Vad är karbonatbuffring?

Många av de mest igenkännliga delarna av naturen fungerar genom att upprätthålla någon form av balans. Karbonatbuffersystemet är ett av de viktigaste buffersystemen i naturen, vilket hjälper till att upprätthålla denna balans.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Liksom alla buffringssystem motstår en bikarbonatbuffert förändring i pH, så det hjälper till att stabilisera pH i lösningar som blod och havsvatten. Försurning av havet och effekterna av träning på kroppen är båda exempel på hur bikarbonatbuffring fungerar i praktiken.

När koldioxid (CO₂) gas upplöses i vatten, kan den reagera med det vattnet för att bilda kolsyra. Kolsyra kan sedan ge upp en vätejon för att bli bikarbonat, vilket kan ge upp en annan vätejon för att bli karbonat. Alla dessa reaktioner är reversibla. Detta innebär att de arbetar både framåt och bakåt. Karbonat kan till exempel plocka upp en vätejon för att bli bikarbonat.

Serien av reaktioner som leder från upplöst koldioxid till karbonat når snabbt en dynamisk jämvikt, ett tillstånd där processerna framåt och bakåt i denna reaktion sker vid lika priser. Tillsättning av syra ökar hastigheten för omvänd reaktion och koldioxidbildning, vilket får mer koldioxid att diffundera ut ur lösningen. Tillsättning av bas, å andra sidan, ökar hastigheten för den framåtriktade reaktionen, vilket får mer bikarbonat och karbonat att bildas. Varje tryck på detta system orsakar en kompenserande förskjutning i en riktning som återställer jämvikten. Buffringssystemet fortsätter att fungera så länge som koncentrationen är stor jämfört med mängden syra eller bas som tillsätts till lösningen.

Hos människor och andra djur hjälper karbonatbuffringssystemet till att upprätthålla ett konstant pH i blodomloppet. Blodets pH beror på förhållandet mellan koldioxid och bikarbonat. Koncentrationerna av båda komponenterna är mycket stora jämfört med syrakoncentrationerna i blodet under normala aktiviteter eller måttlig träning. Under ansträngande träning hjälper till exempel snabb andning till att kompensera för ökningen av koldioxid i ditt blod. Andra mekanismer som hjälper till med denna funktion inkluderar hemoglobinmolekylen i dina röda blodkroppar, vilket också hjälper till att buffra pH i blodet.

I havet är upplöst koldioxid från atmosfären i jämvikt med havsvattenkoncentrationer av kolsyra och bikarbonat. Emellertid har ökade koldioxidutsläpp från mänsklig aktivitet ökat atmosfäriska koldioxidnivåer och orsakat en ökning av upplöst koldioxid. När koncentrationen av upplöst koldioxid ökar ökar hastigheten för buffert-systemets framåtreaktion tills systemet når en ny jämvikt. Detta innebär att en ökning av upplöst koldioxid orsakar en liten sänkning av pH. Havets buffringskapacitet - dess förmåga att suga upp syra eller bas - är mycket stor, men gradvisa förändringar av detta slag kan ha allvarliga konsekvenser för många typer av liv i havet. Djur som gör sina skal av kalciumkarbonat kan till exempel finna att deras skaltillverkningsförmåga minskas av betydande förändringar i syrabasvikt i havsvatten.