Как подобрать и рассчитать теплоаккумулятор (буферную емкость)

28 марта 2020

9 комментариев

• Для чего нужна буферная емкость?
• Какие бывают типы буферных емкостей?
• Из чего состоит буферная емкость (теплоаккумулятор)?
• С какими котлами и как применяется емкость?
• Расчет объема теплоаккумулятора

Для экономии топлива и энергии за счет для сбора излишков тепла, выделяемого котлом (как правило твердотопливным). А также, чтобы топить котел в удобное и экономично выгодное время.

Какие бывают типы буферных емкостей?

Буферные емкости (теплоаккумуляторы) бывают различный типов: накопительные стандартные, с фланцами под электрические ТЭНы, с одним или двумя теплообменниками или со встроенным бойлером косвенного нагрева.

• Накопительные стандартные используются с источником тепла, в основном твердотопливным котлом, который нагревает емкость, имеет патрубки подачи и обратки теплоносителя и множество технологических патрубков для разбора теплоносителя.
• С фланцем бак такого же типа, как и стандартный, но имеет несколько фланцев для монтажа электрических ТЭНов различных типов.
• Аккумулирующие баки, со встроенными теплообменниками, используются также с котлами, но имеют встроенные теплообменники (их может быть как один, так и два, в зависимости от моделей), к ним можно подключить альтернативные источники тепла, к примеру – солнечную установку.
• И последний вариант – это буферные емкости со встроенными бойлерами косвенно нагрева, баки которых покрыты эмалью. В некоторых моделях, вокруг бака, идет теплообменник под солнечную установку.

Из чего состоит буферная емкость?

Буферная емкость имеет цилиндрическую форму со сферичными крышками, изготавливается из чернового металла толщиной от 4 мм в зависимости от объема бака. Крышки устроены таким образом, чтобы при повышении давления в баке избежать разрыва. Стандартно поставляется без теплоизоляции, но некоторые компании учли этот момент.

С какими котлами и как применяется емкость?

С электрическими и твердотопливными. С электрическими котлами буферная емкость используется в основном для нагрева ночью по сниженным тарифам на электроэнергию и используется, вдень. В случаи с твердотопливным котлом, все на оборот. Котел топится в удобное время для пользователя время и для того чтобы достичь максимального КПД котла, которое возможно при высокой температуре. Если же топить циклично, то КПД существенно снижается, и на стенках образуется смолы, которые проблематично чистится.

Расчет объема буферной емкости

Расчет объема буферной емкости для твердотопливных котлов.

Чем больше выделяемой энергии от сжигаемого топлива, тем больше требуется объём буферной емкости. Установка меньшей аккумулирующей емкости приводит к перерасходу сжигаемого топлива и потере эффективности системы в целом.

Для расчета нужно узнать

1. количество энергии, которое выделится при полном сжигании топлива Q=a*b*c
   1. количество топлива, которое можно загрузить одноразово в камеру сгорания или объём камеры сгорания;
   2. теплоту сгорания топлива кВт/кг

Калорийность древесного угля	8,6 кВт/кг
Калорийность каменного угля	7,0 кВт/кг
Калорийность топливных брикетов	5,5 кВт/кг
Калорийность бурого угля	4,2 кВт/кг
Калорийность дров (березовые, сосновые)	3,8-4,8 кВт/кг

1. коэффициент полезного действия твердотопливного котла, усреднённо 75%
2. количество тепла, которое требуется аккумулировать – Q/2, т. к. половина тепловой мощности будет уходить на нагрев системы отопления
3. Полученную величину тепловой мощности множим на 860 и делим на ту разницу до которой котел будет нагревать буфер Т=40С и получаем объём требуемого бака аккумулятора.

Пример: Твердотопливный котел 10 кВт, камера сгорания вмещает 15 кг топлива (например, каменного угля), КПД котла 75%.

Итого имеем: ((15*7,0*0,75)/2)*860/40 = 846 литров

Популярные вопросы про Теплоаккумуляторы:

✔️ Зачем нужен теплоаккумулятор?

Для экономии топлива и энергии за счет для сбора излишков тепла, выделяемого котлом, чтобы топить котел в удобное и экономично выгодное время.

✔️ Может ли быть бойлер косвенного нагрева как теплоаккумулятор?

Бойлер косвенного нагрева подключается к водопроводу, а теплообменники подсоединяются к источникам тепла. Бак аккумулятор подключается к источнику тепла, а к теплообменникам подключают либо еще один источник тепла, либо водопровод. Таким образом вода в бойлере косвенного нагрева греется накопительным способом, а через буферную емкость в проточном режиме.

✔️Как подобрать теплоаккумулятор?

В первую очередь – расчитать необходимый объем, далее необходимую толщину теплоизоляции, наличие ТЭНа, материал бака, оптимальное рабочее давление, подходящие габариты.

Поделиться

Рассказать

Поделится

Поделится

Как раз планирую заменить газовый котел на твердотопливный. Не знала, что существуют приборы, которые помогают экономить топливо за счет сбора излишков тепла. Заинтересовали накопительные стандартные теплоаккумуляторы. Понравилось, что используя буферную емкость можно топить котел в удобное время. Для установки на дровах это очень актуально, делает процесс более автономным.

Ответить

Я, может, читала невнимательно статью, но все-таки не нашла информации насчет цены для такой штуки.

Сколько стоит примерно она? И сильно ли различаются цены на различные виды таких теплоаккумуляторов? Хотелось бы конкретики больше по этим вопросам, ведь ценовой вопрос зачастую бывает едва ли не решающим при приобретении различной подобной техники?

Ответить

Теплоаккумулятор, однозначно, имеет множество положительных свойств. Не стану повторяться, они хорошо описаны в статье. Но, всё-таки, не стоит забывать и о наличии недостатков. У каждой медали две стороны. Наряду с плюсами, несёт в себе аккумулятор и дополнительные затраты. К примеру, нагревать придётся постоянно дополнительный объём теплоносителя. А это требует и дополнительных затрат топлива.

Ответить

На самом деле теплоаккумулятор очень полезная и выгодная вещь получается, особенно для тех, у кого стоят дома твердотопливные котлы. Мы тоже собираемся таким теплоаккумулятором обзавестись ближе к осени. Как я поняла, то чем мощнее котел стоит, то тем быстрее он сможет прогреть теплоноситель, который находится в буферной ёмкости. Второй момент, чем больше сама такая ёмкость, тем на дольше будет хватать и реже можно приходить и забрасывать топливо и например не вставать ночью, температура будет держаться равномерно и дом быстро не остынет. Ну, а про экономию топлива я вообще молчу, за сезон она должна получиться ощутимой.

Ответить

Лучше, все-таки не полениться, и буферную емкость утеплить. Заметите, что расход топлива станет меньше процентов на десять.

Ответить

Вот, очень кстати пришлась эта статья. А то мы не знали, что нам поставить на дачу лучше, так чтобы и обогрев был отличный, и экономия тоже крайне важна. Иначе все влетает в копеечку! Вообще, поняли так, что это тот же теплобак. Преимущество, что не нужно постоянно заниматься подкидыванием угля (т.е. значительная экономия), продлим своему котлу срок службы, комфортное тепло во всем доме, перегрев системе не грозит. Спасибо!

Ответить

Раньше и не знал о такой штуке, как буферная емкость, а оказалась очень полезной и позволяет экономить

Ответить

Конечно, при электрическом нагреве воды можно обойтись и без термоаккумулятора. Но расчетливый домовладелец хорошо знает, что в разное время суток цена электричества разная, и на этом можно сэкономить. К тому же термоаккумулятор на некоторое время может предохранить систему отепления от замораживания, в случае, если будет прибой с подачей электричества.

Ответить

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

Нужна ли буферная емкость для твердотопливного котла

С каждым днем все больше людей переходит на автономную систему отопления. Ее установка связана с большими затратами и силами, однако результат не заставит себя ждать и окупится за несколько лет. Наибольшим спросом пользуются твердотопливные котлы. Они экономичны, более эффективны и не требуют разрешения на установку. Однако сам процесс монтажа связан с множеством дополнительных нюансов, одним из которых является необходимость установки буферной емкости. Многие пользователи задаются вопросом – нужна она или нет, и какая функция возложена на теплоаккумулирующий бак?

Что такое буферная емкость

Буферная емкость – это тот же теплобак или теплоаккумулятор. Зачем данный прибор нужен в системе отопления, и какое место занимает в работе твердотопливного котла? Перед тем купить и установить буферную емкость, ознакомьтесь с ее назначением.

Назначение

Теплоаккумулирующей емкостью называют бак большого размера, который выполняет ряд важных функций в отопительной системе. Главная его цель – это накапливать избыток перерабатываемой энергии котлом и использовать при необходимости, например, когда снизится температура или твердотопливный котел и вовсе приостановит свою работу. Роль теплоаккумулятора намного шире энергосберегающей функции. Поэтому ознакомьтесь со всеми его возможностями:

• Буферная емкость позволяет использовать несколько источников тепла и подключать их к единой системе.
• Используя энергозапасы котла, вы сможете экономить на топливе до 50%.
• Теплоаккумулятор выступает стабилизатором температурного режима и помогает избежать перегрева системы.
• Благодаря контролю температуры с помощью теплобака можно избежать остывания помещения и наладить автоматизированный процесс обогрева.
• Наличие буферной емкости позволяет правильно наладить работу отопительной системы и продлить срок службы котла.
• Вам не нужно постоянно подкидывать дрова или уголь в котел, с помощью теплоаккумулятора вы сможете освободить себя от подобной задачи на более длительное время.
• Эксплуатация котла станет удобной и безопасной.

Это далеко не все преимущества, которые вы получите, если подключите к котлу буферный бак. Так как при работе с тепловым стабилизатором топливо будет сгорать в котле до конца, то в нем будет меньше грязи, а значит, его придется намного реже чистить. То же самое касается и отложения сажи в дымоходе. Правильное использование отопительной системы является залогом ее безопасности и долговечности, не говоря уже о существенной экономии.

Использование твердотопливного котла

Твердотопливные котлы – это агрегаты, направленные на выработку энергии при использовании твердого топлива. Зачастую используется древесина любой породы или уголь. Такой вид котлов работает с высокой инерционностью. Они очень экономичны и позволяют длительное время сохранять тепловую энергию. Однако чтобы постоянно поддерживать нужную температуру в помещении, требуется регулярно подкидывать в топку твердое топливо. Вот здесь как раз-таки и имеет смысл установка буферной емкости. Например, в процессе сгорания топлива температура достигает критически высоких значений, которые слишком велики для отопления частного дома или помещения, теплоаккумулятор забирает на себя разницу и сохраняет ее, чтобы использовать в подходящий момент, соответственно вся вырабатываемая энергия не будет просто сгорать или тратиться впустую.

Накопленная энергия за счет теплоаккумулятора будет тратиться в моменты, когда температура отопления будет падать, например, когда вы забудете подкинуть очередную порцию топлива или в то время, когда котел работает с меньшей эффективностью. То есть буферный бак не только забирает на себя часть тепловой энергии и позволяет сжигать топливо в котле до конца, но и сохраняет нужный уровень температуры в помещении при снижении интенсивности. Обычно это происходит в ночное время, когда топливо никто не подкидывает в топку. За счет вышеописанного функционала теплоаккумулятора исключается риск перегрева котла, что может привести к взрыву, а также есть возможность поддерживать нужный режим отопления даже в момент нехватки топлива в котле.

Работа в комплексе твердотопливного котла с аккумулирующей емкостью – это правильное решение, которое позволит бесперебойно отапливать помещение с надежным уровнем безопасности.

Плюсы и минусы

В целом предназначение буферной емкости понятно, однако стоит отдельно рассмотреть все преимущества и недостатки, чтобы оценить целесообразность данной установки. Итак, какие плюсы добавит теплоаккумулятор в системе отопления?

• Твердотопливный котел будет работать в более экономичном режиме, а загрузка топлива сократится до 50%
• Уменьшает регулярность загрузки топлива.
• Теплоаккумулятор можно использовать с другими видами источников и совмещать.
• Позволяет летом применять буферную емкость для системы ГВС.
• Добавляет удобство и обеспечивает безопасность системе отопления.
• Сохраняет и продлевает срок службы котла.
• Не требует специального обслуживания.
• Технически можно установить котел высокой мощности для небольших помещений.
• Может работать в статичном режиме, позволяя полностью автоматизировать процесс отопления.

Но, помимо всех приведенных преимуществ, главная цель теплосберегающей емкости – это обезопасить котел от перегрева. Твердотопливные котлы постоянно нуждаются в контроле, так как вырабатываемый высокий уровень энергии может стать причиной сильного перегрева. Из наименьших последствий – просто выход из строя котла, а из серьезных – это взрыв. Теплоаккумулятор забирает на себя избыток вырабатываемой энергии и исключает подобные последствия.

Ну а что касается недостатков, то они тоже присутствуют. Они не настолько существенны, как достоинства буферной емкости, однако их также необходимо рассмотреть перед покупкой агрегата.

• Нельзя не сказать о дороговизне теплоаккумулятора, который добавит существенных финансовых вложений при монтаже отопительной системы.
• Установка отопительной системы, в том числе и с емкостью для сбережения тепловой энергии, требует большой площади в части нежилого помещения.
• При полном остывании котла и длительном неиспользовании системы отопления, чтобы запустить ее в работу и прогреть дом, потребуется до 4 часов, что не совсем комфортно.

По сравнению с огромным количеством преимуществ, недостатки кажутся не такими явными, да и для некоторых пунктов имеется альтернативные пути решения. Например, если вы хотите, чтобы в момент остывания ваш дом быстрее прогрелся, то можно установить в систему дополнительный электрический ТЭН, на который возложена функция быстрого, однако кратковременного подогрева. А что самое важное, при помощи твердотопливного котла и теплоаккумулятора вы сможете сделать пребывание в помещении комфортным и при этом безопасным, а вложенные средства в отопительную систему быстро себя оправдывают.

Как рассчитать нужный объем

Перед покупкой сберегающей емкости сначала необходимо определить ее объем в зависимости от площади помещения и потребляемого тепла. Расчет производится по стандартному алгоритму на основе нижеприведенной формулы.

Q = c × m × (T1-T2), где
Q — общее количество затратной энергии;

c — удельная теплоемкость жидкости;

m — масса теплоносителя;

T1-T2 — разница температур, в градусах.

На рынке представлено огромное многообразие теплоаккумуляторов. Вы сможете выбрать для себя нужный объем – от 20 до 3000 литров. Также они отличается формой и высотой.

Рассчитанное значение в конце должно быть скорректировано с учетом дополнительных факторов, которые влияют на систему отопления, а именно: наличие других источников тепла, степень утепления, климатический пояс и прочее. Если обратиться к практике, то опыты показали, что оптимальным значением при выборе объема теплоаккумулятора стало соотношение: для площади в 200 кв. метров емкость 1 тонна. Исходя из подобного соотношения и площади помещения вы сможете правильно подобрать объем емкости. В случае возникновения трудностей лучше обратиться к специалисту.

Способы подключения

Если вы рассчитали необходимый объем емкости и приобрели подходящий теплоаккумулятор, тогда остается только его установить. Лучше всего доверить это дело профессионалам, так как любая неточность может привести к неправильной работе системы отопления, не говоря уже о повреждении отдельных агрегатов или перегреве котла. Но на предварительном этапе вы можете ознакомиться с несколькими способами подключения твердотопливного котла к аккумулирующей емкости, а также дополнительными элементами, которые также будут обязательными в отопительной системе и в сохранении ее безопасности.

Итак, начнем с самой простой схемы. Она больше подходит для небольших помещений или домов с маленькой площадью, где не требуется установка мощного котла. Данный способ является не только самым простым, но и самым дешевым. Итак, система состоит из следующих элементов:

• Твердотопливный котел
• Буферная емкость
• Трубопровод
• Циркуляционные насосы (для перемещения тепла от источника к потребителю).

При этом подобный вариант является уместным, если давление по всей системе одинаковое, иначе могут происходить сбои в работе. Если вы хотите более надежную отопительную систему и при этом быть уверенным, что необходимого количества тепла хватит даже в самое холодное время или при расширении площади, тогда лучше изначально прибегнуть к более сложной схеме подключения. Она включает в себя такой набор элементов:

• Твердотопливный котел.
• Буферная емкость среднего или большого объема.
• Теплообменник из металлических нержавеющих трубочек.
• Манометр – для стабилизации давления.
• Термометр – датчик температуры воды.
• Магниевый анод – для предотвращения накипи в теплобаке.

В последней схеме к теплоаккумулятору котел будет подключаться через верхнюю точку – для подачи тепла, а через нижнюю – для входа холодной воды. Для более корректного использования накопленной тепловой энергии в вышеприведенную схему добавляется смесительный блок, он позволит контролировать уровень температуры и сохранить на долгое время тепло, выработанное твердотопливным котлом. Смесительный блок подключается к возвратному и подающему трубопроводу. А если у вас стоит цель автоматизировать отопление в жилом доме, тогда здесь используются более сложные конструкции и подключением занимаются только ответственные службы.

Калькулятор емкости буфера

| Как рассчитать буферную емкость?

Калькулятор емкости свободного буфера позволяет узнать, насколько буфер будет сопротивляться быстрому изменению рН. Укажите количество кислоты или щелочи, начальное значение pH и конечное значение pH в полях ввода инструмента и нажмите кнопку расчета, чтобы быстро проверить буферную емкость.

Калькулятор емкости буфера: Этот инструмент обеспечивает точное значение емкости буфера для заданных деталей за меньшее время. Читайте дальше, чтобы узнать, как рассчитать буферную емкость раствора, формулу буферной емкости, примеры вопросов и многое другое. Прочитайте всю статью, чтобы получить ценную информацию о буферах, емкости буфера.

Ознакомьтесь с инструкциями по определению емкости буфера раствора. Следуйте этим принципам, чтобы легко получить результат.

• Знать начальный рН, конечный рН кислот.
• В противном случае используйте уравнение Хендерсона–Хассельбаха, чтобы получить значение pH.
• Получите изменение pH путем вычитания конечного pH из начального pH.
• Разделите количество молей кислоты или основания, добавленных на литр раствора, на изменение рН, чтобы получить значение буферной емкости.

Прежде чем узнать о буферной емкости, нам нужно знать, что такое pH, как его узнать и какой буфер. pH – это количество кислой / щелочной воды, и мы можем вычислить значение pH химического раствора с помощью уравнения Хендерсона-Хассельбаха.

Буфер представляет собой раствор, представляющий собой комбинацию либо слабой кислоты с ее солью, либо слабого основания с ее солью, устойчивый к изменениям рН. Они используются для поддержания стабильного pH.

Буферная емкость означает величину устойчивости буферного раствора к изменению pH после добавления H ⁺ или ионы ОН ^– . Буферная емкость и начальный рН влияют на изменение рН после добавления кислотно-основного. Более концентрированные буферы будут иметь более высокую емкость, потому что в них больше молекул для взаимодействия с дополнительными основаниями или кислотами. Таким образом, буфер с более высокой концентрацией имеет более медленное изменение pH.

Величина буферной емкости раствора может быть получена путем деления числа молей кислоты/основания на добавленное количество на литр буферного раствора при изменении рН.

Уравнение буферной емкости: β = n/ΔpH

Где

β – буферная емкость

n – количество молей кислоты или основания, добавленных на литр буферного раствора

pH

ΔpH = конечный pH – начальный pH

Уравнение Хендерсона–Хассельбаха pH = pK _a + log ₁₀ ([A ^– ]/[HA])

Здесь,

[A 9002 ] – концентрация основания в буфере

[HA] – концентрация кислоты в буфере

pK _a – константа диссоциации кислоты

Пример:

буферного раствора так, чтобы его рН был равен 4? Определите рН этого буфера, чтобы иметь максимальную буферную емкость? Ка муравьиной кислоты составляет 1,8 х 10 ^-4 .

Ответ:

Учитывая, что

Ка муравьиной кислоты = 1,8 x 10 ^-4

pH = pKa + log[соль] / [кислота]

4 = -log(1,8 x 10 ^-4 ) + log[формиат]/[муравьиная кислота]

4 = 3,74 + log [формиат]/[муравьиная кислота]

log[формиат]/[муравьиная кислота] = 4 – 3,74

= 0,26

[формиат]/[муравьиная кислота] = 1,8

Буферная емкость будет максимальной вблизи pKa кислоты.

pH = pKa = -logKa

= -log(1,8 x 10 ^-4 )

= 3,74

Следовательно, буферная емкость равна 3,74

Воспользуйтесь помощью этих удобных онлайн-калькуляторов, доступных на нашем веб-сайте Chemistrycalc.Com, для решения различных задач по химии.

1. Определить емкость буфера?

Буферная емкость – это способность раствора противостоять изменениям PH. Раствор может поглощать или испускать ионы H ⁺ или OH ^– .

---

2. Какие существуют типы буферных растворов?

Существуют два разных типа буферных растворов: кислотные буферы и щелочные буферы.

---

3. Как рассчитать буферную емкость?

Найдите начальный и конечный pH с помощью уравнения Хендерсона-Хассельбаха. Вычтите конечный рН из начального значения рН. Разделите количество молей кислоты или основания, добавленных в буферный раствор, на изменение рН, чтобы получить буферную емкость.

---

4. Каково хорошее значение емкости буфера?

Буферная емкость в диапазоне от 0,01 до 0,1 используется для некоторых фармацевтических растворов. Так что это хорошая буферная емкость.

---

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 буферов 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, кислот являются веществами, которые могут отдавать протон, тогда как оснований 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 _и , 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 рН буфера, мы можем использовать уравнение Хендерсона-Хассельбальха .

Где,

• pK _a – отрицательный логарифм константы равновесия K _a
• [A ^– ] – концентрация сопряженного основания
• 3] слабая кислота

Давайте рассмотрим пример!

Каков рН 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 90 268 на одну единицу, 90 269 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, хотя они оба будут иметь 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, 0,10 М Трис-буфер будет иметь большую буферную емкость

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

Концентрированный буфер может нейтрализовать большее количество добавленной кислоты или основания, 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:

1. Концентрации ГК и А ^– большие.

2. [HA] = [A ^– ]

3. 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 (A ^– ), а зеленые точки с прикрепленной к ним фиолетовой точкой – это 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 HA. 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)0007 Уравнение Слайка. Это уравнение связывает буферную емкость с концентрацией кислоты и ее соли.

  где

  • C — концентрация буфера. C _{total = C кислота + C соединение основание}

  • [H ₃ O ⁺ ] представляет собой концентрацию 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 буферную 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.