Multe dintre cele mai recunoscute părți ale naturii funcționează prin menținerea unui fel de echilibru. Sistemul de tamponare a carbonatului este unul dintre cele mai importante sisteme de tamponare din natură, care ajută la menținerea acestui echilibru.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Ca orice sistem de tamponare, un tampon de bicarbonat rezistă la modificarea pH-ului, astfel încât ajută la stabilizarea pH-ului soluțiilor precum sângele și apa oceanului. Acidificarea oceanelor și efectele exercițiilor fizice asupra corpului sunt ambele exemple ale modului în care funcționează în practică tamponarea bicarbonatului.
Acid carbonic
Când dioxidul de carbon (CO2) gazul se dizolvă în apă, poate reacționa cu acea apă pentru a forma acid carbonic. Acidul carbonic poate renunța apoi la un ion hidrogen pentru a deveni bicarbonat, care poate renunța la un alt ion hidrogen pentru a deveni carbonat. Toate aceste reacții sunt reversibile. Aceasta înseamnă că funcționează atât înainte, cât și invers. Carbonatul, de exemplu, poate prelua un ion hidrogen pentru a deveni bicarbonat.
Echilibrul carbonat
Seria de reacții care duce de la dioxidul de carbon dizolvat la carbonat ajunge rapid la echilibru dinamic, o stare în care se întâmplă procesele înainte și înapoi ale acestei reacții rate egale. Adăugarea acidului va crește rata reacției inverse și a formării dioxidului de carbon, determinând difuzarea mai multor dioxid de carbon din soluție. Adăugarea bazei, pe de altă parte, va crește viteza reacției directe, provocând formarea mai multor bicarbonate și carbonat. Orice presiune asupra acestui sistem determină o deplasare compensatoare într-o direcție care restabilește echilibrul. Sistemul tampon continuă să funcționeze atâta timp cât concentrația sa este mare în comparație cu cantitatea de acid sau bază adăugată la soluție.
Omul și tamponarea carbonatului
La om și la alte animale, sistemul tampon de carbonat ajută la menținerea unui pH constant în sânge. PH-ul sângelui depinde de raportul dintre dioxidul de carbon și bicarbonat. Concentrațiile ambelor componente sunt foarte mari comparativ cu concentrațiile de acid adăugate în sânge în timpul activităților normale sau exercițiilor fizice moderate. În timpul exercițiilor fizice intense, de exemplu, respirația rapidă ajută la compensarea creșterii dioxidului de carbon din sânge. Alte mecanisme care ajută la această funcție includ molecula de hemoglobină din celulele roșii din sânge, care, de asemenea, ajută la tamponarea pH-ului din sânge.
Tamponarea carbonatului în ocean
În ocean, dioxidul de carbon dizolvat din atmosferă este în echilibru cu concentrațiile de apă de mare de acid carbonic și bicarbonat. Cu toate acestea, emisiile crescute de dioxid de carbon din activitatea umană au crescut nivelurile de dioxid de carbon din atmosferă, provocând o creștere a dioxidului de carbon dizolvat. Pe măsură ce concentrația de dioxid de carbon dizolvat crește, rata reacției directe a sistemului tampon crește până când sistemul atinge un nou echilibru. Aceasta înseamnă că o creștere a dioxidului de carbon dizolvat determină o ușoară scădere a pH-ului. Capacitatea de tamponare a oceanului - capacitatea sa de a absorbi acidul sau baza - este foarte mare, dar schimbările treptate de acest fel pot avea ramificații serioase pentru multe tipuri de viață în ocean. Animalele care își fac cochilii din carbonat de calciu, de exemplu, ar putea găsi capacitățile lor de producere a cojilor reduse prin schimbări semnificative în echilibrul acid-bazic al apei oceanului.