Όξινο ανθρακικό ιόν

Στην ανόργανη χημεία, διττανθρακικό (IUPAC-συνιστώμενη ονοματολογία: υδρογονανθρακικό (hydrogencarbonate)) είναι μια ενδιάμεση μορφή στην αποπρωτονίωση του ανθρακικού οξέος. Είναι ένα πολυατομικό ανιόν με χημικό τύπο .
Τα διττανθρακικά διαδραματίζουν κρίσιμο βιοχημικό ρόλο στο φυσιολογικό pH ρυθμιστικού συστήματος.
Ο όρος "διττανθρακικό" επινοήθηκε το 1814 από τον Άγγλο χημικό William Hyde Wollaston.William Hyde Wollaston (1814) "A synoptic scale of chemical equivalents", Philosophical Transactions of the Royal Society, 104: 1-22. On page 11, Wollaston coins the term "bicarbonate": "The next question that occurs relates to the composition of this crystallized carbonate of potash, which I am induced to call bi-carbonate of potash, for the purpose of marking more decidedly the distinction between this salt and that which is commonly called a subcarbonate, and in order to refer at once to the double dose of carbonic acid contained in it." Το όνομα παραμένει ως εμπειρικό όνομα.
Χημικές ιδιότητες
Το διττανθρακικό ιόν (υδρογονανθρακικό ιόν) είναι ένα ανιόν με τον εμπειρικό τύπο  και μοριακή μάζα 61,01 ατομικές μονάδες μάζας. Αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο άνθρακα που περιβάλλεται από τρία άτομα οξυγόνου σε μια επίπεδη τριγωνική διάταξη, με ένα άτομο υδρογόνου συνδεδεμένο σε ένα από τα οξυγόνα. Είναι ισοηλεκτρονικό με το νιτρικό οξύ . Το διττανθρακικό ιόν φέρει ένα αρνητικό τυπικό φορτίο και είναι ένα αμφιπρωτικό είδος, δηλαδή έχει τόσο όξινες όσο και βασικές ιδιότητες. Είναι και η συζυγής βάση του ανθρακικού οξέος ; και το συζυγές οξύ του , του ανθρακικού ιόντος, όπως φαίνεται από αυτές τις αντιδράσεις χημικής ισορροπίας:
 + 2 H2O   + H2O + OH−  H2CO3 + 2 OH−
H2CO3 + 2 H2O   + H3O+ + H2O   + 2 H3O+.
Ένα διττανθρακικό άλας σχηματίζεται όταν ένα θετικά φορτισμένο ιόν προσκολλάται στα αρνητικά φορτισμένα άτομα οξυγόνου του ιόντος, σχηματίζοντας μια ιονική ένωση. Πολλά διττανθρακικά είναι διαλυτά σε νερό σε κανονικές συνθήκες. Συγκεκριμένα, το διττανθρακικό νάτριο συμβάλλει στα ολικά διαλυμένα στερεά, μια κοινή παράμετρος για την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού.

Φυσιολογικός ρόλος
450px|thumbnail|right|Το CO2 που παράγεται ως απόβλητο προϊόν της οξείδωσης των σακχάρων στα μιτοχόνδρια αντιδρά με το νερό σε μια αντίδραση που καταλύεται από ανθρακική ανυδράση (carbonic anhydrase) για να σχηματίσει H2CO3, το οποίο βρίσκεται σε ισορροπία με το κατιόν H+ και το ανιόν HCO3−. Στη συνέχεια μεταφέρεται στον πνεύμονα, όπου συμβαίνει η αντίστροφη αντίδραση και απελευθερώνεται αέριο CO2. Στο νεφρό (αριστερά), τα κύτταρα (πράσινα) που επενδύουν το εγγύς σωληνάριο διατηρούν διττανθρακικά μεταφέροντάς τα από το σπειραματικό διήθημα στον αυλό (κίτρινο) του νεφρώνα πίσω στο αίμα (κόκκινο). Η ακριβής στοιχειομετρία στο νεφρό παραλείπεται για λόγους απλότητας.
Το διττανθρακικό () είναι ένα ζωτικό συστατικό του pH του ρυθμιστικού συστήματος 70%–75% of CO2 του ανθρώπινου σώματος (διατήρηση 0ξεοβασικής ισορροπίας). Το 70%–75% του CO2 στο σώμα μετατρέπεται σε ανθρακικό οξύ (H2CO3), το οποίο είναι το συζυγές οξύ του  και μπορεί γρήγορα να μετατραπεί σε αυτό.
Με το ανθρακικό οξύ ως κεντρικό ενδιάμεσο είδος, τα διττανθρακικά – σε συνδυασμό με νερό, ιόντα υδρογόνου και διοξείδιο του άνθρακα – σχηματίζουν αυτό το ρυθμιστικό σύστημα, το οποίο διατηρείται στην πτητική ισορροπία απαιτείται για την παροχή άμεσης αντίστασης στις αλλαγές του pH τόσο στην όξινη όσο και στην βασική κατεύθυνση. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την προστασία των ιστών του κεντρικού νευρικού συστήματος, όπου οι αλλαγές του pH πολύ έξω από το φυσιολογικό εύρος προς οποιαδήποτε κατεύθυνση μπορεί να αποδειχθεί καταστροφικές (βλ. οξέωση ή αλκάλωση). Πρόσφατα έχει επίσης αποδειχθεί ότι ο κυτταρικός μεταβολισμός διττανθρακικών μπορεί να ρυθμιστεί με σηματοδότηση mTORC1.
Επιπλέον, τα διττανθρακικά διαδραματίζουν βασικό ρόλο στο πεπτικό σύστημα. Αυξάνει το εσωτερικό pH του στομάχου, αφού οι πολύ όξινοι πεπτικοί χυμοί έχουν ολοκληρώσει την πέψη της τροφής τους. Το διττανθρακικό δρα επίσης στη ρύθμιση του pH στο λεπτό έντερο. Απελευθερώνεται από το πάγκρεας ως απόκριση στην ορμόνη εκκριματίνη (secretin) για να εξουδετερώσει τον όξινο χυμό (chyme) που εισέρχεται στο δωδεκαδάκτυλο από το στομάχι.Berne & Levy, Principles of Physiology

 Διττανθρακικά στο περιβάλλον 
Τα διττανθρακικά είναι η κυρίαρχη μορφή του διαλυμένου ανόργανου άνθρακα στο θαλασσινό νερό, και στα περισσότερα γλυκά νερά. Ως εκ τούτου, είναι μια σημαντική καταβόθρα στον κύκλο του άνθρακα.
Ορισμένα φυτά όπως το Chara χρησιμοποιούν ανθρακικό και παράγουν ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) ως αποτέλεσμα του βιολογικού μεταβολισμού.
Στην οικολογία του γλυκού νερού, η ισχυρή φωτοσυνθετική δραστηριότητα από φυτά γλυκού νερού στο φως της ημέρας απελευθερώνει αέριο οξυγόνο στο νερό και ταυτόχρονα παράγει διττανθρακικά ιόντα. Αυτά μετατοπίζουν το pH προς τα πάνω έως ότου σε ορισμένες περιπτώσεις ο βαθμός αλκαλικότητας μπορεί να γίνει τοξικός για ορισμένους οργανισμούς ή μπορεί να κάνει άλλα χημικά συστατικά όπως η αμμωνία τοξικά. Στο σκοτάδι, όταν δεν συμβαίνει φωτοσύνθεση, οι διαδικασίες αναπνοής απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα και δεν παράγονται νέα διττανθρακικά ιόντα, με αποτέλεσμα τη γρήγορη πτώση του pH.
Η ροή διττανθρακικών ιόντων από πετρώματα που διαβρώνονται από το ανθρακικό οξύ στο νερό της βροχής είναι ένα σημαντικό μέρος του κύκλου του άνθρακα.
Άλλες χρήσεις
Το πιο κοινό άλας του διττανθρακικού ιόντος είναι το όξινο ανθρακικό νάτριο, το NaHCO3, το οποίο είναι κοινώς γνωστό ως μαγειρική σόδα. Όταν θερμαίνεται ή εκτίθεται σε ένα οξύ όπως το οξικό οξύ (ξύδι), το διττανθρακικό νάτριο απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό χρησιμοποιείται ως διογκωτικός παράγοντας (leavening agent) στο ψήσιμο.
Το διττανθρακικό αμμώνιο χρησιμοποιείται στην παρασκευή μπισκότου πέψης (digestive biscuit).
 Διαγνωστικά 
Στη διαγνωστική ιατρική, η τιμή του αίματος των διττανθρακικών είναι ένας από τους πολλούς δείκτες της κατάστασης της οξεοβασικής ισορροπίας στο σώμα. Μετριέται, μαζί με τα χλωρίδια, κάλιο και νάτριο, για την αξιολόγηση των επιπέδων ηλεκτρολυτών σε μια δοκιμή ηλεκτρολυτικού πίνακα (ο οποίος έχει Τρέχουσα Διαδικαστική Ορολογία , (Current Procedural Terminology, CPT) κωδικός 80051).
Η παράμετρος κανονική συγκέντρωση διττανθρακικών (standard bicarbonate concentration, SBCe) είναι η συγκέντρωση διττανθρακικών στο αίμα σε μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στο αρτηριακό αίμα PaCO2 , πλήρης κορεσμός οξυγόνου και 36 °C.Acid Base Balance (page 3) 


Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι


Κατηγορία:Αμφοτερικές ενώσεις
Κατηγορία:Ανιόντα
Κατηγορία:Διττανθρακικά