Николай Друзьяк - Как продлить быстротечную жизнь

Другой формой содержания угольной кислоты в воде являются гидрокарбонаты, образующиеся при диссоциации угольной кислоты по 1-й ступени (Н 2СО 3<-> Н ++ НСО 3 -), а также при диссоциации гидрокарбонатных солей, образующихся в результате растворения карбонатных пород под действием угольной кислоты:

СаСО 3+ СО 2+ Н 2О = Са 2++ 2НСО 3

Гидрокарбонаты – наиболее распространенная форма содержания угольной кислоты в природных водах при средних значениях рН. Они обусловливают щелочность воды, и это нам прежде всего необходимо помнить.

Кроме того, угольная кислота может содержаться в карбонат-ионах (СО 3 2-), образующихся при диссоциации угольной кислоты по 2-й ступени: НСО 3 -<->Н + СО 3 2-. Карбонат-ионы содержатся только в щелочной среде (при рН > 8,35). Но в присутствии ионов кальция содержание СО 3 2-бывает небольшим вследствие малой растворимости карбоната кальция (СаСО 3). А при наличии в растворе свободной угольной кислоты растворимость карбоната кальция возрастает в результате образования гидрокарбонатов, как об этом и было сказано чуточку выше.

Одновременно все формы угольной кислоты в растворе присутствовать не могут, наиболее вероятными и устойчивыми системами являются СО 2+ НСО 3 -и НСО 3 -+ СО 3 2-. А какая из этих систем будет преобладать, зависит только от концентрации ионов водорода в растворе. Но на концентрацию ионов водорода может оказывать существенное влияние концентрация ионов кальция в растворе.

Основная карбонатная система природных вод представляет собой систему из свободной угольной кислоты и гидрокарбонат-ионов. От соотношения этих форм зависит рН природных вод. Например, при низких значениях рН (<4,2) в воде присутствует практически только свободная угольная кислота, а повышение рН (от 4,2 до 8,35) происходит при снижении концентрации свободной угольной кислоты в растворе и одновременном повышении гидрокарбонатов. При рН больше 8,35 в воде практически отсутствует свободная угольная кислота и остаются только гидрокарбонат-ионы. Но зависимость рН от соотношения различных форм угольной кислоты в растворе можно рассматривать и по-иному – как зависимость содержания различных форм угольной кислоты от рН раствора. Такая зависимость хорошо видна на рисунке 2.

Угольная кислота в форме карбонат-ионов называется связанной. Принято считать, что гидрокарбонаты наполовину состоят из связанной и свободной угольной кислоты, так как при разложении они дают карбонаты (связанную) и свободную угольную кислоту:

2НСО 3 – ->СО 2+ СО 3 2-+ Н 2О.

Если в водном растворе одновременно присутствуют свободная угольная кислота и гидрокарбонаты, то в состоянии равновесия определенному содержанию гидрокарбонат-ионов соответствует вполне определенное количество свободной угольной кислоты, которую называют равновесной угольной кислотой.

Если содержание свободной угольной кислоты в растворе будет меньше равновесного с гидрокарбонатами:

Са 2++ 2НСО 3– < СО 2+ СаСО 3+ Н 2О (2.1),

то (по принципу Ле Шателье) равновесие смещается вправо, гидрокарбонат-ионы разрушаются с образованием свободной угольной кислоты и карбонат-ионов. Но избыток карбонат-ионов легко взаимодействует с ионами кальция (Са 2+), содержащимися в растворе, с образованием труднорастворимого карбоната кальция (СаСО 3).

Если же свободной угольной кислоты в водном растворе будет больше, чем необходимо для состояния равновесия:

Са 2++ 2НСО 3– <���СО 2+ СаСО 3+ Н 2О (2.2),

то часть свободной угольной кислоты будет взаимодействовать с карбонатом кальция и переводить его в растворимый гидрокарбонат кальция. Такая реакция постоянно происходит в природных водах, соприкасающихся с почвами, содержащими в себе много известняков.

В крови, которая более чем на 90 % состоит из воды, угольная кислота ведет себя точно так же, как и в любом водном растворе, а поэтому все приведенные выше рассуждения о соотношении различных форм этой кислоты применимы и для крови. Кстати сказать, в физиологии также принято считать, что весь растворившийся в крови углекислый газ существует в ней в виде угольной кислоты, и вследствие этого константу диссоциации принимают не «истинную», а «кажущуюся».

Поэтому в поисках оптимальной реакции крови мы будем полагаться на то, что и в крови основная карбонатная система состоит из свободной угольной кислоты и гидрокарбонат-ионов. И в таком случае неравенство (2.1) будет говорить нам о том, что в крови содержится мало свободной угольной кислоты, но много ионов кальция и гидрокарбонат-ионов. В результате равновесие такой системы будет смещаться вправо с разрушением гидрокарбонат-ионов и образованием свободной угольной кислоты и карбонат-ионов. Последние будут взаимодействовать с ионами кальция, которые в избытке находятся в крови, образуя труднорастворимый карбонат кальция (СаСО 3), который и будет откладываться то в суставах, то в артериях, а мы при этом будем только недоумевать, почему это у нас везде откладываются соли. И если учесть, что мы живем при постоянном избытке кальция у нас в крови и со щелочной реакцией ее, то все призывы пополнять наш организм кальцием сводятся только ко все большему и большему отложению его солей в нашем организме.