Hvad er karbonatbuffering?

Mange af de mest genkendelige dele af naturen fungerer ved at opretholde en slags balance. Carbonatbuffersystemet er et af de vigtigste buffersystemer i naturen, hvilket hjælper med at opretholde denne balance.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

Som ethvert buffersystem modstår en bicarbonatbuffer ændringer i pH, så det hjælper med at stabilisere pH i opløsninger som blod og havvand. Forsuring af havet og virkningerne af træning på kroppen er begge eksempler på, hvordan bicarbonatbuffering fungerer i praksis.

Når kuldioxid (CO₂) gas opløses i vand, kan den reagere med det vand til dannelse af kulsyre. Kulsyre kan derefter opgive en hydrogenion for at blive bicarbonat, som kan give op til en anden hydrogenion for at blive carbonat. Alle disse reaktioner er reversible. Dette betyder, at de arbejder både fremad og baglæns. Carbonat kan for eksempel optage en hydrogenion for at blive bicarbonat.

Serien af ​​reaktioner, der fører fra opløst kuldioxid til carbonat, når hurtigt en dynamisk ligevægt, en tilstand, hvor de fremadgående og omvendte processer af denne reaktion sker ved lige satser. Tilsætning af syre øger hastigheden af ​​den omvendte reaktion og af kuldioxiddannelsen, hvilket får mere kuldioxid til at diffundere ud af opløsningen. Tilsætning af base vil på den anden side øge hastigheden af ​​den fremadrettede reaktion, hvilket får mere bicarbonat og carbonat til at dannes. Ethvert tryk på dette system forårsager et kompenserende skift i en retning, der gendanner ligevægt. Buffersystemet fortsætter med at arbejde, så længe dets koncentration er stor sammenlignet med den mængde syre eller base, der tilsættes opløsningen.

Hos mennesker og andre dyr hjælper karbonatbuffersystemet med at opretholde en konstant pH i blodbanen. Blodets pH afhænger af forholdet mellem kuldioxid og bicarbonat. Koncentrationerne af begge komponenter er meget store sammenlignet med koncentrationen af ​​syre tilsat blodet under normale aktiviteter eller moderat træning. Under anstrengende træning hjælper f.eks. Hurtig vejrtrækning med at kompensere for stigningen i kuldioxid i dit blod. Andre mekanismer, der hjælper med denne funktion, inkluderer hæmoglobinmolekylet i dine røde blodlegemer, hvilket også hjælper med at buffer pH i blodet.

I havet er opløst kuldioxid fra atmosfæren i ligevægt med havvandskoncentrationer af kulsyre og bicarbonat. Imidlertid har øgede kuldioxidemissioner fra menneskelig aktivitet hævet atmosfærisk kuldioxidniveauer og forårsaget en stigning i opløst kuldioxid. Når koncentrationen af ​​opløst kuldioxid stiger, øges hastigheden af ​​den fremadrettede reaktion af buffersystemet, indtil systemet når en ny ligevægt. Dette betyder, at en stigning i opløst kuldioxid medfører et let fald i pH. Havets bufferkapacitet - dets evne til at opsuge syre eller base - er meget stor, men gradvise ændringer af denne art kan have alvorlige konsekvenser for mange slags liv i havet. Dyr, der fremstiller deres skaller af calciumcarbonat, kan f.eks. Finde deres kapacitetsfremstillingsevne reduceret af betydelige ændringer i syre-base ligevægt i havvand.