全措置 > 二段燃焼方式の採用
  http://www.env.go.jp/policy/assess/4-4preservation/02_keyword/hozen06_f01.html

 神鋼環境ソリューション > 製品紹介 > 下水処理 > 高効率二段焼却炉
  http://218.251.127.242/product/gesui/koukouritsu.html

川崎重工 ガスタービンビジネスセンター > 技術情報 > 低NOx技術/希薄予混合燃焼方式
  http://www.khi.co.jp/gasturbine/tech/gasturbine/no.html#no02

 astamuse(アスタミューゼ) > 言語:日本語 > 発明 > 公開国:日本 > 2007年 > 09月 > 13日 > 公開番号:2007232311
  http://patent.astamuse.com/ja/published/JP/No/2007232311/

 あまり詳しくは無いのですが…
 その2つの方式は全く異なるもので、ある意味、真逆のアプローチによって、NOx低減という目的を達成しているとも言えると思います。
 NOxは、窒素と酸素を含んだ酸化性のガスが、高温となった際に、窒素と酸素が反応するために発生します。
 ですから、ガスの温度が高温とはならない場合や、酸素不足の還元性ガスの場合には、NOxの発生は少なくなります。

 二段(多段)燃焼は、理論空燃比と比べて、1段目の燃焼では燃料の比率が大過剰となる様に、空気量を少なくした状態で不...続きを読む


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