광합성 세포호흡 산화환원 산화수로 설명

광합성과 세포 호흡의 산화와 환원을 산화수로 확인

광합성과 세포호흡은 우리 주변에서 흔하게 접할 수 있고, 많은 영향을 끼치고 있는 대표적인 산화 환원 반응 중의 하나입니다. 그리고, 이를 산소의 이동으로 설명을 하게 되는데요, 사실 산화와 환원의 본질은 전자의 이동이라는 점을 고려할 때 이를 산소의 이동보다 산화수의 증감으로 설명하는 것도 알고 있어야 합니다. 산화수 규칙(oxidation number rule)은 아래의 글을 참고하면 됩니다.

2023.08.22 - [과학] - 산화수 규칙 (Oxidation Number)

산화수 규칙 (Oxidation Number)

광합성과 세포호흡, 이미지 출처: letstalkscience.ca

 

광합성 (photosynthesis)

광합성은 이산화탄소와 물의 반응에 빛에너지를 이용하여 포도당과 산소를 생성시키는 반응이고, 반응식은 아래와 같이 됩니다.

 

6CO2 + 6H2O + 빛에너지 → C6H12O6 + 6O2

 

그리고, 위의 반응식에서 분자별로 산화수를 확인해 보면 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

• CO2 : 산소의 산화수는 -2가 되므로, CO2 전체 산화수의 합이 0이 되기 위해서 탄소(C)의 산화수는 +4
• H2O : 산소의 산화수는 -2, 수소의 산화수는 +1이므로 (+1 x 2) + (-2) = 0 이 되는 것을 확인
• C6H12O6 : 산소의 산화수는 -2, 수소의 산화수는 +1이므로 탄소의 산화수는 전체 산화수가 0이 되기 위해서 0
• O2 : 산소의 산화수는 0

 

따라서, 광합성에서 원소 별로 산화수의 증감을 살펴보면 아래와 같습니다.

• 탄소(C) : +4에서 0으로 감소, 이산화탄소(CO2)는 환원되었습니다.
• 산소(O) : -2에서 0으로 증가, 따라서 물(H2O)은 산화되었습니다.

 

세포 호흡 (Cell respiration)

세포 호흡은 아래와 같이 생명체 내에서 포도당과 산소를 이용하여 에너지와 함께 물과 이산화탄소가 생성되는 반응입니다.

 

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 에너지

 

위의 광합성과 동일하게 산화수 규칙을 적용하면 쉽게 산화와 환원을 파악할 수 있습니다. 탄소(C)의 산화수가 +4에서 0으로 감소하므로 포도당(C6H12O6)은 산화되었고, 산소(O)의 산화수가 0에서 -2로 감소하기 때문에 산소(O2)는 환원이 됩니다.

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물론 위의 산화 환원 반응 역시 산소의 이동과 산화 환원의 동시성을 바탕으로 설명과 이해가 가능합니다. 하지만, 산화수 규칙을 알고 산화수의 증감을 계산해 보면 거의 대부분의 산화 환원 반응에서 어떤 물질이 산화되고, 어떤 물질이 환원이 되는지 쉽게 파악할 수 있으므로 산화수 규칙과 함께 주요 산화 환원 반응에 대한 산화수 증감을 계산해 보면 좋겠습니다.