Многие из наиболее узнаваемых частей природы функционируют, поддерживая некий баланс. Карбонатная буферная система является одной из наиболее важных буферных систем в природе, которая помогает поддерживать этот баланс.

Углекислота

Когда газообразный диоксид углерода (CO2) растворяется в воде, он может вступать в реакцию с этой водой с образованием углекислоты. 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. Например, карбонат может поглощать ион водорода, превращаясь в бикарбонат.

Карбонатное равновесие

Ряд реакций, которые ведут от растворенного углекислого газа к карбонату, быстро достигает динамического равновесия, состояния, в котором прямой и обратный процессы этой реакции происходят с равными скоростями. Добавление кислоты увеличит скорость обратной реакции и образования диоксида углерода, что приведет к диффузии большего количества диоксида углерода из раствора. Добавление основания, с другой стороны, увеличит скорость прямой реакции, вызывая образование большего количества бикарбоната и карбоната. Любое давление на эту систему вызывает компенсирующий сдвиг в направлении, которое восстанавливает равновесие. Буферная система продолжает работать до тех пор, пока ее концентрация велика по сравнению с количеством кислоты или основания, добавленных в раствор.

Люди и карбонатная буферизация

У людей и других животных карбонатная буферная система помогает поддерживать постоянный уровень pH в кровотоке. PH крови зависит от соотношения диоксида углерода 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 напряженных 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 рН крови.

Буферизация карбоната в океане

В океане растворенный в атмосфере углекислый газ 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. Когда концентрация растворенного диоксида углерода увеличивается, скорость прямой реакции буферной системы увеличивается, пока система не достигнет нового равновесия. Это означает, что увеличение растворенного углекислого газа вызывает небольшое снижение pH. Буферная емкость океана - способность впитывать кислоту или основание - очень велика, но постепенные изменения такого рода могут иметь серьезные последствия для многих видов жизни в океане. Например, животные, которые делают свои раковины из карбоната кальция, могут обнаружить, что их способность производить раковины уменьшается из-за значительных изменений кислотно-щелочного равновесия океанской воды.