Hva er karbonatbuffering?

Mange av de mest gjenkjennelige delene av naturen fungerer ved å opprettholde en slags balanse. Karbonatbuffersystemet er et av de viktigste buffersystemene i naturen, noe som bidrar til å opprettholde den balansen.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Som et hvilket som helst buffersystem motstår en bikarbonatbuffer endring i pH, slik at den hjelper til med å stabilisere pH i løsninger som blod og havvann. Forsuring av havet og effekten av trening på kroppen er begge eksempler på hvordan bikarbonatbuffering fungerer i praksis.

Når karbondioksid (CO₂) gass oppløses i vann, kan den reagere med det vannet og danne karbonsyre. Karbonsyre kan da gi opp et hydrogenion for å bli bikarbonat, som kan gi opp et annet hydrogenion for å bli karbonat. Alle disse reaksjonene er reversible. Dette betyr at de jobber både fremover og bakover. Karbonat kan for eksempel plukke opp et hydrogenion for å bli bikarbonat.

Serien av reaksjoner som fører fra oppløst karbondioksid til karbonat når raskt en dynamisk likevekt, en tilstand der prosessene forover og bakover i denne reaksjonen skjer ved like priser. Tilsetning av syre vil øke hastigheten for omvendt reaksjon og karbondioksydannelse, noe som får mer karbondioksid til å diffundere ut av løsningen. Tilsetning av base, derimot, vil øke hastigheten på fremoverreaksjonen, og føre til at mer bikarbonat og karbonat dannes. Ethvert trykk på dette systemet forårsaker et kompenserende skifte i en retning som gjenoppretter likevekt. Buffersystemet fortsetter å fungere så lenge konsentrasjonen er stor i forhold til mengden syre eller base tilsatt løsningen.

Hos mennesker og andre dyr hjelper karbonatbuffersystemet med å opprettholde en konstant pH i blodet. PH i blodet avhenger av forholdet mellom karbondioksid og bikarbonat. Konsentrasjonen av begge komponentene er veldig stor sammenlignet med konsentrasjonen av syre tilsatt blodet under normale aktiviteter eller moderat trening. Under anstrengende trening, for eksempel, hjelper rask pusting å kompensere for økningen i karbondioksid i blodet ditt. Andre mekanismer som hjelper til med denne funksjonen inkluderer hemoglobinmolekylet i de røde blodcellene, som også hjelper til med å buffer pH i blodet.

I havet er oppløst karbondioksid fra atmosfæren i likevekt med sjøvannskonsentrasjoner av karbonsyre og bikarbonat. Imidlertid har økte karbondioksidutslipp fra menneskelig aktivitet økt atmosfæriske karbondioksidnivåer, noe som forårsaker en økning i oppløst karbondioksid. Når konsentrasjonen av oppløst karbondioksid øker, øker hastigheten på den fremre reaksjonen til buffersystemet til systemet når en ny likevekt. Dette betyr at en økning i oppløst karbondioksid forårsaker en liten reduksjon i pH. Havets bufferkapasitet - dens evne til å suge opp syre eller base - er veldig stor, men gradvise endringer av denne typen kan ha alvorlige konsekvenser for mange slags liv i havet. Dyr som fremstiller skallene sine av kalsiumkarbonat, kan for eksempel finne at deres skallfremstillingsevne reduseres av betydelige endringer i syre-base-likevekten i havvann.