Che cos'è il tampone carbonato?

Molte delle parti più riconoscibili della natura funzionano mantenendo una sorta di equilibrio. Il sistema tampone dei carbonati è uno dei più importanti sistemi tampone in natura, che aiuta a mantenere questo equilibrio.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Come qualsiasi sistema tampone, un tampone bicarbonato resiste al cambiamento di pH, quindi aiuta a stabilizzare il pH di soluzioni come il sangue e l'acqua dell'oceano. L'acidificazione degli oceani e gli effetti dell'esercizio sul corpo sono entrambi esempi di come funziona in pratica il tampone del bicarbonato.

Quando l'anidride carbonica (CO₂) il gas si dissolve in acqua, può reagire con quell'acqua per formare acido carbonico. L'acido carbonico può quindi cedere uno ione idrogeno per diventare bicarbonato, che può cedere un altro ione idrogeno per diventare carbonato. Tutte queste reazioni sono reversibili. Ciò significa che funzionano sia in avanti che all'indietro. Il carbonato, ad esempio, può raccogliere uno ione idrogeno per diventare bicarbonato.

La serie di reazioni che porta dall'anidride carbonica disciolta al carbonato raggiunge rapidamente a equilibrio dinamico, uno stato in cui i processi in avanti e inverso di questa reazione avvengono a tariffe uguali. L'aggiunta di acido aumenterà la velocità della reazione inversa e della formazione di anidride carbonica, causando la diffusione di più anidride carbonica dalla soluzione. L'aggiunta di base, d'altra parte, aumenterà la velocità della reazione diretta, causando la formazione di più bicarbonato e carbonato. Qualsiasi pressione su questo sistema provoca uno spostamento compensatorio in una direzione che ripristina l'equilibrio. Il sistema tampone continua a funzionare finché la sua concentrazione è elevata rispetto alla quantità di acido o base aggiunta alla soluzione.

Negli esseri umani e in altri animali, il sistema tampone dei carbonati aiuta a mantenere un pH costante nel flusso sanguigno. Il pH del sangue dipende dal rapporto tra anidride carbonica e bicarbonato. Le concentrazioni di entrambi i componenti sono molto elevate rispetto alle concentrazioni di acido aggiunto al sangue durante le normali attività o l'esercizio moderato. Durante un intenso esercizio fisico, ad esempio, la respirazione rapida aiuta a compensare l'aumento di anidride carbonica nel sangue. Altri meccanismi che aiutano in questa funzione includono la molecola di emoglobina nei globuli rossi, che aiuta anche a tamponare il pH del sangue.

Nell'oceano, l'anidride carbonica disciolta dall'atmosfera è in equilibrio con le concentrazioni di acido carbonico e bicarbonato nell'acqua di mare. Tuttavia, l'aumento delle emissioni di anidride carbonica dall'attività umana ha aumentato i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera, causando un aumento dell'anidride carbonica disciolta. All'aumentare della concentrazione di anidride carbonica disciolta, la velocità della reazione diretta del sistema tampone aumenta fino a quando il sistema raggiunge un nuovo equilibrio. Ciò significa che un aumento dell'anidride carbonica disciolta provoca una leggera diminuzione del pH. La capacità tampone dell'oceano - la sua capacità di assorbire acidi o basi - è molto ampia, ma cambiamenti graduali di questo tipo possono avere serie conseguenze per molti tipi di vita nell'oceano. Gli animali che producono i loro gusci da carbonato di calcio, per esempio, potrebbero trovare le loro capacità di fabbricazione dei gusci ridotte da cambiamenti significativi nell'equilibrio acido-base dell'acqua dell'oceano.