Wiele z najbardziej rozpoznawalnych części przyrody funkcjonuje dzięki utrzymywaniu pewnego rodzaju równowagi. System buforowania węglanu jest jednym z najważniejszych systemów buforowania w przyrodzie, który pomaga utrzymać tę równowagę.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Jak każdy system buforujący, bufor wodorowęglanowy jest odporny na zmiany pH, dzięki czemu pomaga ustabilizować pH roztworów takich jak krew i woda oceaniczna. Zakwaszenie oceanów i wpływ ćwiczeń na organizm to przykłady praktycznego działania buforowania wodorowęglanów.
Kwas węglowy
Gdy dwutlenek węgla (CO2) gaz rozpuszcza się w wodzie, może reagować z tą wodą, tworząc kwas węglowy. Kwas węglowy może następnie przemienić jon wodorowy w wodorowęglan, który może przemienić inny jon wodorowy w węglan. Wszystkie te reakcje są odwracalne. Oznacza to, że pracują zarówno do przodu, jak i do tyłu. Na przykład węglan może wychwycić jon wodorowy, aby stać się wodorowęglanem.
Równowaga węglanowa
Szereg reakcji, które prowadzą od rozpuszczonego dwutlenku węgla do węglanu, szybko osiąga a równowaga dynamiczna, stan, w którym procesy postępujące i wsteczne tej reakcji zachodzą w równe stawki. Dodanie kwasu zwiększy szybkość reakcji odwrotnej i tworzenia dwutlenku węgla, powodując dyfuzję większej ilości dwutlenku węgla z roztworu. Z drugiej strony dodanie zasady zwiększy szybkość reakcji postępującej, powodując tworzenie się większej ilości wodorowęglanów i węglanów. Jakikolwiek nacisk na ten system powoduje kompensacyjne przesunięcie w kierunku, który przywraca równowagę. Układ buforujący działa tak długo, jak długo jego stężenie jest duże w porównaniu do ilości kwasu lub zasady dodanej do roztworu.
Buforowanie ludzi i węglanów
U ludzi i innych zwierząt system buforowania węglanów pomaga utrzymać stałe pH w krwiobiegu. pH krwi zależy od stosunku dwutlenku węgla do wodorowęglanu. Stężenia obu składników są bardzo duże w porównaniu do stężeń kwasu dodawanego do krwi podczas normalnej aktywności lub umiarkowanego wysiłku. Na przykład podczas forsownych ćwiczeń szybkie oddychanie pomaga zrekompensować wzrost dwutlenku węgla we krwi. Inne mechanizmy, które pomagają w tej funkcji, obejmują cząsteczkę hemoglobiny w czerwonych krwinkach, która pomaga również w buforowaniu pH krwi.
Buforowanie węglanów w oceanie
W oceanie rozpuszczony dwutlenek węgla z atmosfery pozostaje w równowadze ze stężeniem kwasu węglowego i wodorowęglanu w wodzie morskiej. Jednak zwiększone emisje dwutlenku węgla spowodowane działalnością człowieka podniosły poziom dwutlenku węgla w atmosferze, powodując wzrost rozpuszczonego dwutlenku węgla. Wraz ze wzrostem stężenia rozpuszczonego dwutlenku węgla, szybkość reakcji postępowej układu buforującego wzrasta aż do osiągnięcia przez układ nowej równowagi. Oznacza to, że wzrost rozpuszczonego dwutlenku węgla powoduje nieznaczny spadek pH. Zdolność buforowania oceanu – jego zdolność do wchłaniania kwasów lub zasad – jest bardzo duża, ale stopniowe zmiany tego rodzaju mogą mieć poważne konsekwencje dla wielu rodzajów życia w oceanie. Zwierzęta, które robią swoje muszle z węglanu wapnia, na przykład, mogą mieć ograniczone możliwości tworzenia muszli przez znaczące zmiany w równowadze kwasowo-zasadowej wody oceanicznej.