Mnogi najprepoznatljiviji dijelovi prirode funkcioniraju održavanjem neke vrste ravnoteže. Karbonatni puferski sustav jedan je od najvažnijih puferskih sustava u prirodi, koji pomaže u održavanju te ravnoteže.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Kao i svaki sustav puferiranja, bikarbonatni pufer odolijeva promjeni pH, tako da pomaže stabilizirati pH otopina poput krvi i oceanske vode. Zakiseljavanje oceana i učinci vježbanja na tijelo primjeri su kako puferiranje bikarbone djeluje u praksi.
Karbonska kiselina
Kada ugljični dioksid (CO2) plin se otapa u vodi, može s tom vodom reagirati i stvoriti ugljičnu kiselinu. Ugljična kiselina tada može odustati od vodikovog iona da postane bikarbonat, koji može odustati od drugog vodikovog iona da postane karbonat. Sve ove reakcije su reverzibilne. To znači da rade i naprijed i unatrag. Na primjer, karbonat može pokupiti vodikov ion i postati bikarbonat.
Karbonatna ravnoteža
Niz reakcija koji vodi od otopljenog ugljičnog dioksida do karbonata brzo doseže a dinamička ravnoteža, stanje u kojem se događaju naprijed i natrag procesi ove reakcije jednake stope. Dodavanjem kiseline povećat će se brzina obrnute reakcije i stvaranja ugljičnog dioksida, što će uzrokovati širenje više ugljičnog dioksida iz otopine. Dodavanje baze, s druge strane, povećat će brzinu reakcije naprijed, uzrokujući stvaranje više bikarbonata i karbonata. Svaki pritisak na ovaj sustav uzrokuje kompenzacijski pomak u smjeru koji vraća ravnotežu. Puferski sustav nastavlja raditi sve dok je njegova koncentracija velika u usporedbi s količinom kiseline ili baze dodane u otopinu.
Puferiranje ljudi i karbonata
U ljudi i drugih životinja sustav karbonatnog pufera pomaže u održavanju konstantnog pH u krvotoku. PH krvi ovisi o omjeru ugljičnog dioksida i bikarbonata. Koncentracije obje komponente vrlo su velike u usporedbi s koncentracijama kiseline dodane u krv tijekom normalnih aktivnosti ili umjerenog vježbanja. Na primjer, tijekom napornog vježbanja, ubrzano disanje pomaže nadoknaditi povećanje ugljičnog dioksida u krvi. Ostali mehanizmi koji pomažu u ovoj funkciji uključuju molekulu hemoglobina u crvenim krvnim stanicama, što također pomaže u puferiranju pH krvi.
Pufanje karbonata u oceanu
U oceanu je otopljeni ugljični dioksid iz atmosfere u ravnoteži s koncentracijama ugljične kiseline i bikarbonata u morskoj vodi. Međutim, povećane emisije ugljičnog dioksida iz ljudske aktivnosti povećale su atmosferske razine ugljičnog dioksida, što je uzrokovalo porast otopljenog ugljičnog dioksida. Kako se koncentracija otopljenog ugljičnog dioksida povećava, brzina reakcije puferskog sustava naprijed raste dok sustav ne postigne novu ravnotežu. To znači da povećanje otopljenog ugljičnog dioksida uzrokuje lagano smanjenje pH. Kapacitet pufera u oceanu - njegova sposobnost upijanja kiseline ili baze - vrlo je velik, ali postupne promjene ove vrste mogu imati ozbiljne posljedice za mnoge vrste života u oceanu. Na primjer, životinje koje izrađuju ljuske od kalcijevog karbonata, svoje sposobnosti stvaranja ljuske mogu smanjiti značajne promjene u kiselinsko-baznoj ravnoteži oceanske vode.
