Что такое карбонатная буферизация?

Многие из самых узнаваемых частей природы функционируют, поддерживая своего рода баланс. Карбонатная буферная система - одна из самых важных буферных систем в природе, которая помогает поддерживать этот баланс.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Как и любая буферная система, бикарбонатный буфер сопротивляется изменению pH, поэтому он помогает стабилизировать pH таких растворов, как кровь и океанская вода. Подкисление океана и воздействие физических упражнений на организм - примеры того, как буферизация бикарбоната работает на практике.

Когда углекислый газ (CO₂) газ растворяется в воде, он может реагировать с этой водой с образованием угольной кислоты. Угольная кислота может затем отдать ион водорода, чтобы стать бикарбонатом, который может отдать другой ион водорода, чтобы стать карбонатом. Все эти реакции обратимы. Это означает, что они работают как вперед, так и назад. Карбонат, например, может захватывать ион водорода и превращаться в бикарбонат.

Серия реакций, которые приводят к превращению растворенного диоксида углерода в карбонат, быстро достигает динамическое равновесие, состояние, в котором прямой и обратный процессы этой реакции происходят при равные ставки. Добавление кислоты увеличит скорость обратной реакции и образования диоксида углерода, заставляя больше диоксида углерода диффундировать из раствора. С другой стороны, добавление основания увеличивает скорость прямой реакции, вызывая образование большего количества бикарбоната и карбоната. Любое давление на эту систему вызывает компенсирующий сдвиг в направлении, восстанавливающем равновесие. Буферная система продолжает работать, пока ее концентрация велика по сравнению с количеством кислоты или основания, добавляемого в раствор.

У людей и других животных система карбонатного буфера помогает поддерживать постоянный pH в кровотоке. PH крови зависит от соотношения углекислого газа и бикарбоната. Концентрации обоих компонентов очень велики по сравнению с концентрациями кислоты, добавляемой в кровь во время нормальной деятельности или умеренных физических нагрузок. Например, во время интенсивных упражнений учащенное дыхание помогает компенсировать увеличение содержания углекислого газа в крови. Другие механизмы, которые помогают в этой функции, включают молекулу гемоглобина в ваших эритроцитах, которая также помогает буферизовать pH крови.

В океане растворенный диоксид углерода из атмосферы находится в равновесии с концентрациями углекислоты и бикарбоната в морской воде. Однако увеличение выбросов углекислого газа в результате деятельности человека привело к повышению уровня углекислого газа в атмосфере, что привело к увеличению растворенного углекислого газа. По мере увеличения концентрации растворенного диоксида углерода скорость прямой реакции буферной системы увеличивается до тех пор, пока система не достигнет нового равновесия. Это означает, что увеличение растворенного углекислого газа вызывает небольшое снижение pH. Буферная способность океана - его способность впитывать кислоту или щелочь - очень велика, но постепенные изменения такого рода могут иметь серьезные последствия для многих видов жизни в океане. Например, животные, которые делают свои панцири из карбоната кальция, могут обнаружить, что их способность к изготовлению панцирей снижается из-за значительных изменений кислотно-щелочного равновесия в океанской воде.