入試過去問の浸透圧の問題で困っています

質問

静岡県立大学の過去問に関して質問をさせてください。

まず以下に静岡県立大学が公式発表している過去問のアドレスを貼らせていただきます＾＾；
http://w3pharm.u-shizuoka-ken.ac.jp/kakomon/kagaku2008_03.pdf

2008年度化学の大問５なのですが、この問題を今日私の通ってる学校の化学の授業でやりました。
この大問５の問4で、液面の高さを選択させる問題があるのですが、化学の教師は答えはfであると主張しました。（この時教師は手元に解答を用意してませんでした。）

しかし後ほど答えが本当にあってるのかどうか気になったので赤本で答えを改めて確認したところ、答えはdであると書いてありました。
これについて改めて化学の教師に質問しにいったところ、「赤本の答えが間違っている」との返答でした。
それでも納得がいかず化学の教師と議論をしたのですが、なぜ答えがdではなくfであるのか最後までよく分かりませんでした。（記憶にある範囲では、分解中も粒子の濃度差が一定であるためであると言った感じだったと思います）

どなたか化学に詳しい方がいましたら、正しい解答と解説を教えてほしいと思います。よろしくお願いします。

回答No.4

okormazd · ベストアンサー

#2です。
「1780秒たつと」
ここは間違いでしたね。

1.8*10^4の分子量だと、分子量180のグルコースが111個(水かとれて重合しているから) ついているんだね。
だから110個グルコースが外れると生成物の分子量が全部200以下になる。、それまでの時間は、1100秒だった。
こんな細かいことが問題ではないが、間違いに気が付いたので。

お礼

詳細な解答ありがとうございました。
赤本の解答dは誤りで、正しい解答はfであるということですね。
解説も丁寧で納得いくのには十分でした。心より感謝申し上げます。

回答No.3

htms42

（ｆ）でいいと思います。
＃２に書かれているとおりです。

分子量２００以下の分子しか通ることができないということは分解されて生じたぶどう糖（グルコース）しか通ることができないということです。
この酵素は端から１つずつグルコースを切り離していくものです。
高分子Ｘはグルコースの数が1つずつ少なくなっていきます。
Ｘ→Ｘ’＋グルコース
鎖が短くなった高分子ができますが総数は変わりません。
半透膜を通ることができない大きさの分子の（分子量ではなく）数によって浸透圧が決まるということから液面の高さは変わらないという事が出てきます。
元々の高分子の長さに分布がある場合には一番鎖の長さの短い高分子が全部分解されてしまったところから分子数が減り始めます。

元々の高分子をアミロースだとします。（セルロースもグルコースが重合したものですが多分酵素を自由に選ぶことができないだろうと思います。）
糖のα１－４結合を切る酵素は「アミラーゼ」と総称されています。
端からグルコース単位で切り離していく酵素は「γ－アミラーゼ」と呼ばれているものです。
無差別に切って行く酵素は「α－アミラーゼ」です。この酵素だと浸透圧ははじめ大きくなります。グルコースができるとは限らないからです。唾液に含まれているのはαーアミラーゼです。消化酵素として働いています。（よく唾液を使っての実験でグルコースだけが生成するように書いてある問題がありますが誤りです。）最終的には全部グルコースになってしまうと考えられますから液面の高さの変化は（ａ）です。
端からグルコース２つを単位にして切りだしていく酵素もあります。「βーアミラーゼ」と呼ばれています。
この酵素の場合も浸透圧は増加します。グルコースが２つくっついた糖（マルトース、麦芽糖）は半透膜の穴を通過できないからです。この場合の液面の変化は（ｃ）です。

不用意に「デンプン」とか、「アミラーゼ」とだけしか書いていない問題がよく目につきます。この問題ではその点をかなり注意深くクリアーしています。（その代わり、具体的なグルコースという名称と「高分子Ｘ」とか「酵素」という抽象的な表現とのアンバランスな組み合わせになってしまいました。）

お礼

解答ありがとうございました。
違う物質の場合の例が大変参考になりました。心より感謝申し上げます。

回答No.2

okormazd

「容器Aに高分子化合物(X)を3.60g加え,速やかにかき混ぜると,容器Aと容器Bの液面の高さは異なった。」
1.
液面の高さの差は、分子量の大きい高分子化合物(X)によることは明らか。
2.
「10秒間に1回の割合でグルコースを1分子ずつ切り離して,」
グルコースじゃない側の分解生成物の分子量は相変わらず200より大きく、濃度は変わらない。
生成したグルコース(分子量<200)は、速やかに拡散して、A,B両側に移動するので、液面の差(浸透圧)には寄与しない。
したがって、液面の差は一定である。
3.
高分子化合物(X)は、ふつうは分子量にばらつきがあるので、時間がてたって、小さい分子量のものが分解されて、分子量200以下の生成物ができるようになって、はじめて濃度が低下しだして、液面の差が減少するようになる。
4.
もし、高分子化合物(X)の分子量が1.80×10^4でそろっているとすれば、1780秒たつと、突然液面の差がなくなることになる。
ふつうはこんなことはない。
5.
解答がfでどこかおかしいところがありますか。

回答No.1

swisszh

１）次の条件が問題の中にはっきり書かれている。
１－１）　分子量２００　以下の分子が透過する半透膜
１－２）　１glucose (分子量１８０）/10 sec.
1-3) 分子が半透膜を通過するのに要する時間＝０
１－４）　分子が溶液中に撹拌するに要する時間＝０
２）ですから酵素を入れたとたん毎１０秒1glucoseが高分子から離れこれがすぐにＢ液に拡散する。
　　この状態が毎１０秒繰り返すので、答えは（ｄ）になり、（ｆ）にはなりません。

補足

回答ありがとうございます。
私も全く同じような意見でdとしたのですが、化学の教師が言うには「例えば高分子化合物2molから分解によってグルコース2molが生成されたとして、それがA液とB液に拡散してそれぞれ1molずつ移ったとしよう。しかし拡散したところでグルコース自体は溶解しておりこれが液面に影響を与えることはない。またA液にはまだ分解しきってない高分子化合物が残っており、これがA液の体積に対し、分解前と変わらず影響を与え続けてるので液面の高さは変わらない。たとえ分解によって高分子化合物Aの分子量が減少したとしても体積には全く影響はないだろう。」と言ったような返答がかえってきたため混乱してしまい反論を上手に述べられませんでした。
化学の教師の主張はどこが間違っているのでしょうか。是非ご教授お願いいたします。