Mnoho z nejznámějších částí přírody funguje udržováním určité rovnováhy. Uhličitanový pufrovací systém je jedním z nejdůležitějších pufrovacích systémů v přírodě, který pomáhá udržovat tuto rovnováhu.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Jako každý pufrovací systém, i hydrogenuhličitanový pufr odolává změnám pH, takže pomáhá stabilizovat pH roztoků, jako je krev a oceánská voda. Okyselení oceánu a účinky cvičení na tělo jsou oba příklady toho, jak v praxi funguje pufrování bikarbonátu.
Kyselina uhličitá
Když oxid uhličitý (CO2) plyn se rozpouští ve vodě, může s touto vodou reagovat za vzniku kyseliny uhličité. Kyselina uhličitá se pak může vzdát iontu vodíku, aby se stal hydrogenuhličitanem, který se může vzdát dalšího vodíkového iontu, aby se stal uhličitanem. Všechny tyto reakce jsou reverzibilní. To znamená, že pracují vpřed i vzad. Například uhličitan může zachytit iont vodíku a stát se hydrogenuhličitanem.
Uhličitanová rovnováha
Série reakcí, které vedou od rozpuštěného oxidu uhličitého k uhličitanu, rychle dosáhnou a dynamická rovnováha, stav, ve kterém dochází k dopřednému a zpětnému procesu této reakce stejné sazby. Přidáním kyseliny se zvýší rychlost reverzní reakce a tvorby oxidu uhličitého, což způsobí, že z roztoku bude difundovat více oxidu uhličitého. Přidání báze naopak zvýší rychlost dopředné reakce, což způsobí tvorbu více bikarbonátu a uhličitanu. Jakýkoli tlak na tento systém způsobí kompenzační posun ve směru, který obnovuje rovnováhu. Pufrovací systém pokračuje v práci, pokud je jeho koncentrace velká ve srovnání s množstvím kyseliny nebo zásady přidaným do roztoku.
Lidé a ukládání uhličitanů do vyrovnávací paměti
U lidí a jiných zvířat pomáhá uhličitanový pufrovací systém udržovat konstantní pH v krvi. PH krve závisí na poměru oxidu uhličitého k hydrogenuhličitanu. Koncentrace obou složek jsou velmi vysoké ve srovnání s koncentracemi kyseliny přidané do krve během běžných činností nebo mírného cvičení. Například při namáhavém cvičení pomáhá rychlé dýchání kompenzovat nárůst oxidu uhličitého v krvi. Mezi další mechanismy, které pomáhají při této funkci, patří molekula hemoglobinu ve vašich červených krvinkách, která také pomáhá vyrovnávat pH krve.
Uhličitanové pufry v oceánu
V oceánu je rozpuštěný oxid uhličitý z atmosféry v rovnováze s koncentracemi kyseliny uhličité a hydrogenuhličitanu v mořské vodě. Zvýšené emise oxidu uhličitého z lidské činnosti však zvýšily hladinu oxidu uhličitého v atmosféře, což způsobilo zvýšení rozpuštěného oxidu uhličitého. Jak se zvyšuje koncentrace rozpuštěného oxidu uhličitého, zvyšuje se rychlost dopředné reakce pufrovacího systému, dokud systém nedosáhne nové rovnováhy. To znamená, že zvýšení rozpuštěného oxidu uhličitého způsobí mírné snížení pH. Pufrovací kapacita oceánu - jeho schopnost nasávat kyselinu nebo bázi - je velmi velká, ale postupné změny tohoto druhu mohou mít vážné následky pro mnoho druhů života v oceánu. Zvířata, která vyrábějí skořápky například z uhličitanu vápenatého, mohou své schopnosti výroby skořápek snížit díky významným změnám v acidobazické rovnováze oceánské vody.