Πολλά από τα πιο αναγνωρίσιμα μέρη της φύσης λειτουργούν διατηρώντας κάποιο είδος ισορροπίας. Το ανθρακικό ρυθμιστικό σύστημα είναι ένα από τα πιο σημαντικά ρυθμιστικά συστήματα στη φύση, το οποίο βοηθά στη διατήρηση αυτής της ισορροπίας.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Όπως κάθε ρυθμιστικό σύστημα, ένα διττανθρακικό ρυθμιστικό αντιστέκεται στην αλλαγή του pH, έτσι βοηθά στη σταθεροποίηση του pH διαλυμάτων όπως το αίμα και το νερό των ωκεανών. Η οξίνιση των ωκεανών και οι επιδράσεις της άσκησης στο σώμα είναι και τα δύο παραδείγματα για το πώς λειτουργεί το ρυθμιστικό διάλυμα διττανθρακικών.
Ανθρακικό οξύ
Όταν διοξείδιο του άνθρακα (CO2) το αέριο διαλύεται στο νερό, μπορεί να αντιδράσει με αυτό το νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ. Το ανθρακικό οξύ μπορεί στη συνέχεια να παραδώσει ένα ιόν υδρογόνου για να γίνει όξινο ανθρακικό, το οποίο μπορεί να εγκαταλείψει ένα άλλο ιόν υδρογόνου για να γίνει ανθρακικό. Όλες αυτές οι αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες. Αυτό σημαίνει ότι λειτουργούν και προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Το ανθρακικό άλας, για παράδειγμα, μπορεί να πάρει ένα ιόν υδρογόνου για να γίνει όξινο ανθρακικό.
Ανθρακική ισορροπία
Η σειρά αντιδράσεων που οδηγεί από διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα σε ανθρακικό άλας φτάνει γρήγορα σε ένα δυναμική ισορροπία, μια κατάσταση στην οποία συμβαίνουν οι εμπρός και αντίστροφες διαδικασίες αυτής της αντίδρασης ίσες τιμές. Η προσθήκη οξέος θα αυξήσει τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης και του σχηματισμού διοξειδίου του άνθρακα, προκαλώντας διάχυση περισσότερου διοξειδίου του άνθρακα από το διάλυμα. Η προσθήκη βάσης, από την άλλη πλευρά, θα αυξήσει τον ρυθμό της εμπρόσθιας αντίδρασης, προκαλώντας περισσότερο σχηματισμό όξινου ανθρακικού και ανθρακικού. Οποιαδήποτε πίεση σε αυτό το σύστημα προκαλεί μια αντισταθμιστική μετατόπιση σε μια κατεύθυνση που αποκαθιστά την ισορροπία. Το ρυθμιστικό σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί όσο η συγκέντρωσή του είναι μεγάλη σε σύγκριση με την ποσότητα οξέος ή βάσης που προστίθεται στο διάλυμα.
Άνθρωποι και ανθρακικό ρυθμιστικό
Στους ανθρώπους και άλλα ζώα, το ρυθμιστικό διάλυμα ανθρακικών βοηθά στη διατήρηση ενός σταθερού ρΗ στην κυκλοφορία του αίματος. Το pH του αίματος εξαρτάται από την αναλογία διοξειδίου του άνθρακα προς όξινο ανθρακικό. Οι συγκεντρώσεις και των δύο συστατικών είναι πολύ μεγάλες σε σύγκριση με τις συγκεντρώσεις οξέος που προστίθενται στο αίμα κατά τη διάρκεια φυσιολογικών δραστηριοτήτων ή μέτριας άσκησης. Κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης, για παράδειγμα, η γρήγορη αναπνοή βοηθά στην αντιστάθμιση της αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα σας. Άλλοι μηχανισμοί που βοηθούν σε αυτή τη λειτουργία περιλαμβάνουν το μόριο αιμοσφαιρίνης στα ερυθρά αιμοσφαίρια σας, το οποίο επίσης βοηθά στη μείωση του pH του αίματος.
Ρυθμίσεις άνθρακα στον ωκεανό
Στον ωκεανό, το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα βρίσκεται σε ισορροπία με συγκεντρώσεις θαλασσινού νερού από ανθρακικό οξύ και όξινο ανθρακικό άλας. Ωστόσο, οι αυξημένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την ανθρώπινη δραστηριότητα έχουν αυξήσει τα ατμοσφαιρικά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, προκαλώντας αύξηση του διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα. Καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης του ρυθμιστικού συστήματος αυξάνεται έως ότου το σύστημα φτάσει σε μια νέα ισορροπία. Αυτό σημαίνει ότι η αύξηση του διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα προκαλεί ελαφρά μείωση του pH. Η ικανότητα αποθήκευσης του ωκεανού - η ικανότητά του να απορροφά οξύ ή βάση - είναι πολύ μεγάλη, αλλά βαθμιαίες αλλαγές αυτού του είδους μπορούν να έχουν σοβαρές επιπτώσεις για πολλά είδη ζωής στον ωκεανό. Τα ζώα που δημιουργούν τα κελύφη τους από ανθρακικό ασβέστιο, για παράδειγμα, μπορεί να βρουν τις ικανότητές τους να δημιουργούν κελύφη μειωμένες από σημαντικές αλλαγές στην ισορροπία οξέος-βάσης του ωκεανού νερού.