Mi a karbonát pufferelés?

A természet leginkább felismerhető részei valamiféle egyensúly fenntartásával működnek. A karbonát puffer rendszer a természetben az egyik legfontosabb puffer rendszer, amely segít fenntartani ezt az egyensúlyt.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Mint minden pufferrendszer, a hidrogén-karbonát-puffer is ellenáll a pH változásának, így segít stabilizálni az oldatok, például a vér és az óceánvíz pH-ját. Az óceán megsavanyodása és a testmozgás testre gyakorolt ​​hatása egyaránt példája annak, hogy a bikarbonát pufferelés hogyan működik a gyakorlatban.

Amikor szén-dioxid (CO₂) gáz feloldódik a vízben, reakcióba léphet azzal a vízzel, hogy szénsavat képezzen. A szénsav ezután fel tud adni egy hidrogén-iont hidrogén-karbonáttá, amely egy másik hidrogén-iont pedig karbonáttá válhat. Mindezek a reakciók visszafordíthatók. Ez azt jelenti, hogy előre és hátra is dolgoznak. A karbonát például fel tud venni egy hidrogén-iont, hogy hidrogén-karbonáttá váljon.

Az oldott szén-dioxidból karbonáttá vezető reakciósor gyorsan eléri a dinamikus egyensúly, egy olyan állapot, amelyben ennek a reakciónak az előre- és a fordított folyamata zajlik egyenlő arányokat. Sav hozzáadása növeli a fordított reakció és a szén-dioxid képződés sebességét, ami több szén-dioxid diffundálódását okozza az oldatból. A bázis hozzáadása viszont növeli az előre történő reakció sebességét, több bikarbonát és karbonát keletkezését okozva. Bármely nyomás erre a rendszerre kompenzáló elmozdulást eredményez az egyensúly helyreállításának irányában. A pufferrendszer addig működik, amíg koncentrációja nagy, összehasonlítva az oldathoz adott sav vagy bázis mennyiségével.

Embereknél és más állatoknál a karbonát pufferrendszer segíti az állandó pH-érték fenntartását a véráramban. A vér pH-értéke a szén-dioxid és a hidrogén-karbonát arányától függ. Mindkét komponens koncentrációja nagyon nagy ahhoz a savkoncentrációhoz képest, amelyet normál aktivitás vagy mérsékelt testmozgás közben adnak a vérhez. Megerőltető testmozgás során például a gyors légzés kompenzálja a vér szén-dioxid-növekedését. További mechanizmusok, amelyek segítik ezt a funkciót, tartalmazzák a vörösvérsejtekben található hemoglobin molekulát, amely szintén segít a vér pH pufferelésében.

Az óceánban a légkörből kioldott szén-dioxid egyensúlyban van a tengervíz szénsav- és hidrogén-karbonát-koncentrációival. Az emberi tevékenységből származó megnövekedett szén-dioxid-kibocsátás azonban megemelte a légköri szén-dioxid-szintet, ami az oldott szén-dioxid növekedését okozta. Amint az oldott szén-dioxid koncentrációja növekszik, a pufferrendszer előremutató reakciójának sebessége növekszik, amíg a rendszer új egyensúlyba nem kerül. Ez azt jelenti, hogy az oldott szén-dioxid növekedése a pH enyhe csökkenését okozza. Az óceán pufferkapacitása - képessége sav vagy bázis felszívására - nagyon nagy, de az ilyen fokozatos változások komoly következményekkel járhatnak az óceán sokféle életében. Azok az állatok, akik héjukat kalcium-karbonátból állítják elő, héjkészítési képességüket csökkenthetik az óceánvíz sav-bázis egyensúlyának jelentős változásai miatt.