Mnoho z najznámejších častí prírody funguje udržiavaním akejsi rovnováhy. Uhličitanový tlmivý systém je jedným z najdôležitejších vyrovnávacích systémov v prírode, ktorý pomáha udržiavať túto rovnováhu.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Ako každý tlmivý systém, aj hydrogenuhličitanový tlmivý roztok odoláva zmenám pH, takže pomáha stabilizovať pH roztokov, ako je krv a oceánska voda. Okyslenie oceánu a účinky cvičenia na telo sú príkladmi toho, ako v praxi funguje tlmenie bikarbonátov.
Kyselina uhličitá
Keď oxid uhličitý (CO2) plyn sa rozpúšťa vo vode, môže s ňou reagovať a vytvárať kyselinu uhličitú. Kyselina uhličitá sa potom môže vzdať vodíkového iónu, aby sa z neho stal hydrogenuhličitan, ktorý sa môže vzdať ďalšieho vodíkového iónu, aby sa stal uhličitanom. Všetky tieto reakcie sú reverzibilné. To znamená, že pracujú dopredu aj dozadu. Napríklad uhličitan môže zachytávať vodíkový ión a stať sa z neho bikarbonát.
Uhličitanová rovnováha
Séria reakcií, ktorá vedie od rozpusteného oxidu uhličitého k uhličitanu, rýchlo dosahuje a dynamická rovnováha, stav, v ktorom dochádza k doprednému a spätnému procesu tejto reakcie rovnaké sadzby. Pridaním kyseliny sa zvýši rýchlosť reverznej reakcie a tvorby oxidu uhličitého, čo spôsobí, že viac oxidu uhličitého bude difundovať z roztoku. Pridaním bázy sa na druhej strane zvýši rýchlosť doprednej reakcie, čo spôsobí tvorbu väčšieho množstva hydrogenuhličitanu a uhličitanu. Akýkoľvek tlak na tento systém spôsobí kompenzačný posun v smere, ktorý obnoví rovnováhu. Pufrovací systém pokračuje v činnosti, pokiaľ je jeho koncentrácia veľká v porovnaní s množstvom kyseliny alebo zásady pridanej do roztoku.
Ľudia a ukladanie uhličitanov do vyrovnávacej pamäte
U ľudí a ďalších zvierat pomáha uhličitanový tlmivý systém udržiavať konštantné pH v krvi. PH krvi závisí od pomeru oxidu uhličitého k bikarbonátu. Koncentrácie oboch zložiek sú veľmi vysoké v porovnaní s koncentráciami kyseliny pridanej do krvi pri bežných činnostiach alebo miernom cvičení. Napríklad pri namáhavom cvičení pomáha rýchle dýchanie kompenzovať zvýšenie oxidu uhličitého v krvi. Medzi ďalšie mechanizmy, ktoré pomáhajú pri tejto funkcii, patrí molekula hemoglobínu vo vašich červených krvinkách, ktorá tiež pomáha tlmiť pH krvi.
Uhličitanový pufr v oceáne
V oceáne je rozpustený oxid uhličitý z atmosféry v rovnováhe s koncentráciami kyseliny uhličitej a hydrogenuhličitanu v morskej vode. Zvýšené emisie oxidu uhličitého z ľudskej činnosti však zvýšili hladinu oxidu uhličitého v atmosfére, čo spôsobilo zvýšenie rozpusteného oxidu uhličitého. So zvyšujúcou sa koncentráciou rozpusteného oxidu uhličitého sa zvyšuje rýchlosť doprednej reakcie pufrovacieho systému, až kým systém nedosiahne novú rovnováhu. To znamená, že zvýšenie rozpusteného oxidu uhličitého spôsobí mierne zníženie pH. Pufrovacia kapacita oceánu - jeho schopnosť nasávať kyselinu alebo bázu - je veľmi veľká, ale postupné zmeny tohto druhu môžu mať vážne následky pre mnoho druhov života v oceáne. Napríklad pre zvieratá, ktoré vyrábajú svoje ulity z uhličitanu vápenatého, by sa ich schopnosť tvorby škrupín mohla znížiť významnými zmenami v acidobázickej rovnováhe oceánskej vody.