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 помага да се поддържа този баланс.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Както всяка буферна система, бикарбонатният буфер се противопоставя на промяната в рН, така че помага за стабилизиране на рН на разтвори като кръв и океанска вода. Подкисляването на океана и ефектите от упражненията върху тялото са примери за това как бикарбонатното буфериране работи на практика.
Карбонова киселина
Когато въглеродният диоксид (CO2) газът се разтваря във вода, той може да реагира с тази вода, за 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. Например карбонатът може да поеме водороден йон, за да стане бикарбонат.
Карбонатно равновесие
Поредицата от реакции, която води от разтворен въглероден диоксид до карбонат, бързо достига a динамично равновесие, състояние, при което напред и назад процесите на тази реакция се случват при равни ставки. Добавянето на киселина ще увеличи скоростта на обратната реакция и образуването на въглероден диоксид, което води до дифузия на повече въглероден диоксид от разтвора. Добавянето на основа, от друга страна, ще увеличи скоростта на пряката реакция, причинявайки повече бикарбонат и карбонат. Всеки натиск върху тази система предизвиква компенсиращо изместване в посока, която възстановява равновесието. Буферната система продължава да работи, докато нейната концентрация е голяма в сравнение с количеството киселина или основа, добавени към разтвора.
Буфериране на хората и карбонатите
При хората и други животни карбонатната буферна система помага да се поддържа постоянно рН в кръвта. РН на кръвта зависи от съотношението на въглеродния диоксид към бикарбоната. Концентрациите на двата компонента са много големи в сравнение с концентрациите на киселина, добавена в кръвта по време на нормални дейности или умерено упражнение. По време на усилени упражнения, например, учестеното дишане помага да се компенсира увеличаването на въглеродния диоксид в кръвта. Други механизми, които подпомагат тази функция, включват молекулата на хемоглобина в червените кръвни клетки, което също помага за буфериране на рН на кръвта.
Буфериране на карбонатите в океана
В океана разтвореният въглероден диоксид от атмосферата е в равновесие с концентрациите на въглеродна киселина и бикарбонат в морската вода. Повишените емисии на въглероден диоксид от човешката дейност обаче повишават атмосферните нива на въглероден диоксид, което води до увеличаване на разтворения въглероден диоксид. Тъй като концентрацията на разтворения въглероден диоксид се увеличава, скоростта на предната реакция на буферната система се увеличава, докато системата достигне ново равновесие. Това означава, че увеличаването на разтворения въглероден диоксид причинява леко намаляване на pH. Буферният капацитет на океана - способността му да поглъща киселина или основа - е много голям, но постепенните промени от този вид могат да имат сериозни последици за много видове живот в океана. Животните, които правят черупките си от калциев карбонат, например, могат да открият способностите си за производство на черупки намалени поради значителни промени в киселинно-алкалното равновесие на океанската вода.