「酸と塩基、どっちが強い？」
透真が挑発的に聞いた。
「何を言ってるの」玲が呆れる。「比較できない。系によって違う」
「でも、塩酸は強いでしょ？」
「強酸だけど、超強塩基には負ける」
奏が混乱した。「強いとか弱いとか、何を基準にしてるんですか？」
玲がホワイトボードに書いた。「酸はプロトンH⁺を与える。塩基は受け取る」
「ブレンステッド・ローリーの定義」透真が言った。
「そう。酸と塩基は、プロトンの授受で決まる」
奏が手を上げた。「じゃあ、水は？」
「良い質問」玲が微笑んだ。「水は両性。酸にも塩基にもなれる」
「H₂O → H⁺ + OH⁻、これなら酸」
「H₂O + H⁺ → H₃O⁺、これなら塩基」
透真が驚いた。「水って器用なんだ」
「プロトンを渡す相手によって、役割が変わる」
玲が続けた。「強酸は、プロトンを手放しやすい。弱酸は、手放しにくい」
「強塩基は、プロトンを受け取りやすい。弱塩基は、受け取りにくい」
奏がノートに書き込む。「じゃあ、強さの順番は？」
「pKaで表す。酸解離定数Kaの負の対数」
透真が口を挟んだ。「pHと同じ表記？」
「そう。pKaが小さいほど、強い酸」
「塩酸のpKaは-7くらい。酢酸は4.76」
奏が計算した。「pKaの差が1だと、強さが10倍違う？」
「正確には、10の1乗倍。対数スケールだから」
玲が例を挙げた。「胃酸のpHは2くらい。レモン汁は2.5」
「ほとんど同じに見えるけど、実際は3倍くらい違う」
透真が実験器具を準備した。「じゃあ、緩衝液の話しよう」
「緩衝液？」奏が聞き返す。
「pHを一定に保つ溶液。酸を加えても、塩基を加えても、pHがほとんど変わらない」
玲が仕組みを説明した。「弱酸とその共役塩基を混ぜると、緩衝作用が生まれる」
「酢酸と酢酸ナトリウム、とか」
透真が図を描いた。「酸を加えると、酢酸イオンが中和する」
「塩基を加えると、酢酸が中和する」
「両方に対応できるから、pHが安定する」
奏が興奮した。「血液も緩衝液ですよね！」
「正解」玲が認めた。「炭酸-炭酸水素イオン系。pHを7.4付近に保つ」
「pHが7.0以下や7.8以上になると、生命に危険が及ぶ」
透真が補足した。「だから、呼吸で二酸化炭素を調節してる」
「CO₂が増えると、炭酸が増えて、pHが下がる」
「呼吸を速くして、CO₂を排出すれば、pHが上がる」
奏がメモを取る。「生体は、常にpHを調整してる…」
玲が別の例を出した。「細胞内のpHは7.2くらい。でも、リソソームは5以下」
「場所によって、至適pHが違う」
「酵素の活性もpHに依存する。ペプシンは酸性、トリプシンはアルカリ性」
透真が尋ねた。「なぜpHで活性が変わるの？」
「タンパク質のアミノ酸側鎖がプロトン化・脱プロトン化するから」
「構造や電荷が変わって、活性部位の形が変わる」
奏が真剣な顔で言った。「酸塩基って、単純な化学反応じゃなくて、生命の制御システムなんですね」
「プロトンは、最も小さくて速い制御信号」玲が言った。
「だから、酸塩基平衡は生化学の基礎中の基礎」
透真が最後に言った。「酸と塩基の議論は、永遠に続く。プロトンが移動し続ける限り」
窓の外で、雨が降り始めた。大気中の二酸化炭素が水に溶けて、弱い酸性雨になる。酸塩基の議論は、地球規模でも続いている。