Kaj je pufriranje karbonata?

Številni najbolj prepoznavni deli narave delujejo tako, da ohranjajo nekakšno ravnovesje. Karbonatni puferski sistem je eden najpomembnejših puferskih sistemov v naravi, ki pomaga vzdrževati to ravnovesje.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Kot vsak puferski sistem se tudi bikarbonatni pufer upira spremembi pH, zato pomaga stabilizirati pH raztopin, kot sta kri in oceanska voda. Zakisljevanje oceana in učinki vadbe na telo sta primera, kako deluje puferiranje bikarbone v praksi.

Ko ogljikov dioksid (CO₂) plin se raztopi v vodi, lahko reagira s to vodo in tvori ogljikovo kislino. Ogljikova kislina se lahko nato odpove vodikovemu ionu, da postane bikarbonat, ta pa lahko drug vodikov ion postane karbonat. Vse te reakcije so reverzibilne. To pomeni, da delajo naprej in nazaj. Karbonat, na primer, lahko pobere vodikov ion in postane bikarbonat.

Niz reakcij, ki vodi od raztopljenega ogljikovega dioksida do karbonata, hitro doseže a dinamično ravnovesje, stanje, v katerem se dogajajo naprej in nazaj procesi te reakcije enake stopnje. Dodajanje kisline bo povečalo hitrost povratne reakcije in nastajanja ogljikovega dioksida, zaradi česar se bo več ogljikovega dioksida razpršilo iz raztopine. Po drugi strani pa bo dodajanje baze povečalo hitrost reakcije naprej in povzročilo nastanek več bikarbonata in karbonata. Vsak pritisk na ta sistem povzroči kompenzacijski premik v smeri, ki vzpostavlja ravnovesje. Puferski sistem deluje še naprej, dokler je njegova koncentracija velika v primerjavi s količino kisline ali baze, dodane raztopini.

Pri ljudeh in drugih živalih karbonatni puferski sistem pomaga vzdrževati konstanten pH v krvnem obtoku. PH krvi je odvisen od razmerja ogljikovega dioksida do bikarbonata. Koncentracije obeh komponent so zelo velike v primerjavi s koncentracijami kisline, dodane v kri med običajnimi aktivnostmi ali zmerno vadbo. Med naporno vadbo na primer hitro dihanje pomaga nadomestiti povečanje ogljikovega dioksida v krvi. Drugi mehanizmi, ki pomagajo pri tej funkciji, vključujejo molekulo hemoglobina v rdečih krvnih celicah, ki prav tako pomaga pri uravnavanju pH krvi.

V oceanu je raztopljeni ogljikov dioksid iz ozračja v ravnovesju s koncentracijo ogljikove kisline in bikarbonata v morski vodi. Vendar pa so povečane emisije ogljikovega dioksida zaradi človekove dejavnosti zvišale koncentracijo ogljikovega dioksida v atmosferi, kar je povzročilo povečanje raztopljenega ogljikovega dioksida. Ko se koncentracija raztopljenega ogljikovega dioksida poveča, se hitrost neposredne reakcije puferskega sistema povečuje, dokler sistem ne doseže novega ravnotežja. To pomeni, da povečanje raztopljenega ogljikovega dioksida povzroči rahlo znižanje pH. Puferska sposobnost oceana - njegova sposobnost vpijanja kisline ali baze - je zelo velika, vendar lahko postopne tovrstne spremembe resno vplivajo na številne vrste življenja v oceanu. Živali, ki na primer lupine izdelujejo iz kalcijevega karbonata, se lahko zaradi pomembnih sprememb v kislinsko-bazičnem ravnotežju oceanske vode zmanjšajo pri izdelavi lupin.