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共学《呼吸,为了疗愈》之及相关著作摘记心语(续)——
回到平衡,是物质反应最重要的规则
要维持体内环境稳定,离不开物质反应的规则,其中最重要的就是:平衡。
我们一般会把化学反应的「原料」写在反应式的左边,把「产物」写在右边,而认为化学反应就是把原料加在一起搅拌变成产物的过程。
但事实并不是如此。
首先,并不是所有的「原料」都会变成「产物」,有些「产物」也会变回「原料」。
其次,无论往哪个方向移动,反应率大多到不了100%,而是一部份停留在「原料」,一部份停留在「产物」状态。
【化学反应是一种动态平衡】,可以因为浓度、压力、温度等因素而带动反应发生的方向。
例如往一个化学反应不断添加原料,反应自然会向右边的产物端移动,来消耗掉所加入的原料。反过来,如果往这个反应不断添加产物,反应也会反过来往左移动,就好像要去抵销被加入的部份。
这是往系统加东西的情况,要改变一个系统的平衡,也可能是将东西从里头拿走。
举例来说,一个化学反应的产物不断被取走,也会促使反应继续往得到产物的方向来进行。如果是原料被拿走,则会让反应往补足原料的方向走。
无论往哪个方向移动,早晚都会重新取回一个平衡。
很多科学原理都有名字。这里所谈的化学平衡移动趋势,又叫做「勒沙特列原理」(Le Chatelier’s principle)。这是法国化学家勒沙特列在1888年提出的规律:
一个达到平衡的系统,遇到条件改变时,反应会朝著抵销改变的方向移动,以再度回到平衡。——化学平衡移动趋势|「勒沙特列原理」(Le Chatelier’s principle)
勉强用一个比喻来说明,就像这里画的【翘翘板】:本来左右两边已经建立了一种平衡,突然右边被加了额外的压力,这时系统为了回到原本的平衡,会想办法重新调整两边的状态,抵销所发生的变化,来再度回到平衡。
在我们要谈的【体内缓冲系统】,最主要的【碳酸氢盐系统和呼吸有直接的关系】,也离不开这个化学平衡移动的原理。
我们呼吸会排出【二氧化碳(CO2),这是细胞将营养氧化燃烧取得热量过程所释放出来的副产品】。细胞随时需要取得能量,而二氧化碳也一直在身体里累积,而通常在呼气时由肺部释放。
前面提过,二氧化碳溶于水,一部份会跟水分子(H2O)结合,形成碳酸(H2CO3)。
这个反应一般不会太强,因为气体在水中溶解度有限。但是细胞内外有一种酵素碳酸酐酶(carbonic anhydrase)可以加速这个反应,让更多二氧化碳和水反应而转成碳酸。
有了体内的酵素来催化,原本的化学反应自然会加速往右边进行,也就是偏向生成产物(碳酸)的方向来移动:
碳酸在水溶液里会离解成质子(H+)和碳酸氢根离子(HCO3–)。碳酸是弱酸,它的解离能力是弱的,会倾向把质子留在身边而不放出去。
用下面的图来说,虽然这个反应可以往左、也可以往右,但因为它是弱酸,反应主要偏左,总体来看只会造出少许的质子。
【质子是酸性,而碳酸氢根离子是碱性】。质子和碳酸氢根离子本身就构成一个缓冲系统,看情况将质子释出或接收环境里过多的质子,来保持酸碱值的稳定。
这套碳酸氢盐的缓冲系统,在pH7.4左右最为稳定。
无论往哪一边都有足够的缓冲作用,而且让氧气或二氧化碳可以同等地与血红素结合。
你看,7.4这个数字又出现了。
我是水沐,pH7.4,一个神奇的数字。
本章所讲到的【化学平衡移动趋势】「勒沙特列原理」,原理在我们的生活中也可见,尤其当我们用排列中的系统观来看时,你会发现整体、秩序、平衡,同样可以在我们的人体内实现,通过我们的呼吸,我们的血液循环、身体代谢,一切均可调整。
『化学反应是一种动态平衡』,一如化学是微观世界我们目前主要的科学探索方式之一,然而,无论怎样的状态,永远记得有数以万亿的细胞,在为我们服务、征战……
加油吧!冥冥中一直被爱着的我们,同样值得更多的爱与值得。✨❤️