تعمل العديد من الأجزاء الأكثر شهرة في الطبيعة من خلال الحفاظ على نوع من التوازن. يعد نظام تخزين الكربونات أحد أهم أنظمة التخزين المؤقت في الطبيعة ، مما يساعد في الحفاظ على هذا التوازن.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
مثل أي نظام تخزين مؤقت ، يقاوم المخزن المؤقت للبيكربونات التغيير في درجة الحموضة ، لذلك فهو يساعد على استقرار درجة الحموضة في المحاليل مثل الدم ومياه المحيط. يعد تحمض المحيطات وتأثيرات التمرين على الجسم مثالين على كيفية عمل تخزين البيكربونات في الممارسة العملية.
حمض الكربونيك
عندما يكون ثاني أكسيد الكربون (CO2) يذوب الغاز في الماء ، ويمكن أن يتفاعل مع ذلك الماء لتكوين حمض الكربونيك. يمكن لحمض الكربونيك بعد ذلك التخلي عن أيون الهيدروجين ليصبح بيكربونات ، والذي يمكن أن يتخلى عن أيون هيدروجين آخر ليصبح كربونات. كل هذه التفاعلات قابلة للعكس. هذا يعني أنهم يعملون إلى الأمام والعكس. الكربونات ، على سبيل المثال ، يمكن أن تلتقط أيون الهيدروجين لتصبح بيكربونات.
توازن الكربونات
تصل سلسلة التفاعلات التي تؤدي من ثاني أكسيد الكربون المذاب إلى الكربونات بسرعة إلى أ التوازن الديناميكي ، حالة تحدث فيها العمليات الأمامية والعكسية لهذا التفاعل معدلات متساوية. ستؤدي إضافة الحمض إلى زيادة معدل التفاعل العكسي وتكوين ثاني أكسيد الكربون ، مما يتسبب في انتشار المزيد من ثاني أكسيد الكربون خارج المحلول. من ناحية أخرى ، ستؤدي إضافة القاعدة إلى زيادة معدل التفاعل الأمامي ، مما يؤدي إلى تكوين المزيد من البيكربونات والكربونات. يؤدي أي ضغط على هذا النظام إلى حدوث تحول تعويضي في اتجاه يعيد التوازن. يستمر نظام التخزين المؤقت في العمل طالما أن تركيزه كبير مقارنة بكمية الحمض أو القاعدة المضافة إلى المحلول.
البشر وكربونات التخزين المؤقت
في البشر والحيوانات الأخرى ، يساعد نظام التخزين المؤقت للكربونات في الحفاظ على درجة حموضة ثابتة في مجرى الدم. يعتمد الرقم الهيدروجيني للدم على نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى البيكربونات. تركيزات كلا المكونين كبيرة جدًا مقارنة بتركيزات الحمض المضاف إلى الدم أثناء الأنشطة العادية أو التمارين المعتدلة. أثناء التمرينات الشاقة ، على سبيل المثال ، يساعد التنفس السريع على تعويض الزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الدم. تشمل الآليات الأخرى التي تساعد في هذه الوظيفة جزيء الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء ، مما يساعد أيضًا على تخزين درجة حموضة الدم.
تخزين الكربونات في المحيط
في المحيط ، يكون ثاني أكسيد الكربون المذاب من الغلاف الجوي في حالة توازن مع تركيزات حمض الكربونيك والبيكربونات في مياه البحر. ومع ذلك ، أدت زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من النشاط البشري إلى ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما تسبب في زيادة ثاني أكسيد الكربون المذاب. مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون المذاب ، يزداد معدل التفاعل الأمامي لنظام التخزين المؤقت حتى يصل النظام إلى توازن جديد. هذا يعني أن الزيادة في ثاني أكسيد الكربون المذاب تؤدي إلى انخفاض طفيف في الرقم الهيدروجيني. إن قدرة المحيط على التخزين المؤقت - قدرته على امتصاص الحمض أو القاعدة - كبيرة جدًا ، لكن التغييرات التدريجية من هذا النوع يمكن أن يكون لها تداعيات خطيرة على العديد من أنواع الحياة في المحيط. فالحيوانات التي تصنع أصدافها من كربونات الكالسيوم ، على سبيل المثال ، قد تجد أن قدراتها في صنع الأصداف قد تقلصت بسبب التغيرات الكبيرة في توازن القاعدة الحمضية لمياه المحيط.