Bicarbonato: tampone acido carbonico/ idrogeno carbonato

L’ idrogenocarbonato noto come bicarbonato o carbonato acido è un anione poliatomico, base coniugata dell’acido carbonico, con formula HCO₃^–
È costituito da un atomo di carbonio centrale circondato da tre atomi di ossigeno, secondo la teoria V.S.E.P.R.  in una disposizione trigonale planare.

Il carbonio, ibridato sp² è legato a un gruppo -OH, a un ossigeno tramite legame doppio e a un ossigeno che presenta una carica negativa. Lo ione bicarbonato è pertanto stabilizzato per risonanza

Proprietà acido base

In soluzione il carbonato acido di sodio può agire sia da acido di Brønsted-Lowry liberando un protone:
HCO₃^– ⇄ H⁺ + CO₃^2-

che  da base di Brønsted-Lowry acquistando un protone:
HCO₃^– + H⁺ ⇄ H₂CO₃

La reazione complessiva è quindi:
2 HCO₃^– ⇌ CO₃^2- + H₂CO₃

La costante relativa a questo equilibrio vale
K = K₂/K₁ = 4.84 ∙ 10^-11/ 4.16 ∙ 10^-7 = 1.16 ∙ 10^-4

Una soluzione contenente un sale in cui è presente, ad esempio lo ione Na⁺ o K⁺, derivanti da basi forti ha quindi un pH maggiore di 7.

Tampone acido carbonico/ idrogeno carbonato

Tra i tamponi biologici vi è quello acido carbonico/ idrogeno carbonato in cui H₂CO₃ funge da donatore di ioni H⁺ mentre HCO₃^– funge da accettore di ioni H+

L’aggiunta di H⁺ è neutralizzata da HCO₃^– mentre l’aggiunta di OH^– è neutralizzata da H₂CO³. Il valore della costante acida K_a per questo equilibrio alla temperatura corporea è pari a 7.9 · 10^-7 e il pK_a è pari a 6.1.

Nel plasma sanguigno la concentrazione dello ione bicarbonato è di circa venti volte maggiore rispetto alla concentrazione dell’acido carbonico e il pH è di 7.40. Se il pH scende al di sotto di tale valore si verifica l’acidosi mentre se sale al di sopra di tale valore si verifica l’alcalosi.

La concentrazione degli ioni HCO₃^– e dell’acido carbonico H₂CO₃ è controllata da due sistemi fisiologici indipendenti. La concentrazione di acido carbonico è controllata dalla respirazione; l’acido carbonico dà luogo all’equilibrio
H₂CO_3(aq) ⇌ CO_2(gas) + H₂O_(l)

Un enzima, la carbonato deidrasi, catalizza la conversione dell’acido carbonico in biossido di carbonio. Nei polmoni l’eccesso di CO_2(l) è esalato come CO_2(g)
CO_2(l) ⇌ CO_2(g)

La concentrazione di HCO₃^– è controllata dai reni: un eccesso di idrogeno carbonato è espulso attraverso le urine. La maggiore concentrazione dell’idrogeno carbonato rispetto all’acido carbonico nel plasma sanguigno permette alla soluzione tampone di rispondere efficacemente alla gran parte delle sostanze che sono rilasciate nel sangue. Il normale metabolismo produce prevalentemente sostanze acide come acidi carbossilici di cui l’acido lattico costituisce un esempio. Tali acidi reagiscono con l’idrogeno carbonato  per dare acido carbonico che  è convertito dall’azione della carbonato deidrasi in CO_2(gas)

Un aumento della concentrazione di  CO_2(aq)  induce un aumento della respirazione e l’eccesso di biossido di carbonio è rilasciato attraverso i polmoni.

In campo medico il valore ematico del bicarbonato è uno dei numerosi indicatori dello stato della fisiologia acido-base nel corpo

Composti

Lo ione dà luogo alla formazione di sali alcuni dei quali molto diffusi e noti tra cui il bicarbonato di:

• sodio NaHCO₃ usato come agente lievitante e utilizzato per estinguere piccoli incendi, come antiacido, detergente e per la cura della persona
• potassio KHCO₃ usato in agricoltura come fungicida e per neutralizzare il terreno acido. Trova utilizzo per sostituire quello di sodio nelle diete a basso contenuto di sodio
• ammonio NH₄HCO₃ usato come agente lievitante per prodotti da forno, nell’industria delle materie plastiche e della gomma, nella lavorazione della ceramica , nella concia delle pelli al cromo e per la sintesi di catalizzatori