Как рассчитать буферную емкость: расчет объема, схема, купить буферную емкость

Содержание

Как правильно подобрать объем теплоаккумулятора для частного дома?

Чтобы правильно подобрать объём теплового аккумулятора (ТА) в системе с твердотопливным котлом, нужно учесть сразу несколько факторов. В первую очередь ориентируйтесь на площадь отапливаемых помещений. Чем она больше, тем более вместительную буферную ёмкость потребуется установить. Второй важный момент — это качество утепления в конкретном частном доме. Если теплоизоляция здания выполнена плохо, то его тепловые потери могут значительно превышать стандартные показатели. В результате, общие рекомендации по расчёту объёма теплоаккумулятора для отопления могут не подойти.

Расчет объема теплоаккумулятора для дома по площади

Существуют усреднённые показатели объёма буферной ёмкости для дома с хорошим утеплением. Величина указывается в зависимости от площади помещений и лежит в пределах от 35 до 50 литров на 10 м². Так, например, для дома 100 м² потребуется тепловой аккумулятор вместительностью от 350 до 500 литров, а для дома 150 м² нужно будет установить более просторный резервуар объёмом 500-750 литров.

Тут важно сказать про качество утепления. Суммарные теплопотери дома измеряются в зависимости от его площади. По актуальным СНиПам они не должны превышать 50 Вт на 1 м² в среднем за самые холодные 7 дней в году. То есть потери тепла для дома 100 м² составят 5 кВт·час. Достичь этого можно только если в процессе строительства использовались современные теплоизоляционные материалы с правильным расчётом термозащитного слоя.

Для каждого типа ограждающих конструкций, от фундамента до крыши, существуют свои нормы и предписания по использованию тех или иных материалов с определёнными характеристиками теплопроводности. На теплопотери дома влияет также качество установленных стеклопакетов и дверей. Вместе с тем важно понимать, что даже если эти элементы ограждающих конструкций дома обладают высокой теплозащитой, то ошибки, допущенные в процессе установки хороших окон и дверей могут свести на нет все их положительные качества.

Кроме того, в зависимости от погоды за окном, скорость остывания постройки сильно отличается и расход тепловой энергии для поддержания комфортного уровня температуры будет разным. В межсезонье, когда за окном +3° — +5°, небольшая буферная ёмкость вполне способна выполнять свои прямые задачи и резервуар большего объёма просто не требуется. Но зимой, при -25 °С, чтобы не приходилось ночью вставать и идти подбрасывать дрова в топку, лучше иметь теплоаккумулятор из расчёта не менее 50 л на 10 квадратных метров.

Видео с нашим специалистом по подбору теплоаккумулятора?

Как лучше выбирать тепловой аккумулятор

Описанная выше технология подбора основана на практическом опыте установки теплоаккумуляторов в теплосистемы десятков частных домов. Разброс в конечном показателе вместительности ёмкости объясняется не одинаковыми потребностями различных систем отопления. Определяющим фактором здесь является то, насколько часто владелец частного дома готов подбрасывать топливо в свой твердотопливный котёл. Если есть необходимость максимально продлить период между закладками дров, то и объём теплового аккумулятора надо брать по верхней рекомендованной границе.

В то же время, не следует размещать слишком просторный резервуар для теплоносителя. Превышение указанного диапазона делает систему отопления слишком инерционной и снижает её эффективность. Всегда учитывайте, что по законам физики любой дополнительный элемент в системе понижает её КПД. Именно по этой причине более выгодно не выходить за пределы 50 л на 10 м² отапливаемой площади.

С другой стороны, установка буферной ёмкости с большим запасом может быть вполне уместной, если вопрос экономии топлива не стоит остро. Чем больше объём теплоносителя в резервуаре, тем больше тепла он способен запасти и тем дольше он будет поддерживать нужную температуру воды в батареях без необходимости запуска котла. Единственное неудобство, которое здесь появится — это скорость прогрева теплоаккумулятора. Если он значительно больше, чем рекомендовано, то для полноценного нагрева теплоносителя до 85-88 °С может понадобится от 2 до 4 закладок топлива.

С другой стороны, избыточную вместительность буферной ёмкости можно скомпенсировать увеличенной мощностью котла. Но тут уже нужно ориентироваться по размеру бюджета, отведённого на организацию системы отопления. Совокупная стоимость производительного теплогенератора на твёрдом топливе и теплового аккумулятора соответствующего объёма может обойтись недешево. Ходить в котельную только один раз в сутки, конечно, удобно, но и два раза в сутки вполне приемлемый интервал, чтобы не переплачивать в полтора — два раза на создании системы отопления.

Оптимальный объем теплоаккумулятора по мощности котла

Если ориентироваться на мощность установленного теплогенератора, то наиболее выгодным решением будет приобретение резервуара, объёмом по 50 литров на каждый кВт мощности котла. Опять же, цифра усреднённая и берётся исходя из наличия хорошего утепления конструкции дома. Например, если стоит вопрос, как рассчитать объем теплоаккумулятора для твердотопливного котла 12 кВт, то оптимальная вместительность ёмкости составит 600 литров.

Такое соотношение позволит закладывать топливо в котёл в среднем два раза в сутки. Важно также, чтобы теплоаккумулятор был правильно подключён. Только соблюдение всех правил монтажа и грамотный расчёт каждого элемента системы отопления даст возможность тепловому аккумулятору эффективно накапливать энергию, произведённую котлом. Ошибки в обвязке твердотопливного теплогенератора способны не только заметно снизить КПД работы теплового аккумулятора, но и вообще свести на нет пользу от него.

Главный вопрос при выборе теплоаккумулятора

Система без теплового аккумулятора — это очень нестабильная и капризная теплосистема. При естественных температурных колебаниях на улице, режим работы котла всё время будет нуждаться в регулировке. Без буферной ёмкости, единственный вариант настройки количества теплоотдачи устройства лежит в ограничении интенсивности горения топлива. Процесс может быть реализован только увеличением или уменьшением тяги, то есть регулировкой подачи и оттока свежего воздуха в камере сжигания.

Такой способ контроля производительности теплогенератора неизбежно приводит к неполноценному сгоранию топлива. Вследствие этого в дымовых газах присутствует повышенное количество смолы и сажи, которые постоянно налипают на стенках котла и дымохода. В итоге эксплуатация такой системы отопления требует постоянного техобслуживания в виде трудоёмкой очистки внутренних поверхностей теплогенератора и дымовых каналов от прочного слоя дёгтя.

Можно ещё долго перечислять недостатки теплосистемы без буферной ёмкости, но лучше сразу сказать, что сейчас включение теплоаккумулятора в систему — это необходимость. И лучший вариант, безусловно, размещать резервуар, подбор объёма которого выполнен по указанным выше нормам. Однако, если бюджет ограничен, то установка ёмкости даже меньшей вместительности всё равно заметно облегчит процесс использования твердотопливного котла.

Чем ближе будет объём теплового аккумулятора к рекомендуемым в статье цифрам, тем реже придётся заниматься докладкой топлива в камеру сгорания. И здесь уже надо смотреть на размеры доступного бюджета. Если есть средства на размещение полноразмерного резервуара — хорошо. Если бюджет ограничен, то вполне уместно будет поставить даже небольшой ТА, так как он всё равно продлит время работы теплосистемы от одной загрузки дров. Кроме того, любой теплоаккумулятор защищает систему отопления от перегрева и от возникновения так называемого теплового удара.

Также обязательно принимайте во внимание вместительность вашей котельной. Специалисты рекомендуют устанавливать котёл и буферную ёмкость в отдельно стоящем помещении вне стен частного дома. Однако, это не всегда возможно и нередко котельная находится непосредственно внутри жилого здания. В этом случае её объём может быть ограничен, и установить туда можно только небольшой резервуар.

Если на момент возникновения вопроса «Как подобрать объём теплоаккумулятора?», в наличии есть достаточное количество средств, то оптимальным решением станет обращение к специалистам. Самостоятельное выполнение требуемых расчётов возможно, но только профессиональный инженер по проектированию теплосистем сможет точно сказать, какая ёмкость более предпочтительна для конкретного частного дома.

Буферная емкость

Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: С_{кислоты}/С_солиили С_{основания}/С_соли.

При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В).

При этом различают буферную емкость по кислоте (В_к.) и буферную емкость по основанию или щелочи (В_о.).

Буферной емкостью по кислотеявляется то количество химического эквивалента сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм³) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

где n(1/z HA) – число молей химического эквивалента сильной кислоты, добавленное к 1 литру буферной системы;рН₁ – водородный показатель системы до добавления сильной кислоты;рН₂ – водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм³) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

где С(1/z НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе; V(НА) – объем (л) добавленного раствора сильной кислоты; V_{(буферной
системы)} – объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

Соответственно буферной емкостью по основаниюявляется то количество химического эквивалента сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм³) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

где n(1/z В) – число молей химического эквивалента основания, которое добавили к 1 литру буферного раствора; рН₁ – водородный показатель раствора до добавления основания; рН₂ – водородный показатель раствора после добавления основания.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

где С(1/z В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (л) добавленного раствора сильного основания; V_{(буферной
системы)} – объем буферного раствора (л), к которому добавляют раствор сильного основания.

Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения.

Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение С_{кислоты}/С_соли= 1 и С_{основания}/ С_соли.= 1.

Рис. 35 Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение С_{кислоты}/С_солии С_{основания}/С_солиотклоняется от единицы).

Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше чем по основанию, т.е. В_к.> В_о.

Соответственно буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше чем по основанию в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше чем слабого основания.

Таким образом можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, то ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

Який обсяг буферної ємності потрібно встановлювати? Як його розрахувати?. Статті компанії «Производственная компания «ТЕПЛО В ХАТІ»»

На це питання можна відповісти так — буферна ємність великий не буває. Адже, як показує практика, ніколи не ставлять буферну ємність таку, яка вона потрібна виходячи з циклу роботи котла і реальних запитів споживача. Хоча з іншого боку, всі ставлять перед собою різні завдання. Наприклад, комусь потрібно не підходити до котла 1 добу, інший хоче, щоб можна було протоплювати котел раз в тиждень і потім про це не турбуватися.

Але тут, крім часу топки, важливо враховувати і вартість самої буферної ємності, адже чим вона більше, тим дорожче коштує. І друге питання, яке вимагає уваги, скільки місця у нас є під неї і пролізе вона в отвір? Адже якщо взяти ємність 1 т, то її висота-близько 2 метрів, а ширина трохи більше метра.

І так, перше, вирішіть для себе на який час ви хочете відійти від котла і порахуйте свій бюджет, який ви готові виділити на це все. Також не забудьте додати до буферної ємності ще вартість труб, фітингів, 2-х триходових клапанів, а також вартість самої обв’язки. Це все, буде коштувати як мінімум 30-35% від вартості самої ємності.

Якщо Ви вирішили поставити ємність на 400-500 літрів, тоді братися за це краще і не потрібно, оскільки великого виграшу від неї Ви не отримаєте, тільки витратите гроші. Сенс буде від них тільки тоді, коли Ви зробите з декількох ємностей каскад, поставивши, наприклад 2 або 3 бочки.

А як же бути з котлом, яка повинна бути його потужність, якщо він буде нагрівати такий великий обсяг води? У цьому випадку, котел можна ставити з запасом 2-2,5 рази.
Чому так? Адже у попередніх статтях ми говорили про запас в 15-20%, від тепловтрат в саму холодну п’ятиденку. Так, тут немає ніякої помилки. Адже якщо система без бака акумулятора, то все вироблене тепло, на мінімальній потужності, буде скидатися в систему опалення. І якщо Ви поставите котел з запасом потужності в 2 рази, то Вам доведеться відкривати не тільки кватирки, але ще і вхідні двері, щоб остуджувати будинок.

А от коли в нашій системі стоїть тепловий акумулятор, то весь надлишок тепла візьме на себе саме він.

Потужність котла може бути така ж, як потрібна для Вашого будинку, але з невеликим запасом, або більше в 2-2,5 рази, як ми казали. Варто чи не варто міняти котел, якщо у Вас не було раніше ємності, а зараз Ви її вирішили поставити, вирішувати тільки Вам. Оскільки з таким запасом котел ставиться з-за того, щоб швидше прогрівати воду в баку, і щоб встигати прогрівати воду у всій системі опалення. Тобто в найхолоднішу пору року, а саме ту саму п’ятиденку, у Вас котел буде працювати на всю потужність і відразу все віддавати тепло в систему опалення, лише трохи обігріваючи буферну ємність. Таким чином, прогрівати бак доведеться добу, а то й більше, постійно кочегаря.
Радує тільки те, що останні 3 зими, як раз-таки і не було тієї самої холодної п’ятиденки, на яку розраховуються тепловтрати будинку, а відповідно і Ваш котел.

І так, щоб порахувати потрібний обсяг теплоаккумулятора для Вашого будинку, Вам потрібно знати 3 основні речі:

1. Тепловтрати будинку, розраховані не на саму холодну п’ятиденку, а на температуру, трохи більше середньої температури, візьмемо наприклад -15-17 град.
2. Скільки разів Ви хочете підходити до котла для дозавантаження
3. Потужність котла (яка повинна підбиратися в ідеалі з запасом 2-2,5 рази)

Щоб перерахувати тепловтрати Вашого будинку, варто використовувати калькулятори тепловтрат, де Вам потрібно забити дані Вашого будинку, а саме товщину стін, з чого вони зроблені, які вікна стоять і т. д. Однак все одно, краще звернутися до фахівців, які допоможуть це зробити. Можете телефонувати нам, наші фахівці Вам допоможуть.

Припустимо, що ми вирішили підійти до котла, 1 раз на добу, а тепловтрати Вашого будинку 110 м2, після всіх розрахунків, виявилися 6,5 кВт для температури 15 градусів. Таким чином, нам потрібно запасти тепла на 24 години (1 доба). Це потрібно помножити тепловтрати 6,5 кВт на 24 години (6,5 кВт *24 години) і отримуємо = 156 кВт*годин Вам потрібно запасти в буферній ємності.

Тепер давайте подумаємо, на скільки градусів має заряджатися буферна ємність, тобто на яку різницю у температурі (дельту), від якої мінімальної до максимальної температури. Максимальна температура нагріву буферної ємності не повинна перевищувати 80-85 градусів. Хоча теоретично, ми можемо розігнати її до 100 град., але питання в тому, що буде при цьому з нашою системою опалення, на скільки скоротиться її термін служби? Тим більше сучасні поліпропіленові труби не люблять нагрівання вище 85-90 град. Тому краще зупинитися на температурі 80 градусів. А тепер давайте подумаємо, яка мінімальна температура, може подаватися нами в систему опалення, а тим більше в морози? Якщо говорити про сучасну низькотемпературної системи опалення з теплими підлогами, то краще мінімальна температура теплоносія не менше 40 градусів. Ось і виходить, що ми повинні нагрівати буферну ємність від 40 до 80 градусів. Тобто наша дельта всього 40 градусів.

З розрахунку по формулі кількості теплоти:

Q=m*c*(Т2-Т1)

Де, m – маса речовини в кг
з – питома теплоємність речовини в Дж/(кг*К)

І перевівши значення з Джоулів Ватт*годинник, ми отримуємо те, що при нагріванні води на 40 градусів, в 1 кг води ми зможемо запасти 46,5 Вт*год/кг або 0,0465 кВт*год/кг

Потім ділимо, тепловтрати нашого будинку при -15 град. на вулиці — 156 кВт*год на 0,0465 кВт*год/кг, щоб зрозуміти, скільки кілограм води нам потрібно нагрівати. Отримуємо 156 кВт*год / 0,0465 кВт*год/кг = 3354 кг води. Тобто нам потрібна ємність об’ємом, майже в 3,5 куб. м.

А це, звичайно ж, досить дорого. Саме тому, рідко хто ставить теплоакумулятор такого обсягу у себе в будинку. Як правило, встановлюють ємності на 1, максимум 2 тонни і підходять до котла не 1, а 2 рази на добу.

Расчет рН буферного раствора

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 16Следующая ⇒

Расчета рН буферных растворов осуществляется по уравнению Гендерсона – Гассельбаха:

– для кислотного буфера уравнение имеет вид

– для основного буфера

Уравнения показывают, что рН буферного раствора данного состава определяется отношением концентраций кислоты и соли или основания и соли, поэтому не зависит от разбавления. При изменении объема раствора концентрация каждого компонента изменяется в одинаковое число раз.

Буферная емкость

Способность буферных растворов сохранять постоянство рН ограничена. Т.е. прибавлять кислоту или щелочь, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в ограниченных количествах.

Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот и щелочи, называют буферной ёмкостью раствора (В).

Буферная ёмкость измеряется количеством молей эквивалентов сильной кислоты или щелочи, добавление которой к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

Математически буферная ёмкость определяется следующим образом:

В по кислоте (моль/л ил ммоль/л):

где n(1/z HA) – количество моль эквивалентов кислоты, рН

0 и рН – рН буферного раствора до и после добавления кислоты, V_Б – объем буферного раствора.

В по щелочи (моль/л или ммоль/л):

где n (1/z ВОН) – количество моль эквивалентов щелочи, остальные обозначения те же.

Буферная ёмкость зависит от ряда факторов:

1. От природы добавляемых веществ и компонентов буферного раствора. Т.к. некоторые вещества могут образовывать нерастворимые соединения или комплексы или давать другие нежелательные реакции с компонентами буферной системы, тогда понятие буферной ёмкости теряет смысл.

2. От исходной концентрации компонентов буферной системы.

Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары в растворе, тем больше буферная ёмкость этого раствора.

Предел соотношения концентраций компонентов буферного раствора, при котором система все еще сохраняет свои свойства. Интервал рН = рК ± 1, называется зоной буферного действия системы. Это соответствует интервалу соотношения С

соли/С_к-ты от 1/10 до 10/1.

В_к(крови) = 0,05моль/л; В_к (плазмы) = 0,03 моль/л; В_к (сыв.крови) = 0,025 моль/л

Буферные системы крови

Особенно большое значение буферные системы имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организмов. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.

Кислотно – основное равновесие в крови человека обеспечивается гидрокарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой буферными системами. Нормальное значение рН плазмы крови 7,40 ± 0,05.

Гемоглобиновая буфернаясистемана 35% обеспечивает буферную емкость крови: . Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли.

Карбонатная буферная система: по своей мощности занимает первое место. Она представлена угольной кислотой (Н₂СО₃) и бикарбонатом натрия или калия (NaНСО₃, КНСО₃) в пропорции 1/20. Бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма.

Фосфатная буферная система . Дигидрофосфатобладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Гидрофосфат имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.

Белковая буферная системаосуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, в основной – как кислоты:

Буферные системы имеются и в тканях, что способствует поддержанию рН тканей на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты. Поддержание рН осуществляется также с помощью легких и почек. Через легкие удаляется избыток углекислоты. Почки при ацидозе выделяют больше кислого одноосновного фосфата натрия, а при алкалозе – больше щелочных солей: двухосновного фосфата натрия и бикарбоната натрия.

Примеры решения задач

Пример 1.

Рассчитать рН буферного раствора, приготовленного смешением 10 мл 0,1М раствора уксусной кислоты и 100 мл 0,1М раствора ацетата натрия (рК(сн₃соон) =4,76).

Решение:

Рассчитываем рН кислотного буферного раствора по формуле , тогда

Ответ: 5,76

Пример 2.

Рассчитать буферную емкость по кислоте, если на титрование 10 мл сыворотки крови пошло 5 мл 0,1 моль/л соляной кислоты, если при титровании рН изменился от 7,36 до 5,0.

Решение:

Рассчитываем буферную емкость по формуле:

Ответ: 0,021 моль/л

Пример 3.

Буферный раствор состоит из 100 мл 0,1моль/л уксусной кислоты и 200 мл 0,2моль/л ацетата натрия. Как изменится рН этого раствора, если к ней добавить 30 мл 0,2моль/л раствора гидроксида натрия.

Решение:

Рассчитываем рН буферного раствора по формуле:

При добавлении к буферному раствору NaOH увеличивается количество соли и уменьшается количество кислоты в буферном растворе:

0,006 0,006 0,006

СH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

Рассчитываем n₍_NaOH₎= 0,03 л · 0,2 моль/л = 0,006 моль, следовательно в буферном растворе количество кислоты уменьшается на 0,006 моль, а количество соли увеличится на 0,006 моль.

Рассчитываем рН раствора по формуле:

Отсюда: рН₂ – рН₁ = 5,82 – 5,3 = 0,52

Ответ: изменение рН буферного раствора = 0,52.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитать рН буферного раствора, приготовленного смешением 100 мл 0,1М раствора дигидрофосфата натрия и 10 мл 0,1М раствора гидрофосфата натрия (рК(Н₂РО₄^—) = 7,21).

2. Рассчитать молярную концентрацию уксусной кислоты, если на приготовление ацетатного буфера с рН= 5,76 к 100 мл 0,1М раствора ацетата натрия прилили 10 мл уксусной кислоты (рК(сн₃соон) =4,76).

3. Рассчитать Рн желудочного сока, если концентрация НС1 0,365%, плотность 1г/мл.

4. На титрование 2 мл крови для изменения рН от начального значения (7,36) до конечного значения (7,0) потребовалось добавить 1,6 мл 0,01 М раствора HCl. Рассчитайте буферную емкость по кислоте.

5. Сколько моль ацетата натрия необходимо добавить к 300 мл уксусной кислоты, чтобы понизить концентрацию ионов водорода в 300 раз (К_дис(сн₃соон) = 1,85.10^-5).

6. При биохимических исследованиях используют фосфатный буфер с рН= 7,4. В каком соотношении надо смешать растворы гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия с концентрацией по 0,1 моль/л каждый, чтобы получить такой буферный раствор (рК(Н₂РО₄^—) = 7,4).

7. Какие нарушения КОС наблюдаются при следующих показателях: рН крови = 7,20, Рсо₂= 38 мм рт. ст., БО = 30 ммоль/л, СБО = -4 ммоль/л. Как устранить данное нарушение КОС?

8. Рассчитать Рн ацетатного буферного раствора, состоящего из 60 мл 0,2М раствора уксусной кислоты и 120 мл 0,01М раствора ацетата натрия при рК(сн₃соон) = 4,76.

9. Рассчитать рН 0,01М раствора уксусной кислоты, если степень диссоциации кислоты равна 0,1.

10. Рассчитать объем 5% раствора гидрокарбоната натрия, необходимого для коррекции метаболического ацидоза, если сдвиг буферных оснований (ВЕ) составляет — 10 ммоль/л при массе больного 68 кг.

Тестовые задания

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Буферная емкость для теплового насоса

По сути, буферные емкости для отопления представляют собой большой термос – металлический бидон с утепленными стенками. В системе отопления буферная емкость располагается между нагревательным прибором и тепловым контуром, и нагретая вода поступает первоначально в нее, а из нее – дальше в коллекторы, радиаторы и теплые полы.

Зачем нужна такая «прослойка»? Все дело в режиме работы нагревательных устройств (котлов). Вода в них нагревается путем сжигания топлива. Есть типы котлов, где топливо может подаваться и сжигаться равномерно (например, газовые котлы, котлы на пеллетах, снабженные бункером и шнеком для подачи). А есть котлы, где это невозможно теоретически (например, котлы на твердом топливе), либо котлы, где постоянное сгорание приводит к снижению КПД котла и повышенному износу топки (газогенераторные котлы), либо где постоянный нагрев стоит очень дорого (электрические котлы). Возьмем твердотопливные котлы. Они дешевы в установке и обслуживании, но у них есть одна проблема: если не подкладывать регулярно топливо, вода в отопительном контуре может быстро остыть. Что делать? Бегать и днем и ночью «подкинуть дровишек», или мерзнуть? Вот здесь и выручит буферная емкость. Нагретая вода поступает в нее, и постепенно расходуется на отопление. Применение буферной емкости в несколько раз увеличивает интервалы между топками котла и, соответственно, во столько же снижает расход топлива.

В случае с электрическим котлом буферную емкость полезно ставить чисто по экономическим соображениям. Известно, что электрокотел потребляет много электричества. Существуют дневной и ночной тарифы на потребленную электроэнергию, которые отличаются друг от друга в разы. Установка буферной емкости позволяет рассчитать режим работы котла так, чтобы он грел только в ночное время.

Европейский опыт применения буферных емкостей доказал его экономическую целесообразность. Кроме того, буферная емкость служит целям безопасности, снижая риск перегрева теплоносителя. Единственный минус буферной емкости – ее большой объем. Для установки системы отопления с применением буферной емкости необходимо помещение размером от 5 кв.м. Емкости большого объема нужно монтировать, разбирая крышу, либо сваривать прямо на месте (они просто не пройдут в двери).

Как рассчитывается объем буферной емкости

Как рассчитать буферную емкость, чтобы достичь желаемого уровня комфорта и при этом не делать огромные баки? Вообще, расчет буферной емкости при устройстве новой системы отопления – дело довольно сложное. Лучше, если это будет делать специалист теплотехник. Сначала на основании информации о площади дома, высоте потолков, материалов стен и перекрытий, рассчитываются теплопотери дома при определенной температуре наружного воздуха (обычно она выражается в «кВт в час»). Затем при помощи специальной формулы рассчитывается количество необходимого теплоносителя (воды), которая должна проходить по системе отопления за час для покрытия теплопотерь при максимально низкой температуре (например, при -25С). Это количество умножается на желаемое время между топками котла, и получается объем буферной емкости.

Гораздо проще производить расчет буферной емкости, если система отопления уже существует. В этом случае количество воды в системе и время между топками уже известно. Стоит только умножить существующий объем теплоносителя на желаемое время увеличения промежутков между топками, и вы получите нужный объем бачка. На практике известно, что при мощности котла 25-32 кВт и дома в 100-150 кв.м. буферной емкости в 1000л достаточно для топки 1 раз в сутки.

Буферные емкости TESY

EV 200 60 F40 TP3	EV 300 65 F41 TP3	EV 500 75 F42 TP3	ЕV 800 99 F43 P4

Буферная емкость 200 л.	Буферная емкость 300 л.	Буферная емкость 500 л.	Буферная емкость 800 л.
ЕV 1000 105 F44 P4	ЕV 1500 120 F45 TP2	ЕV 2000 130 F46 TP2	V 200 60 F40 TP4

Буферная емкость 1000 л.	Буферная емкость 1500 л.	Буферная емкость 2000 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 200 л.
V 300 65 F41 TP4	V 400 75 F42 P4	V 500 75 F42 TP4	V 800 99 F43 P4

Буферная емкость для нагревательной установки 300 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 400 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 500 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 800 л.
V 1000 105 F44 P4	V 1500 120 F45 TP4	V 2000 130 F46 TP4	V 11S 400 75 F42 P5

Буферная емкость для нагревательной установки 1000 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 1500 л.	Буферная емкость для нагревательной установки 2000 л.	Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 400 л.
V 15S 500 75 F42 P5	V 12S 800 99 F43 P5	V 13S 1000 105 F44 P5	V 12S 1500 120 F45 P5

Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 500 л.	Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 800 л.	Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 1000 л.	Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 1500 л.
V 15S 2000 130 F46 P5

Буферная емкость для нагревательной установки с одним змеевиком 2000 л.

Дополнительная информация, консультации, цены

Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов – заполните форму справа, или позвоните.

Отдел геотермального оборудования

(495) 229-85-86 (многоканальный)

(495)

956-7100
234-0183

(499)

265-2890
265-3180 (доб. 508 )

Руководитель направления:
Михайлов Александр
моб. +7 (926) 205-05-43

Ведущий специалист
Чермонов Алмаз
+7 (495) 229-85-86 (доб. 244)

Буферный накопитель SUNSYSTEM P 300

Буферная емкость Sunsystem P 300

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ AT-1000

тепловой насос Mountfield BP-50WS-C

Буферная ёмкость NADO 1000/200 v1

тепловой насос Mountfield BP-85НS

Теплонакопитель Nibe BU 100-8

Теплоаккумулятор S-Tank серии HFWT -300

Теплоаккумулятор Hajdu AQ PT 750

Буферная емкость Drazice NAD 1000 v2

Буферная ёмкость Drazice NADO 1000/200 v1

Теплоаккумулятор S-Tank серии HFWT DUO -300

Буферная емкость Sunsystem PR 500

Буферная емкость Sunsystem P 1000

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ PRESTIGE -1000

Drazice Буферный накопитель NAD 1000 v2

Буферная емкость Sunsystem PS 200

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT CF – 10.

тепловой насос FAIRLAND BPN09

Буферная емкость с теплообменником Sunsystem PR 1000

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT CF – 50.

Теплоаккумулятор (буферная емкость) Hajdu AQ PT 1000 с.

Буферные емкости NIBE BU 100 л

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ PRESTIGE -500

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ AT-1000

Буферный накопитель SUNSYSTEM PR2 500

Теплонакопитель HAJDU AQ PT6 1000

Теплоаккумулятор Hajdu AQ PT 500 без теплообменника

тепловой насос Brilix XHPFD 100

Буферная емкость Sunsystem PR 1000

Бак-накопитель теплового насоса Electrolux ESVMT-SF-HP-.

Теплоаккумулятор Hajdu PT 300 буферный накопитель

Буферная емкость LCA 750 P

Буферная емкость Drazice NAD 750 v2

Теплоаккумулятор Hajdu серии AQ PT6 500 без изоляции

Буферная емкость SUNSYSTEM P 1000

Буферная емкость S-TANK AT – 1000 с теплоизоляцией

тепловой насос Mountfield BP-120HS

Теплоаккумулятор (буферная емкость) Hajdu AQ PT 500 с и.

В силу специфики режимов работы, отопительные системы с применением теплового насоса должны отвечать определенным требования по минимальному расходу и объему теплоносителя. Кроме того, для тепловых насосов типа воздух/вода должно быть запасено достаточное количество тепла для режима разморозки испарителя.

Для выполнения этих условий возможны два варианта реализации системы холодо-тепло снабжения с тепловым насосом:

Система имеет достаточный объем теплоносителя без применения регулировочной арматуры (термоголовки, или клапаны расхода)
Наличие буферной ёмкости для теплового насоса

«Прямая система» — без применения буферной ёмкости

Наименее затратным будет вариант теплонасосной системы без установки буферной ёмкости, так называемая «прямая система». Такой вариант подойдет, если в качестве отопительных приборов применяются только системы теплых полов (теплых стен) с большой емкостью отопительной воды.

Система без применения буферной ёмкости

Однако существует одно условие — в такой системе не должны присутствовать термоголовки, регуляторы протока и т. д., а наличие перепускного клапана обязательно.

Такая отопительная система требует детального и сложного проектирования по гидравлике, поскольку все контуры теплого пола должны быть равны между собой по сопротивлению. Трубы подачи и обратки в отопительных контурах должны быть точно рассчитаны для обеспечения минимального требуемого протока теплоносителя в соответствии с параметрами теплового насоса.

Кроме того, в системах с воздушными тепловыми насосами могут возникать нехватки тепла при включении режима разморозки испарителя. Это, в свою очередь, может приводить к снижению комфорта.

Установка буферной емкости с тепловым насосом

В более сложных системах отопления с различными отопительными приборами и наличием смесительных клапанов, регуляторов протока и термоголовками следует устанавливать буферную ёмкость. Установка бака может являться одним из требований производителя для уменьшения количество пусков компрессора.

Схема с параллельным подключением буферного бака

Большинство систем реализуются с параллельно подключенным буферным баком. Объем буфера рассчитывается относительно мощности теплового насоса. Многие производители указывает в технической документации, что минимальный объем ёмкости должен быть не менее 25 литров на 1 кВт мощности теплового насоса.

Параллельное подключение буфера

Подключение буферной ёмкости решает основные проблемы, связанные с интеграцией теплового насоса в системе отопления. Однако у такой схемы есть один существенный недостаток, связанный с необходимостью поддержания постоянной температуры в буфере. При этом возникают нежелательные тепловые потери, что может привести к снижению эффективности теплового насоса на 5%.

Комбинированная схема подключения теплового насоса и буферного бака

Наиболее оптимальным вариантом является применение схемы сочетающей в себе преимущества прямой системы и системы с буферной ёмкостью. Такое решение позволяет предотвратить излишние тепловые потери в буфере, в то же время сокращает количество пусков компрессора. В таком случае буфер служит для накопления избыточного тепла от теплового насоса и обеспечивает достаточным количеством тепла для функции разморозки для воздушного теплового насоса.

Комбинированное подключение буферной ёмкости

Важно чтобы диаметр трубы между буферным баком и тепловым насосом был больше чем в системе отопления а суммарный поток теплоносителя в отопительных контурах не превышал поток между буферной ёмкостью и тепловым насосом. Эта схема наиболее подходит там, где тепловой насос является основным источником тепла.

Схема с последовательно подключённым буферным баком

Схема с установкой буферного бака в контур отопления последовательно обычно используется в сочетании с воздушным тепловым насосом.

Последовательное включение буфера

Такая схема не требует установки дополнительного датчика температуры в буфере. В таком случае буфер выполняет функцию аккумулятора тепла для обеспечения работы функции разморозки без потери комфорта в отапливаемом помещении.

Поделиться «Буферная ёмкость для теплового насоса»

Буферная емкость для твердотопливного котла: назначение, способы подбора

Часто в загородных домах и на дачах, где нет централизованного газа, используется автономная система, в которой источником тепла является твердотопливный котел. Это оборудование имеет множество достоинств, однако у него есть и минусы, например, неравномерная выработка тепловой энергии при сгорании и потребность в частой дозагрузке топлива. Чтобы сделать отопление эффективным, можно использовать дополнительное приспособление. Буферная емкость для твердотопливного котла – это агрегат, накапливающий излишки тепловой энергии и отдающий их при остывании. Конструктивно устройство представляет собой водяной бак со змеевиком и теплоизоляционным слоем.

Содержание

Назначение буферной емкости
Использование теплоаккумулятора
Специфика работы буферной емкости
Преимущества и недостатки
Расчет объема теплоаккумулятора
Выбор модели

Назначение буферной емкости

Буферная емкость необходима для аккумуляции избытка тепла и создания безопасного режима работы котла

Основной задачей теплоаккумулятора является сохранение энергии в отопительной системе. Другие задачи, которые решает устройство:

Одновременное подключение нескольких тепловых источников.
Экономия твердого топлива до 45-50% от исходного количества.
Стабилизация обогрева, снижение риска перегрева металлических компонентов.
Защита от остывания помещения, автоматизация отопления, что особенно важно, если владелец уезжает из дома на продолжительный срок и не хочет, чтобы здание промерзло.
Увеличение срока службы твердотопливного котла.
Отсутствие необходимости частого пополнения топлива, интервал между подбрасыванием дров или угля в топку увеличивается.

Использование буфера делает отопительную автономную систему более безопасной. Твердое топливо сможет полностью сгорать в топке, количество сажевых отложений снижается, обслуживать оборудование требуется реже.

Использование теплоаккумулятора

Схема обвязки твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Буферная емкость для отопления позволяет отрегулировать термальный режим, не допуская падения атмосферной температуры до слишком низких значений. Эффективность отопления с помощью твердотопливного котла снижается по мере сгорания дров либо угля; при подбрасывании новой порции топлива, наоборот, объем вырабатываемого тепла резко возрастает. Буферная емкость принимает на себя лишнюю энергию, передавая тепло в систему в дозированном количестве. В некоторых случаях теплообменник дополнительно работает как гидрострелка, в наиболее совершенных конструкциях он используется для обеспечения горячего водоснабжения.

Как правило, отдача тепловой энергии от буфера происходит в ночные часы, когда жильцы спят, а не подбрасывают дрова или уголь в топку. Это позволяет максимально долго обогревать помещения дома, поэтому утром в комнатах не будет холодно. В некоторых случаях буферную емкость устанавливают и в системах, где источником тепла служит электрический котел: это повышает уровень пожарной безопасности.

Специфика работы буферной емкости

Все основные узлы теплоаккумулятора хорошо видны на чертежах

Конструктивно теплообменник состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет отдельную функцию:

Спираль из нержавеющей стали. Этот компонент устанавливают в моделях, подключающихся к отопительным системам с различными теплоносителями, использующимися одновременно (солнечные коллекторы, насосы и пр.).
Емкость. Бак делают из листового металлопроката, поверхности имеют эмалированное покрытие, в некоторых моделях стенки сделаны из нержавеющей стали, поэтому не подвержены коррозии. От объема зависит энергоэффективность сооружения, продолжительность работы самой конструкции. От бака отходят патрубки, с помощью которых теплообменник подключают к котлу.
Змеевик для горячего водоснабжения входит в схему большинства современных буферных емкостей.

Устройство оснащается ревизионным окном, использующимся при ремонте оборудования. Специалист сможет вовремя определить, что технику пора чистить, и быстрее выполнит плановое или экстренное техобслуживание.

Буферная емкость защищает котел от перегрева и взрыва

Применение буфера обладает множеством положительных качеств:

Повышенная надежность, защита отопительного оборудования от перегрева, способного спровоцировать возгорание или взрыв.
Увеличение КПД котла, максимально эффективное расходование вырабатываемой при сгорании топлива энергии.
Сравнительно простой принцип работы, за счет чего оборудование обладает продолжительным ресурсом, редко требует обслуживания и ремонта.
Плавная регулировка температуры, поддержание оптимальных микроклиматических условий в помещениях на протяжении 7-9 часов.
Возможность подключения к системе водоснабжения, отсутствие необходимости монтировать отдельный водонагреватель для ванной либо кухни.
Минимизация усилий человека для обслуживания котельной.
Возможность подключения нескольких источников тепла, грамотного распределения отопления по нескольким комнатам.

Установка буфера имеет и ряд минусов, которые требуется учитывать, проводя расчет оборудования и покупку устройства. Емкость весит немало и достаточно габаритна, для транспортировки необходим грузовой транспорт, а монтаж требует большой площади и высоты помещения. Другая проблема – повышенная инерционность котельного оборудования: прогрев комнат займет долгое время, что особенно неприятно, когда дом отапливают после окончания зимнего сезона. Еще один недостаток – повышенная цена самого теплообменника: сумма может оказаться больше затрат на сам твердотопливный котел.

Расчет объема теплоаккумулятора

Объем емкости подбирают в зависимости от мощности котла

Прежде чем покупать устройство, требуется грамотно рассчитать объем бака. Стандартная формула – Q = c × m × (T1-T2), в которой:

Q – общее количество затрачиваемой энергии;
c – показатель удельной теплоемкости;
m – масса теплоносителя;
под показателями Т1-Т2 понимают температурную разницу.

Полученный результат требуется скорректировать с учетом дополнительных нюансов, включая наличие вспомогательных источников, качество утепления, площадь дома и т.д. Если с расчетами возникают сложности, требуется обратиться к специалистам, которые изучат чертеж отопительной системы и определят объем с учетом всех факторов.

Выбор модели

Чтобы подобрать емкость, требуется обратить внимание на предельное давление, материал изготовления внутренних элементов, возможность подсоединения ТЭНов для резервного подогрева, качество теплоизоляции.

Готовая конструкция должна отвечать критериям безопасности, энергоэффективности и быть практичной в обслуживании.

Желательно при покупке предпочесть модели, предлагаемые проверенными производителями, поскольку в этом случае риск возникновения проблем с качеством минимален.

Буферная емкость: определение и расчет

Знаете ли вы, что наша плазма крови содержит растворы, называемые буферами ? Их работа заключается в поддержании pH крови как можно ближе к 7,4! Буферы имеют решающее значение, потому что любые изменения рН крови могут привести к смерти! Буферы характеризуются диапазоном буфера и емкостью буфера ! Интересно узнать, что это значит? Продолжайте читать, чтобы узнать!

Сначала мы рассмотрим определения диапазона и емкости буфера.
Затем мы научимся определять емкость буфера.
После этого мы рассмотрим уравнение и расчет буферной емкости.
Наконец, мы рассмотрим несколько примеров, связанных с емкостью буфера.

Определение емкости буфера

Начнем с определения буферов . Буферы представляют собой растворы, которые могут противостоять изменениям pH при добавлении к ним небольших количеств кислот или оснований. Буферные растворы получают либо путем сочетания слабой кислоты и сопряженного с ней основания, либо слабого основания и сопряженной с ним кислоты.

Согласно определению кислот и оснований Бренстеда-Лоури, кислоты являются веществами, которые могут отдавать протон, тогда как основания являются веществами, которые могут принимать протон.

Конъюгированная кислота представляет собой основание, получившее протон, а сопряженное основание представляет собой кислоту, потерявшую протон.

Буферы можно охарактеризовать по диапазону и емкости буфера.

Диапазон буфера — это диапазон pH, в котором буфер действует эффективно.

При одинаковой концентрации компонентов буфера pH будет равен pK _a . Это очень полезно, потому что, когда химикам нужен буфер, они могут выбрать буфер, который имеет кислую форму с pK _a, близким к желаемому pH. Обычно буферы имеют полезный диапазон pH = pK _a ± 1, но чем он ближе к pKa слабой кислоты, тем лучше!

Предсказание pH буфера, Айседора Сантос — StudySmarter Original.

Не знаете, что это значит? Ознакомьтесь с « pH и pKa » и « Буферы »!

Чтобы рассчитать pH буфера, мы можем использовать уравнение Хендерсона-Хассельбальха .

Где,

pK _a — отрицательный логарифм константы равновесия K _a
[A ^— ] — концентрация сопряженного основания
2] слабая кислота

Давайте рассмотрим пример!

Каков pH буферного раствора, содержащего 0,080 М CH ₃ COONa и 0,10 М CH ₃ COOH? (К _а = 1,76 х 10 ^-5 )

Вопрос дает концентрацию слабой кислоты (0,10 М), концентрацию сопряженного основания (0,080 М) и К _а слабая кислота, которую мы можем использовать, чтобы найти pK _a.

Теперь, когда у нас есть все необходимое, нам просто нужно подставить значения в уравнение Хендерсона-Хассельбаха!

Версия Хендерсона-Хассельбалха для слабых базовых буферов. Однако в этом объяснении мы будем говорить только о буферных растворах, приготовленных из слабой кислоты и сопряженного с ней основания.

Теперь предположим, что у нас есть 1-литровый буферный раствор с pH 6. К этому раствору вы решили добавить HCl. Когда вы впервые добавляете несколько молей HCl, pH может не изменяться до тех пор, пока он не достигнет точки, при которой pH раствора изменится на на одну единицу, с pH 6 на pH 7. Способность буфера поддержание постоянного pH после добавления сильной кислоты или основания, известное как емкость буфера .

Буферная емкость — количество молей кислоты или основания, которое необходимо добавить к одному литру буферного раствора, чтобы понизить или повысить рН на одну единицу.

Буферная емкость зависит от количества кислоты и основания, использованных для приготовления буфера. Например, если у вас есть 1 л буферного раствора, состоящего из 1 M CH ₃ COOH/1 M CH ₃ COONa, и 1 л буферного раствора, состоящего из 0,1 M CH ₃ COOH/0,1 M CH _{. 3} COONa, несмотря на то, что они оба имеют одинаковый pH, первый буферный раствор будет иметь большую буферную емкость, поскольку в нем больше CH ₃ COOH и CH ₃ COO ^— .

Чем ближе концентрация двух компонентов, тем выше буферная емкость.
Чем больше разница в концентрации двух компонентов, тем больше изменение pH при добавлении сильной кислоты или основания.

Какой из следующих буферов имеет большую емкость? 0,10 М Трис-буфера против 0,010 М Трис-буфера.

Мы узнали, что чем выше концентрация, тем больше буферная емкость! Таким образом, буфер Трис 0,10 МБ будет иметь большую буферную емкость

Буферная емкость также зависит от pH буфера. Буферные растворы с pH равным значению pKa кислоты (pH = pKa) будут обладать наибольшей буферной емкостью (т. е. буферная емкость будет максимальной, когда [HA] = [A ^— ])

Концентрированный буфер может нейтрализовать больше добавленного кислота или основание, чем разбавленный буфер!

Определение буферной емкости

Теперь мы знаем, что буферная емкость раствора зависит от концентрации сопряженных кислотных и сопряженных основных компонентов раствора, а также от pH буфера.

Кислотный буфер будет иметь максимальную буферную емкость , когда:

Концентрации HA и A ^— велики.
[HA] = [A ^— ]
pH равен (или очень близок) к pK _a используемой слабой кислоты (HA). Эффективный диапазон pH = pK _a ± 1.

Решим задачу!

Какой из следующих буферов имеет самый высокий pH? Какой буфер имеет наибольшую буферную емкость?

HA/A-буферы, Айседора Сантос — StudySmarter Originals.

Здесь у нас есть четыре буфера, каждый из которых содержит различную концентрацию слабой кислоты и сопряженного основания. Зеленые точки — сопряженное основание (А ^—), а зеленые точки с прикрепленной к нему пурпурной точкой — слабая кислота (ГК). Под каждым рисунком указано отношение сопряженного основания к слабой кислоте, или [A ^—]:[HA], присутствующее в каждом буферном растворе.

Буфер с самым высоким pH будет содержать наибольшее количество A ^— по сравнению с ГК. В этом случае это будет буфер 4 , так как он имеет отношение 4 [A ^—] к 2 [HA].

Буфер с наибольшей буферной емкостью будет с наибольшей концентрацией компонентов буфера и [A ^— ] = [HA]. Итак, ответ будет буфер 3 .

Уравнение емкости буфера

Мы можем использовать следующее уравнение для расчета емкости буфера β.

где,

Δn = количество (в молях) добавленной кислоты или основания к буферному раствору.
ΔpH = изменение pH, вызванное добавлением кислоты или основания (конечный pH — начальный pH)

Другое уравнение, используемое для определения буферной емкости, — это Van уравнение Слайка. Это уравнение связывает буферную емкость с концентрацией кислоты и ее соли.

где,

C — концентрация буфера. C _всего _{= C _{_{кислота} + C _{_{соединение основание}}}}
[H ₃ O ⁺ ] — концентрация ионов водорода в буфере.
K _a – кислотная константа.

Для вашего экзамена вам не будет предложено рассчитать емкость буфера с помощью этих уравнений. Но, вы должны быть знакомы с ними.

Расчет буферной емкости

Теперь предположим, что нам дана кривая титрования. Как мы можем найти буферная емкость на основе кривой титрования? Буферная емкость будет максимальной, когда pH = pK _a , что происходит в точке полуэквивалентности.

См. « Кислотно-основное титрование «, если вам нужен обзор кривых титрования.

В качестве примера рассмотрим кривую титрования 100 мл 0,100 М уксусной кислоты, оттитрованной 0,100 М раствором NaOH. В точке полуэквивалентности буферная емкость (β) будет иметь максимальное значение.

Примеры буферной емкости

Бикарбонатная буферная система играет важную роль в нашем организме. Он отвечает за поддержание рН крови около 7,4. Эта буферная система имеет pK 6,1, что дает ей хорошую буферную способность.

При повышении рН крови возникает алкалоз, приводящий к легочной эмболии и печеночной недостаточности. Если рН крови снижается, это может привести к метаболическому ацидозу.

Буферная емкость — основные выводы

Диапазон буфера — это диапазон pH, в котором буфер действует эффективно.
Буферная емкость — количество молей кислоты или основания, которое необходимо добавить к одному литру буферного раствора, чтобы понизить или повысить рН на одну единицу.
Чем ближе концентрация двух компонентов, тем выше буферная емкость.
На кривой титрования буферная емкость будет максимальной, когда pH = pKa, что соответствует точке полуэквивалентности.

Ссылки

Теодор Лоуренс Браун и др. Химия: Центральная наука. 14-е изд., Harlow, Pearson, 2018. ‌
Princeton Review. Быстрая химия. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, The Princeton Review, 2020. ‌
Смит, Гарон и Майнул Хоссейн. Глава 1.2: Визуализация буферной емкости с помощью трехмерных топографических изображений: Глава 1.2: Визуализация буферной емкости с помощью трехмерных топографических изображений: буферные хребты, каньоны точек эквивалентности и рампы разбавления Буферные хребты, каньоны точек эквивалентности и рампы разбавления. ‌
Мур, Джон Т. и Ричард Лэнгли. McGraw Hill: AP Chemistry, 2022. Нью-Йорк, Mcgraw-Hill Education, 2021. ‌

кислотно-щелочное – Расчет буферной емкости

спросил 6 лет, 2 месяца назад

Изменено 3 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 3к раз

$\begingroup$

Я знаю, что емкость буфера следующая: $$β=\frac{Δ(\ce{H+})}{Δ(\mathrm{pH})}$$, в частности, количество кислоты/основания, которое необходимо добавить для изменения pH на 1 единицу.

Если у меня есть данные о том, как изменился pH белка при добавлении определенного количества кислоты, как мне рассчитать буферную емкость?
Есть ли причина, по которой изменение pH должно быть равно 1? Если я подсчитаю, сколько кислоты нужно добавить, чтобы pH изменился на 1,1, можно ли это масштабировать, чтобы определить количество кислоты, необходимое для изменения pH на 1?

кислотно-основные ph белки

$\endgroup$

$\begingroup$

Буферная емкость слабокислотно-основного сопряженного буфера определяется как количество молей сильной кислоты, необходимое для изменения $\ce{pH}$ на 1 единицу. $$\бета = \frac{\mathrm{d}[A]}{\mathrm{dpH}} $$ а кислота присутствует в виде $$[A]= \frac{K_\mathrm{w}}{[\ce{H+}]}-[\ce{H+}] +\frac{C_\mathrm{B}K_ \mathrm{a}}{[\ce{H+}]+K_\mathrm{a}}$$, где $K_\mathrm{w}$ — константа равновесия ионизации воды, $10^{-14} $, $K_ \mathrm{a}$ — константа диссоциации кислоты, $C_\mathrm{B}$ — 92}\справа]$$ затем вы можете построить график зависимости $\beta$ от $\ce{pH}$, и из этого вы сможете найти то, что хотите.

$\endgroup$

$\begingroup$

Вы не можете волей-неволей добавить кислоту или основание, чтобы измерить изменение pH на 1,1, а затем вычислить, сколько кислоты/основания потребуется для изменения pH на 1,0 единицы pH.

Чтобы выполнить обратный расчет, вам нужно знать, при каком pH вы начали и при каком pH закончили, а также значения pKa и pKb для всех видов, которые взаимодействуют с кислотой или основанием в этом диапазоне pH.

Думайте о буферном растворе как о неизвестном. Вы добавляете основание и наблюдаете за увеличением pH. Это одинарная протонная кислота или двойная протонная кислота? Разница в 1 единицу pH более чем достаточна для того, чтобы два pKa были значимыми.

$\endgroup$

$\begingroup$

Чтобы рассчитать буферную емкость, вам нужно знать, сколько присутствует каждой ионизирующей группы и каков каждый из их pK. до измерьте буферную емкость, вы просто постепенно добавляете кислоту и/или основание небольшими порциями и для каждого добавления строите график общего количества добавленного основания в зависимости от рН, наблюдаемого после этого добавления. Я знаю, что принято строить зависимость pH от добавленного основания, но это не то, что нам нужно. Постарайтесь сделать базовые прибавления достаточно маленькими, чтобы кривая была гладкой и показывала любые перегибы. Когда у вас есть красивая кривая, подгоните к ней многочлен. Теперь продифференцируем многочлен. Результатом является буферная емкость, соответствующая определению в вопросе.

Часто возникает путаница, потому что буферная емкость – это не количество протонов, которое необходимо удалить или добавить, чтобы вызвать изменение рН на 1. Это наклон линии, касательной к кривой титрования при интересующем рН, выраженный в единицах экв./рН.

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.
Определение емкости буфера | Химия
Произошла ошибка при загрузке этого видео.
Попробуйте обновить страницу или обратитесь в службу поддержки.
Чтобы продолжить просмотр, необходимо создать учетную запись
Зарегистрируйтесь, чтобы получить доступ к этому и тысячам других видео
Вы студент или преподаватель?
Попробуйте Study.com, без риска
Как участник вы также получите неограниченный доступ к более чем 84 000 уроки математики, английского языка, науки, истории и многое другое. Кроме того, получите практические тесты, викторины и индивидуальное обучение, которые помогут вам преуспеть.
Получите неограниченный доступ к более чем 84 000 уроков.
Попробуйте без риска
Настройка занимает всего несколько минут, и вы можете отменить ее в любое время. Это займет всего лишь несколько минут. Отменить в любое время.
Уже зарегистрированы? Войдите здесь для доступ
Назад
Что учителя говорят об Study.com
Попробуйте без риска в течение 30 дней
Уже зарегистрирован? Войдите здесь для доступа
00:12 Пример 1
01:48 Пример 2
03:31 Пример 3
Перейти к конкретному примеру
Скорость
Скорость
Лилия Мазерли, Рэндалл Льюис
Инструкторы Лиля Мазерли
Лилия Мазерли имеет степень бакалавра химических наук Университета Кристофера Ньюпорта со специализацией в области биохимии и дополнительной специализацией в области биологии. Лилия имеет двухлетний опыт работы частным репетитором по химии в средней школе и колледже.
Посмотреть биографию
Рэндалл Льюис
Рэндалл Льюис получил степень бакалавра химии и биологии в Государственном колледже Гленвилля. Кроме того, он имеет степень магистра химии и ассистента врача Университета Вилланова и Университета Святого Франциска соответственно. У него более 20 лет опыта преподавания в армии и на различных программах бакалавриата.
Посмотреть биографию
Шаги для определения емкости буфера
Шаг 1: Определите, какое уравнение буферной емкости следует использовать, исходя из контекста, заданного в задаче.
Шаг 2: Подставьте моли слабого основания и слабой кислоты, данные в задаче, в уравнение.
Шаг 3: Пусть ‘X’ обозначает количество молей сильной кислоты или основания, добавляемых в наше уравнение.
Шаг 4: Найдите число молей сильной кислоты или основания, необходимое для превышения буферной емкости. 9-} = 10 {/экв}
Далее мы рассмотрим два примера задач, в которых нас попросят определить емкость буфера.
Пример задачи 1. При добавлении сильной кислоты
Сколько кислоты можно добавить в буфер, приготовленный путем смешивания 0,50 моль гидрокарбоната натрия с 0,71 моль карбоната натрия, чтобы рН изменился более чем на 1 единицу рН?
Шаг 1: Определите, какое уравнение буферной емкости использовать, исходя из контекста, заданного в задаче. 9+} {/экв} = {экв}\фракция{0,71 — X}{0,50 + X} = 0,1 {/экв}
Шаг 4: Найдите число молей сильной кислоты или основания, необходимое для превышения буферной емкости.
{экв}\фракция{0,71 — X}{0,50 + X} = 0,1 {/экв}
{экв.} 0,71 — X = 0,1 (0,50 + X) {/экв}
{экв.} 0,71 — X = 0,05 + 0,1X {/экв}
{экв.} 0,66 = 1,1X {/экв}
X = 0,6 моля кислоты можно добавить до того, как pH изменится более чем на 1 единицу pH
Пример задачи 2 — при добавлении прочного основания
Сколько основания можно добавить в буфер, полученный путем смешивания 0,10 моль уксусной кислоты с 0,080 моль ацетата натрия, чтобы рН изменился более чем на 1 единицу рН?
Шаг 1: Определите, какое уравнение буферной емкости использовать, исходя из контекста, заданного в задаче. -} = 10 {/экв} 9-} {/экв} = {экв}\фракция{0,080 + X}{0,10 — X} = 10 {/экв}
Шаг 4: Найдите число молей сильной кислоты или основания, необходимое для превышения буферной емкости.
{экв}\фракция{0,080 + X}{0,10 — X} = 10 {/экв}
{экв.} 0,080 + X = 10 (0,10 — X) {/экв}
{экв}0,80 + X = 1 — 10X {/экв}
{экв.} 11X = 0,20 {/экв}
X = 0,018 моль основания можно добавить до того, как рН изменится более чем на 1 единицу рН
Получите доступ к тысячам практических вопросов и пояснений!
Калькулятор емкости буфера | Рассчитать буферную емкость
✖Количество молей кислоты или основания, добавленных в раствор для изменения значения pH.ⓘ Количество молей кислоты или основания [n]
+10%
9 10%
✖Изменение pH дает изменение значения pH раствора при добавлении кислоты или основания.ⓘ Изменение pH [d _pH ]
+10%0009
-10%
✖Буферная емкость количественно определяет способность раствора противостоять изменениям pH за счет поглощения или десорбции ионов H+ и OH-. ⓘ Буферная емкость [β]
⎘ Копировать
👎
Формула
Перезагрузить
👍
Решение по буферной емкости
ШАГ 0: Сводка предварительного расчета
ШАГ 1: Преобразование входных данных в основные единицы
Количество молей кислоты или основания: 100 —> Преобразование не требуется
Изменение pH: 4 —> Преобразование не требуется
ШАГ 2: Вычисление формулы
ШАГ 3: Преобразование результата в единицу измерения
25 —> Преобразование не требуется
< 10+ калькуляторов буферных растворов
pKa кислотного буфера с использованием уравнения Хендерсона
Отрицательный логарифм константы ионизации кислоты = отрицательный логарифм концентрации гидроксония-log10 (концентрация соли/концентрация кислоты) Идти
pH кислого буфера по уравнению Хендерсона
Отрицательный логарифм концентрации гидроксония = отрицательный логарифм константы ионизации кислоты + log10 (концентрация соли/концентрация кислоты) Идти
pOH основного буфера с использованием уравнения Хендерсона
Отрицательный логарифм концентрации гидроксила = отрицательный логарифм константы ионизации основания + log10 (концентрация соли/концентрация основания) Идти
pKb базового буфера с использованием уравнения Хендерсона
Отрицательный логарифм константы ионизации основания = отрицательный логарифм концентрации гидроксила-log10 (концентрация соли/концентрация основания) Идти 9(отрицательный логарифм концентрации гидроксила-отрицательный логарифм базовой константы ионизации)) Идти
Максимальный рН основного буфера
Отрицательный логарифм концентрации гидроксония = 14-отрицательный логарифм базовой константы ионизации Идти
Максимальное значение pOH кислотного буфера
Отрицательный логарифм концентрации гидроксила = 14-отрицательный логарифм константы ионизации кислоты Идти
Формула буферной емкости
Буферная емкость = количество молей кислоты или основания/изменение pH
β = н/д _рН
Что такое буферный раствор?
Буферный раствор (точнее, рН-буфер или водородно-ионный буфер) — это водный раствор, состоящий из смеси слабой кислоты и сопряженного с ней основания, или наоборот. Его pH очень мало меняется при добавлении к нему небольшого количества сильной кислоты или основания.
Как рассчитать буферную емкость?
Калькулятор буферной емкости использует Буферная емкость = количество молей кислоты или основания/изменение рН для расчета буферной емкости. Формула буферной емкости определяется как величина сопротивления изменению pH во время добавления кислоты или основания. Чем выше концентрация кислоты в буфере, тем выше будет и буферная емкость. Емкость буфера обозначается символом β .
Как рассчитать емкость буфера с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для емкости буфера, введите количество молей кислоты или основания (n) & Change in pH (d _pH ) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет емкости буфера с заданными входными значениями -> 25 = 100/4 .
Часто задаваемые вопросы
Что такое буферная емкость?
Формула буферной емкости определяется как сопротивление изменению pH во время добавления кислоты или основания. Чем выше концентрация кислоты в буфере, тем выше будет и буферная емкость, которая представлена как 9.0496 β = n/d _pH или Буферная емкость = количество молей кислоты или основания/изменение pH . Количество молей кислоты или основания, добавленных в раствор для изменения значения pH, и изменение pH дает изменение значения pH раствора при добавлении кислоты или основания.
Как рассчитать емкость буфера?
Формула буферной емкости определяется как сопротивление изменению pH во время добавления кислоты или основания. Чем выше концентрация кислоты в буфере, тем выше будет буферная емкость, которая также рассчитывается с использованием Буферная емкость = количество молей кислоты или основания/изменение pH . Чтобы рассчитать буферную емкость, вам нужно количество молей кислоты или основания (n) и изменение pH (d _pH ) . С помощью нашего инструмента вам нужно ввести соответствующее значение для количества молей кислоты или основания и изменения pH и нажать кнопку расчета. Вы также можете выбрать единицы измерения (если есть) для ввода (ов) и вывода.
Доля
Скопировано!
Уравнения буфера и буферная емкость в целом: Pharmaguideline
Буферы характеризуются тем, что их рН остается постоянным, на них не влияет разбавление, добавление небольших количеств кислот или оснований
Уравнение буфера
Буферы характеризуются тем, что их рН остается постоянным, на них не влияют разбавлением путем добавления небольших количеств кислот или оснований и не изменяются при длительном хранении раствора.
Добавление небольшого количества кислоты или основания к растворам с умеренным рН приводит к абсорбции буфером с минимальными изменениями рН. Небольшое количество кислот или оснований может значительно изменить pH растворов с экстремальным pH, например, pH 1 имеет высокую концентрацию кислоты (0,1 М), а небольшое количество кислоты или основания не изменит pH такого раствора. . Расчеты с участием слабых кислот требуют знания pKa кислоты. Можно рассчитать рН буферного раствора, переставив уравнение
Для диэлектрической проницаемости
уравнение (1)
Концентрацию уксусной кислоты в растворе можно рассматривать как общее количество кислоты в растворе, поскольку уксусная кислота не легко ионизируется. В альтернативной форме термин [Ch4COO-] может заменить термин [кислота], а также [Ch4COOH] вместо [соли]. Следовательно,
уравнение (2)
Расчет pH буферных растворов, содержащих как кислоту, так и сопряженное с ней основание, можно выполнить, переставив и переписав уравнение константы диссоциации следующим образом:
уравнение (3)
Концентрация кислоты [HA] соответствует концентрации ее сопряженного основания [A–]. В логарифмической форме уравнение (3) имеет вид:
уравнение (4)
т. е.
Уравнение Хендерсона-Хассельбаха (уравнение 4) называется так. HA/A–, HA–/A2- или B+/BOH являются примерами сопряженных оснований, которые можно использовать для расчета pH в растворах. Подобно буферам со слабыми кислотами, буферы со слабыми основаниями могут быть получены из соответствующих им солевых уравнений. Итак,
уравнение (5)
Поскольку вода (Kw) представляет собой ионное соединение, состоящее из h4O+ × OH–
OH– = Kw/h4O+ уравнение (6)
Уравнение (6) получено путем подстановки значения для OH-
уравнение (7)
Логарифм уравнения (7) выглядит следующим образом:
уравнение (8)
т. е.
по их молярной концентрации. pH раствора можно рассчитать с помощью уравнений Хендерсона-Хассельбаха и растворов кислот и оснований. Раствор с 0,1 М уксусной кислоты и 0,05 М NaOH можно рассчитать по уравнению Хендерсона-Хассельбаха. Когда половина кислоты нейтрализована, концентрация основания и кислоты одинакова. Поскольку логарифмический коэффициент равен 1, pH = pKa.
При наличии равновесных концентраций кислоты и сопряженного основания выполняется уравнение Хендерсона-Хассельбаха. Концентрации растворов, содержащих не столь слабые кислоты (или концентрации не столь слабых оснований), могут резко отличаться от концентраций ингредиентов, добавленных в раствор. Дихлоруксусная кислота (pKa = 1,5) может быть заменена уксусной кислотой, чтобы получить значения pH 1,78 из-за ее способности диссоциировать сама по себе. Благодаря этому равновесная концентрация сопряженного основания составляет 0,0334 М, а не 0,05 М9.0009
Когда уравнение Хендерсона-Хассельбаха используется для прогнозирования pH, оно может не дать точных результатов, особенно если раствор разбавлен. Кислоты с pKa менее 2,5 слишком легко диссоциируют, поэтому следует вообще избегать уравнения Хендерсона-Хассельбаха. Уравнение Хендерсона-Хассельбаха дает хорошие результаты с погрешностью менее 2,5 pKa для растворов с концентрацией выше 10 мМ и слабых кислот ниже pKa ≥ 2,5. Точно так же pkb ≥ 2,5 выполняется для базисов.

Однако независимо от значения pH одно и то же уравнение используется для расчета отношения кислоты к сопряженному основанию в растворе с известным pH. Для полипротонных кислот также можно использовать уравнение Хендерсона-Хассельбаха, если последовательные значения pKa больше двух. Его можно безопасно использовать для буферизации фосфорной кислоты, но нельзя буферизовать лимонную кислоту. Уравнения Хендерсона-Хассельбаха (также известные как буферные уравнения) оценивают устойчивость растворов к pH, возникающую в результате сопряжения кислот с их сопряженными основаниями.
Если известно соотношение ГК/А– в буферном растворе, рассчитайте его рН.
уравнение (10)
Путем измерения pH растворов можно определить pKa различных лекарств.
уравнение (11)
Рассчитайте отношение A-/HA, чтобы получить буфер с определенным pH.
уравнение (12)
Расчет соотношения ГК/А необходим для получения буфера с заданным рН.
уравнение (13)
Для расчета изменений pH, вызванных изменением кислотности или щелочности в буферном растворе.
Количество ионов в растворе или количество соединений в нем.
Буферная емкость в целом
Буферная емкость относится к способности раствора противостоять быстрым изменениям pH за счет поглощения или удаления ионов, таких как H+ и OH-. Мы можем изменить pH буферной системы, если добавим кислоту или основание. Могут быть как крупные, так и/или мелкие изменения. pH исходного раствора и способность буфера противостоять изменению pH будут иметь значительное влияние на результат.
Когда к буферу добавляют кислоту или основание, маловероятно, что рН изменится, что приведет к расходованию буфера. До момента, когда буфер полностью абсорбируется, рН резко не меняется. При истощении буфера pH будет более склонен к изменению.
В качестве альтернативы буферная емкость также может быть просто описана как устойчивость буферного раствора к изменению pH при добавлении ионов H+ или OH-. Наряду с буферной емкостью, кислотонейтрализующей способностью или щелочностью также используются термины для этой концепции. Буферная емкость (β) раствора может быть определена математически путем деления разницы pH, вызванной добавлением кислоты или основания, на моли или граммы необходимой кислоты или основания. Это можно выразить следующим образом:
β=ΔB/ΔpH
Обычно буферная емкость определяется концентрацией видов в забуференном растворе. Высококонцентрированный буферный раствор будет иметь большую буферную способность. Титрование обычно определяет, сколько буфера доступно.
Получить тематические печатные документы в формате pdf. Посмотреть здесь Определение и свойства буфера. Расчет pH буфера и уравнение Хендерсона-Хассельбаха.
Буферы
Разработка обработки расчетов pH может быть описана с точки зрения четырех общих случаев. (в зависимости от того, как вы их считаете): (1) Сильная кислота/сильное основание; (2) Слабая кислота/слабое основание ; (3) буфер; а также (4) Промежуточные формы полипротоновые кислоты . В лабораторной части курса также исследует свойства буферов. Вот примеры расчетов используемые при подготовке буферов, и те, которые используются для прогнозирования изменений рН буферной системы, возникающей при добавлении указанных учитываются количества сильных кислот или оснований. Другие практические аспекты приготовления и использования буфера, включая концепцию буферной емкости, также исследуются.
Уравнение Хендерсона-Хассельбальха
Одним из наиболее полезных уравнений в кислотно-щелочной химии является уравнение Хендерсона-Хассельбальха. уравнение.
Вывод уравнения Хендерсона-Хассельбаха для слабой кислоты вида BH ⁺ показано на Правильно. Всегда начинают с уравнения диссоциации кислоты, которое для BH ⁺ показывает производство нейтрального основания B и H ⁺ . Определение K _a следует путем применения обычное правило построения выражения для константы равновесия к уравнению диссоциации кислоты (линия 2). Далее применим определение of p K _a = − log K _a (строка 2, 2-е уравнение). Свойство функции журнала log( ab ) = log а + log b используется для отделения log[H ⁺ ] от log([B]/[BH ⁺ ]) term (строка 3), то определение pH применяется (линия 4). По сути, это Хендерсон-Хассельбальх. уравнение, которое запишем в той форме, которая наиболее удобна для проблема под рукой. Преобразовывая это уравнение (строка 5), мы имеем вид обычно представлены в учебниках.
Основные расчеты буфера
Обозначим общее химическое количество буферных частиц в данном объеме и концентрации буферного раствора как N , измеренного в молях (моль) или миллимолях (ммоль). Если объем не указан, можно предположить, что N представляет собой химическое количество всего буфера. видов ровно в 1 л буфера данной концентрации (М или мМ). Под общим количеством буферных частиц мы подразумеваем сумму и кислотных форм буфер и сопряженное основание. Если говорят о буфере с концентрацией, скажем, 50 мМ, это означает, что Сумма концентрации кислой формы и основной формы составляет 50 мМ. Если указать объем и концентрацию буферного раствора, пусть a будет химическое количество кислотных видов, а b представляют собой химическое количество основной формы. Тогда у нас будет
N = а + б
Как правило, для вопроса о приготовлении буфера, указав целевой объем и целевую концентрацию затем для буферного раствора решаем задачу «два уравнения с двумя неизвестными», повторяющаяся проблема в химии и математическом лечении во многих других научных дисциплинах. Два наших неизвестных — это a и b . Первым уравнением, которое нам понадобится, будет выражение для общего химического количества буферных видов N выше. Опять же, это определяется нашим выбором концентрации и объема. Второе уравнение получается из решения уравнения Гендерсона-Хассельбаха для отношения r химические количества b и a основной и кислотной форм буфера соответственно. Значение r определяется p K _a кислой формы буферной пары и целевой уровень pH, который мы устанавливаем. Таким образом, два уравнения, которые мы здесь составили, имеют вид
10 ^{pH – p K a} = b / a = r
N = а + б
Решение этой пары уравнений имеет основополагающее значение для любого расчета приготовления буфера, как показано на рис. примеры задач .
Практические аспекты буферов
Приготовление буфера
Фактическое значение pH в сравнении с расчетным значением pH
р K зависит от
Концентрация
Температура
Ионная сила
» My pH _расчет ≠ pH _изм »
pH _расчет (и все расчеты на основе равновесия) предполагают идеальное поведение раствора с использованием концентраций
Фактическое значение pH определяется активностью ( a ), а не концентрациями:
a _HA = γ _HA [HA], где γ _HA = коэффициент активности HA (более подробно см. ссылку 4, гл. 12).
Коэффициенты активности стремятся к 1, когда концентрация стремится к нулю
Ионные частицы имеют гораздо большие коэффициенты, чем нейтральные молекулы в целом
Буферная емкость
Емкость буфера зависит от общей (формальной) концентрации буферных видов ([кислота] + [сопряженное основание]), и для данного общая концентрация, общая буферная емкость будет наибольшей, когда [кислота] = [сопряженное основание] — то есть при pH = p K _a для кислая форма этого буфера.
Если заранее известно, что буфер должен будет противостоять увеличению в pH из-за добавления основания (или, что то же самое, расход H ⁺), и что защита от кислоты не требуется, можно приготовить буфер с начальным избытком кислые виды. Это обеспечит дополнительную меру буфера способности в этой особой ситуации. Аналогичная идея имеет место, если буфер должен защищать от добавления кислоты, а не основания: Буфер с может потребоваться первоначальный избыток основных видов.
Как мы видим, изучая титрование кривых, изменение pH раствора, представляющего собой смесь слабой кислоты и сопряженного основания (т. наименьший, когда pH достигает p K _a слабой кислоты; т.е. . при pH = p K _a . Это можно показать аналитически, используя математические методы для получения выражения для производной кривой титрования. Производная d pH/ dn представляет собой наклон кривой титрования, и поскольку этот наклон будет наименьшим (наиболее близким к горизонтальному с pH вдоль вертикальной оси), когда буферная емкость наибольшая, то, обратная величина этого выражения, дает одно общее определение буферной емкости, обозначаемой как β:
Это уравнение, справедливое для диапазона значений рН p K _a ± 2, показывает (как и ожидалось) зависимость буферной емкости от общей концентрации буфера [ C ]. Выражение достигает максимального значения ln10[ C ]/4, когда [H ⁺ ] = K _a . Для некоторых приложений (таких как описанная выше ситуация, когда нас интересует емкость буфера против одного или другого из добавленных H ⁺ или OH ^—, но не против обоих), мы можем принять более практичное определение буферной емкости, учитывающее сопротивление данный буфер при заданном pH изменяется как на добавленную кислоту, так и на добавленное основание. Буферная емкость в кислотном направлении (БК _a) можно определить как количество молей H ⁺, которое необходимо добавить к одному литру буфера, чтобы уменьшить pH на 1 единицу, и буферную емкость в щелочном направлении (BC _b ) как количество молей ОН ^—, которое необходимо добавить (на литр) буфера, чтобы повысить рН на 1 единицу.

Физиологические буферы
В качестве примера физиологически значимого буферирования рассмотрим систему двуокиси углерода/бикарбоната, показанную ниже:
Несколько важных моментов, чтобы связать всю вышеперечисленную химию с физиологией:
Биологическая система открыта, то есть обменивается веществом и энергией с окружающей средой.
No related posts.