Kas ir karbonāta buferis?

Daudzas atpazīstamākās dabas daļas darbojas, saglabājot kaut kādu līdzsvaru. Karbonāta bufera sistēma ir viena no vissvarīgākajām bufera sistēmām dabā, kas palīdz uzturēt šo līdzsvaru.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Tāpat kā jebkura bufera sistēma, arī bikarbonāta buferis pretojas pH izmaiņām, tāpēc tas palīdz stabilizēt tādu šķīdumu pH līmeni kā asinis un okeāna ūdens. Okeāna paskābināšanās un fiziskās slodzes ietekme uz ķermeni ir abi piemēri tam, kā praksē darbojas bikarbonātu buferošana.

Ja oglekļa dioksīds (CO₂) gāze izšķīst ūdenī, tā var reaģēt ar šo ūdeni, veidojot ogļskābi. Ogļskābe pēc tam var atteikties no ūdeņraža jona, lai kļūtu par bikarbonātu, kas var atteikties no cita ūdeņraža jona, lai kļūtu par karbonātu. Visas šīs reakcijas ir atgriezeniskas. Tas nozīmē, ka viņi strādā gan uz priekšu, gan pretēji. Piemēram, karbonāts var uzņemt ūdeņraža jonu, lai kļūtu par bikarbonātu.

Reakciju sērija, kas no izšķīdušā oglekļa dioksīda nonāk karbonātā, ātri sasniedz a dinamiskais līdzsvars, stāvoklis, kurā notiek šīs reakcijas virzība uz priekšu un atpakaļ vienādas likmes. Skābes pievienošana palielinās reversās reakcijas un oglekļa dioksīda veidošanās ātrumu, izraisot vairāk oglekļa dioksīda izkliedes no šķīduma. Savukārt bāzes pievienošana palielinās reakcijas ātrumu uz priekšu, izraisot vairāk bikarbonātu un karbonātu veidošanos. Jebkurš spiediens uz šo sistēmu izraisa kompensējošu nobīdi virzienā, kas atjauno līdzsvaru. Buferizācijas sistēma turpina darboties, kamēr tās koncentrācija ir liela salīdzinājumā ar šķīdumam pievienotās skābes vai bāzes daudzumu.

Cilvēkiem un citiem dzīvniekiem karbonāta bufera sistēma palīdz uzturēt nemainīgu pH līmeni asinīs. Asins pH ir atkarīgs no oglekļa dioksīda un bikarbonāta attiecības. Abu komponentu koncentrācija ir ļoti liela, salīdzinot ar skābes koncentrāciju, kas asinīs pievienota normālu aktivitāšu vai mērenas slodzes laikā. Spēcīga vingrinājuma laikā, piemēram, ātra elpošana palīdz kompensēt oglekļa dioksīda pieaugumu asinīs. Citi mehānismi, kas palīdz veikt šo funkciju, ietver hemoglobīna molekulu jūsu sarkanajās asins šūnās, kas arī palīdz buferizēt asins pH.

Okeānā atmosfērā izšķīdušais oglekļa dioksīds ir līdzsvarā ar jūras ūdens ogļskābes un bikarbonāta koncentrāciju. Tomēr cilvēka darbības rezultātā palielinātas oglekļa dioksīda emisijas ir paaugstinājušas oglekļa dioksīda līmeni atmosfērā, izraisot izšķīdušā oglekļa dioksīda pieaugumu. Palielinoties izšķīdušā oglekļa dioksīda koncentrācijai, buferizācijas sistēmas reakcijas uz priekšu ātrums palielinās, līdz sistēma sasniedz jaunu līdzsvaru. Tas nozīmē, ka izšķīdušā oglekļa dioksīda palielināšanās izraisa nelielu pH samazināšanos. Okeāna buferspēja - tā spēja absorbēt skābi vai bāzi - ir ļoti liela, taču pakāpeniskas šāda veida izmaiņas var nopietni ietekmēt daudzu veidu dzīvi okeānā. Dzīvniekiem, kas izgatavo čaulas no kalcija karbonāta, iespējams, ka čaumalu izgatavošanas iespējas var samazināt, ievērojami mainoties okeāna ūdens skābju un sārmu līdzsvaram.