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カリウムの平衡電位がマイナスの理解について。

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ID非公開さん

2018/10/1101:00:03

カリウムの平衡電位がマイナスの理解について。

多くの生理学の教科書において
http://biologyhouhou.hatenablog.com/entry/2016/05/04/234626
と説明されていますが、これは平衡電位がプラスであるナトリウムを例にしているからこそ納得がいきますが、ではこれがカリウムだと説明がつかないと思いました。
濃度差による拡散の力とクーロン力の向きが逆にならないからです。
(カリウムが平衡電位マイナスという事実を知らないなら、ナトリウムと同じ説明から平衡電位がプラスと導かれてしまう、ともいえるでしょう)

これについてだれかご説明いただけませんか?

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smi********さん

2018/10/1103:04:59

もっぱら基本的なことを述べます。

カリウムイオンもナトリウムイオンも、当然、水溶液中では陽イオン、つまりプラスの荷電粒子として振舞います(水溶液中でKとNaのいずれも一価の陽イオンになると思います)。

もし荷電粒子が存在する液に「電圧をかけると」、その電圧(電位差)に応じた濃度勾配が形成されます。すなわちマイナス極側には多くのプラス粒子が集まり、プラス極側には多くのマイナス粒子が集まるように「現象が動き」ます。最終的には「その電圧値に対応する濃度勾配が形成されてバランス」することが予想されます。

カリウムイオンもナトリウムイオンも陽イオンですから、その水溶液に電圧をかけたなら、マイナス極側に集まる傾向があると思います(マイナス極側で濃くなり、プラス極側で薄くなるような濃度勾配に至ることが予想される)。
もし水溶液に電圧をかけるのをやめると、拡散する力で、水溶液のどこでもイオンの濃度が均一な状態に戻ると思います。
電圧をかけると荷電粒子の濃度勾配が形成されるわけです。


ところで、電圧だけでなく、拡散によっても粒子は移動します。
荷電粒子が移動すると、つまり荷電粒子が流れてゆくわけですから、見かけ上「電圧がかかっているかのように」見えるといえます。つまり、この「拡散によって荷電粒子が移動しようとする力」は電圧(電位差の値)によって数値的に観念することができる性質があるといえます。

現象のバランスするところが、その現象に関する「平衡状態」と呼ばれるもので、本件の場合ですと、拡散なり、その膜によって形成される均一でない濃度差なり、の化学的な力のバランスを、数値で観念しやすい電圧の値で表現しようとしたものが「平衡電位」という観念だと思います。膜によって荷電粒子の偏り、すなわち電位差が形成されるだろうということです。つまりその膜のある状態において、荷電粒子が拡散しようとする力と拡散させまいとする力が均衡して濃度勾配を形成したバランス状態が、当該現象における「平衡状態」であり、膜によって形成された「電位差」だ、というような現象の捉え方を、フツーのサイエンティストならするのではないかと思われます。

つまり「平衡電位」とは、なんらかの現象について、せめぎあう力が釣り合うところの状態を電圧値で表現しようする際に観念されるものであり、物質の組み合わせや膜の種類が異なればそのバランスするところも当然に変わるでしょうから その平衡点や平衡電位といった観念は相対的な観念とも思われるところ、「平衡電位がプラスであるナトリウム」とか「カリウムが平衡電位マイナス」などというのはちょっと、よく意味が分からない表現になっているのではないかと思いました。むしろ何がその知識をインプットされた端緒なのか知りたい。

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    質問者

    ID非公開さん

    2018/10/1114:16:28

    教科書の書き方が悪いのですね。
    Kでもプラスになるようです。
    細胞の組成を考えて総合的に計算すると、マイナスになるようです。

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