Muchas de las partes más reconocibles de la naturaleza funcionan manteniendo algún tipo de equilibrio. El sistema de amortiguación de carbonatos es uno de los sistemas de amortiguación más importantes de la naturaleza, lo que ayuda a mantener ese equilibrio.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Como cualquier sistema tampón, un tampón de bicarbonato resiste los cambios de pH, por lo que ayuda a estabilizar el pH de soluciones como la sangre y el agua del océano. La acidificación del océano y los efectos del ejercicio en el cuerpo son ejemplos de cómo funciona la amortiguación de bicarbonato en la práctica.
Ácido carbónico
Cuando el dióxido de carbono (CO2) el gas se disuelve en agua, puede reaccionar con esa agua para formar ácido carbónico. El ácido carbónico puede entonces ceder un ion hidrógeno para convertirse en bicarbonato, que puede ceder otro ion hidrógeno para convertirse en carbonato. Todas estas reacciones son reversibles. Esto significa que funcionan tanto hacia adelante como hacia atrás. El carbonato, por ejemplo, puede recoger un ión de hidrógeno para convertirse en bicarbonato.
Equilibrio de carbonato
La serie de reacciones que lleva del dióxido de carbono disuelto al carbonato alcanza rápidamente un equilibrio dinámico, un estado en el que los procesos de avance y retroceso de esta reacción ocurren en tarifas iguales. La adición de ácido aumentará la velocidad de la reacción inversa y la formación de dióxido de carbono, lo que hará que se difunda más dióxido de carbono fuera de la solución. Agregar base, por otro lado, aumentará la velocidad de la reacción directa, lo que hará que se forme más bicarbonato y carbonato. Cualquier presión sobre este sistema provoca un cambio de compensación en una dirección que restablece el equilibrio. El sistema de amortiguación continúa funcionando mientras su concentración sea grande en comparación con la cantidad de ácido o base agregada a la solución.
Los seres humanos y el almacenamiento de carbonatos
En humanos y otros animales, el sistema de amortiguación de carbonato ayuda a mantener un pH constante en el torrente sanguíneo. El pH de la sangre depende de la proporción de dióxido de carbono a bicarbonato. Las concentraciones de ambos componentes son muy grandes en comparación con las concentraciones de ácido que se agregan a la sangre durante las actividades normales o el ejercicio moderado. Durante el ejercicio intenso, por ejemplo, la respiración rápida ayuda a compensar el aumento de dióxido de carbono en la sangre. Otros mecanismos que ayudan en esta función incluyen la molécula de hemoglobina en los glóbulos rojos, que también ayuda a amortiguar el pH de la sangre.
Amortiguación de carbonatos en el océano
En el océano, el dióxido de carbono disuelto de la atmósfera está en equilibrio con las concentraciones de ácido carbónico y bicarbonato en el agua de mar. Sin embargo, el aumento de las emisiones de dióxido de carbono de la actividad humana ha elevado los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, provocando un aumento en el dióxido de carbono disuelto. A medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono disuelto, la velocidad de la reacción directa del sistema tampón aumenta hasta que el sistema alcanza un nuevo equilibrio. Esto significa que un aumento de dióxido de carbono disuelto provoca una ligera disminución del pH. La capacidad de amortiguación del océano, su capacidad para absorber ácido o base, es muy grande, pero los cambios graduales de este tipo pueden tener serias ramificaciones para muchos tipos de vida en el océano. Los animales que fabrican sus caparazones a partir de carbonato de calcio, por ejemplo, podrían ver reducida su capacidad de hacer caparazones por cambios significativos en el equilibrio ácido-base del agua del océano.