Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Карбонова киселина
- Карбонатно равновесие
- Буфериране на хора и карбонати
- Карбонатни буфери в океана
Много от най-разпознаваемите части на природата функционират, като поддържат някакъв баланс. Карбонатната буферна система е една от най-важните буферни системи в природата, която спомага за поддържането на този баланс.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Както всяка буферираща система, бикарбонатният буфер издържа на промяна в рН, така че спомага за стабилизиране на рН на разтвори като кръв и океанска вода. Подкиселяването на океана и ефектите от упражненията върху тялото са и двата примера за това как бикарбонатното буфериране действа на практика.
Карбонова киселина
Когато въглероден диоксид (CO2) газът се разтваря във вода, той може да реагира с тази вода и да образува въглеродна киселина. След това въглеродната киселина може да се откаже от водороден йон, за да се превърне в бикарбонат, който може да се откаже от друг водороден йон, за да стане карбонат. Всички тези реакции са обратими. Това означава, че работят както напред, така и назад. Карбонатът, например, може да вземе водороден йон, за да стане бикарбонат.
Карбонатно равновесие
Поредицата от реакции, които водят от разтворен въглероден диоксид до карбонат, бързо достигат динамично равновесие, състояние, при което предните и обратните процеси на тази реакция протичат с еднакви скорости. Добавянето на киселина ще увеличи скоростта на обратната реакция и образуването на въглероден диоксид, причинявайки повече въглероден диоксид да дифундира извън разтвора. Добавянето на база, от друга страна, ще увеличи скоростта на реакцията напред, причинявайки образуване на повече бикарбонат и карбонат. Всеки натиск върху тази система причинява компенсиращо изместване в посока, която възстановява равновесието. Буферната система продължава да работи, докато концентрацията й е голяма в сравнение с количеството киселина или основа, добавена към разтвора.
Буфериране на хора и карбонати
При хора и други животни карбонатната буферна система спомага за поддържане на постоянно pH в кръвообращението. PH на кръвта зависи от съотношението въглероден диоксид към бикарбонат. Концентрациите и на двата компонента са много големи в сравнение с концентрациите на киселина, добавена в кръвта по време на нормални дейности или умерени упражнения. По време на напрегнатото упражнение например, бързото дишане помага да се компенсира увеличението на въглеродния диоксид в кръвта ви. Други механизми, които подпомагат тази функция, включват молекулата на хемоглобина във вашите червени кръвни клетки, което също помага за буфериране на pH на кръвта.
Карбонатни буфери в океана
В океана разтвореният въглероден диоксид от атмосферата е в равновесие с концентрациите на въглеродна киселина и бикарбонат в морската вода. Въпреки това, увеличените емисии на въглероден диоксид от човешка дейност повишиха атмосферните нива на въглероден диоксид, което доведе до увеличаване на разтворения въглероден диоксид. С увеличаването на концентрацията на разтворен въглероден диоксид скоростта на напредващата реакция на буферната система се увеличава, докато системата достигне ново равновесие. Това означава, че увеличаването на разтворен въглероден диоксид причинява леко понижение на pH. Капацитетът на буфериране на океаните - способността му да усвоява киселина или основа - е много голям, но постепенните промени от този вид могат да имат сериозни последствия за много видове живот в океана. Животните, които правят своите черупки от калциев карбонат, например, могат да намерят способностите си за изработване на черупки намалени от значителни промени в киселинно-алкалното равновесие на океанската вода.