Mikä on karbonaattipuskurointi?

Monet luonnon tunnetuimmista osista toimivat ylläpitämällä jonkinlaista tasapainoa. Karbonaattipuskurijärjestelmä on yksi tärkeimmistä puskurijärjestelmistä luonnossa, mikä auttaa ylläpitämään tätä tasapainoa.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Kuten mikä tahansa puskurijärjestelmä, bikarbonaattipuskuri vastustaa pH: n muutosta, joten se auttaa stabiloimaan liuosten, kuten veren ja meriveden, pH: ta. Meren happamoituminen ja liikunnan vaikutukset kehoon ovat molemmat esimerkkejä siitä, miten bikarbonaattipuskurointi toimii käytännössä.

Kun hiilidioksidi (CO₂) kaasu liukenee veteen, se voi reagoida veden kanssa muodostaen hiilihappoa. Hiilihappo voi sitten luopua vetyionista bikarbonaatiksi, mikä voi antaa toisen vetyionin karbonaatiksi. Kaikki nämä reaktiot ovat palautuvia. Tämä tarkoittaa, että he työskentelevät sekä eteenpäin että taaksepäin. Esimerkiksi karbonaatti voi kerätä vetyionin bikarbonaatiksi.

Reaktiosarja, joka johtaa liuenneesta hiilidioksidista karbonaatiksi, saavuttaa nopeasti a dynaaminen tasapaino, tila, jossa tämän reaktion eteenpäin ja päinvastaisessa prosessissa tapahtuu tasaiset hinnat. Hapon lisääminen lisää käänteisen reaktion ja hiilidioksidin muodostumisen nopeutta, jolloin enemmän hiilidioksidia diffundoituu liuoksesta. Emäksen lisääminen puolestaan ​​lisää eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeutta, mikä aiheuttaa enemmän bikarbonaattia ja karbonaattia. Mikä tahansa paine tähän järjestelmään aiheuttaa kompensoivan siirtymän suuntaan, joka palauttaa tasapainon. Puskurijärjestelmä toimii niin kauan kuin sen pitoisuus on suuri verrattuna liuokseen lisätyn hapon tai emäksen määrään.

Ihmisillä ja muilla eläimillä karbonaattipuskurijärjestelmä auttaa ylläpitämään vakaa pH verenkierrossa. Veren pH riippuu hiilidioksidin ja bikarbonaatin suhteesta. Molempien komponenttien pitoisuudet ovat hyvin suuria verrattuna veressä normaaliin toimintaan tai kohtalaiseen liikuntaan lisätyn hapon pitoisuuksiin. Esimerkiksi raskaan liikunnan aikana nopea hengitys auttaa kompensoimaan veressäsi olevan hiilidioksidin lisääntymistä. Muita mekanismeja, jotka auttavat tässä toiminnassa, ovat punasoluissasi oleva hemoglobiinimolekyyli, mikä auttaa myös puskuroimaan veren pH: ta.

Meressä ilmakehästä liuennut hiilidioksidi on tasapainossa meriveden hiilihapon ja bikarbonaatin pitoisuuksien kanssa. Ihmisen toiminnan lisääntyneet hiilidioksidipäästöt ovat kuitenkin nostaneet ilmakehän hiilidioksiditasoja aiheuttaen liuenneen hiilidioksidin lisääntymistä. Kun liuenneen hiilidioksidin pitoisuus kasvaa, puskurointijärjestelmän eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus kasvaa, kunnes järjestelmä saavuttaa uuden tasapainon. Tämä tarkoittaa, että liuenneen hiilidioksidin lisääntyminen aiheuttaa pH: n pienen laskun. Meren puskurikapasiteetti - sen kyky imeä happoa tai emästä - on erittäin suuri, mutta tällaisilla asteittaisilla muutoksilla voi olla vakavia seurauksia monenlaiselle elämälle meressä. Eläimet, jotka valmistavat kuorensa esimerkiksi kalsiumkarbonaatista, saattavat kuorenvalmistuskykynsä heikentää merkittävillä muutoksilla meriveden happo-emäs-tasapainossa.