Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Koolzuur
- Carbonaatevenwicht
- Mensen en carbonaatbuffering
- Carbonaatbuffering in de oceaan
Veel van de meest herkenbare delen van de natuur functioneren door een soort evenwicht te handhaven. Het carbonaatbuffersysteem is een van de belangrijkste buffersystemen in de natuur, die helpt dat evenwicht te behouden.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Zoals elk buffersysteem is een bicarbonaatbuffer bestand tegen verandering in pH, dus het helpt de pH van oplossingen zoals bloed en oceaanwater te stabiliseren. Verzuring van de oceaan en de effecten van lichaamsbeweging op het lichaam zijn beide voorbeelden van hoe bicarbonaatbuffering in de praktijk werkt.
Koolzuur
Wanneer koolstofdioxide (CO2) gas lost op in water, het kan reageren met dat water om koolzuur te vormen. Koolzuur kan dan een waterstofion opgeven om bicarbonaat te worden, dat een ander waterstofion kan opgeven om carbonaat te worden. Al deze reacties zijn omkeerbaar. Dit betekent dat ze zowel vooruit als achteruit werken. Carbonaat kan bijvoorbeeld een waterstofion opnemen om bicarbonaat te worden.
Carbonaatevenwicht
De reeks reacties die van opgelost kooldioxide naar carbonaat leidt, bereikt snel een dynamisch evenwicht, een toestand waarin de voorwaartse en omgekeerde processen van deze reactie met gelijke snelheden plaatsvinden. Het toevoegen van zuur verhoogt de snelheid van de omgekeerde reactie en van de vorming van koolstofdioxide, waardoor meer koolstofdioxide uit de oplossing diffundeert. Het toevoegen van base daarentegen zal de snelheid van de voorwaartse reactie verhogen, waardoor meer bicarbonaat en carbonaat worden gevormd. Elke druk op dit systeem veroorzaakt een compenserende verschuiving in een richting die het evenwicht herstelt. Het buffersysteem blijft werken zolang de concentratie groot is in vergelijking met de hoeveelheid zuur of base die aan de oplossing is toegevoegd.
Mensen en carbonaatbuffering
Bij mensen en andere dieren helpt het carbonaatbuffersysteem een constante pH in de bloedbaan te handhaven. De pH van bloed hangt af van de verhouding van koolstofdioxide tot bicarbonaat. De concentraties van beide componenten zijn zeer groot in vergelijking met de concentraties zuur die aan het bloed worden toegevoegd tijdens normale activiteiten of matige lichaamsbeweging. Tijdens zware inspanningen, bijvoorbeeld, helpt een snelle ademhaling om de toename van koolstofdioxide in uw bloed te compenseren. Andere mechanismen die helpen bij deze functie zijn het hemoglobinemolecuul in uw rode bloedcellen, dat ook helpt om de pH van het bloed te bufferen.
Carbonaatbuffering in de oceaan
In de oceaan is opgelost koolstofdioxide uit de atmosfeer in evenwicht met zeewaterconcentraties van koolzuur en bicarbonaat. Verhoogde uitstoot van koolstofdioxide door menselijke activiteit heeft echter de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer verhoogd, wat een toename van opgelost koolstofdioxide veroorzaakt. Naarmate de concentratie opgelost kooldioxide toeneemt, neemt de snelheid van de voorwaartse reactie van het buffersysteem toe totdat het systeem een nieuw evenwicht bereikt. Dit betekent dat een toename van opgelost koolstofdioxide een lichte daling van de pH veroorzaakt. De buffercapaciteit van de oceanen - het vermogen om zuur of base op te nemen - is erg groot, maar geleidelijke veranderingen van dit soort kunnen ernstige gevolgen hebben voor veel soorten leven in de oceaan. Dieren die hun schelpen van calciumcarbonaat maken, kunnen bijvoorbeeld hun vermogen tot het maken van schelpen ondervinden door significante veranderingen in het zuur-base-evenwicht van oceaanwater.