Буферная емкость единицы измерения

Содержание

  1. Принцип действия теплоаккумулятора
  2. Конструкция буферной емкости
  3. Основные разновидности резервуаров
  4. Популярные модели баков

Буферная емкость(В)– величина, характеризующая способность БС противодействовать изменению рН, при добавлении щелочей или сильных кислот.
В= n(1/zX)/ ΔpH*Vб.= С(1/z X)*Vx/ ΔpH*Vб.
В-буферная емкость,
n-кол-во вещества (ммоль),
z-число эквивалентов,
X- формула сильной кислоты или щелочи,
n(1/z X)- кол-во эквивалентного в-ва X(ммоль),
ΔpH=pHкон.-рНнач. (по модулю),
С(1/z X)-
молярная концентрация эквивалентного в-ва X(ммоль/л),
Vx-объем растворенного в-ва X (л),
.- объем БР (л)

[B]-ммоль/л- ммоль эквивалентов сильной кислоты или щелочи на 1л БР.
Вx-буферная емкость по кислоте,
Вщ- буферная емкость по щелочи.

Факторы, влияющие на В:
1. Концентрация компонентов БС, чем она больше, тем больше кол-ва сильной кислоты или щелочи может быть нейтрализовано, тем больше В.
2. Отношение концентраций компонентов, а, следовательно рН БР, которое, как следует из уравнения Г-Г, зависит от этого показателя.
Если концентрации компонентов одинаковы, то их отношение равно 1, тк. Lg=0, то уравнение Г-Г примет следующий вид:
для КБС: рН=рКк,
для ОБС: рН=14-рКо.
Именно при этих значениях рН, В будет максимальной.
БС обладают буферной емкостью только при определенных значениях рН, в так называемой зоне буферного действия.
ЗБД
– интервал значения рН, внутри которого БС способна противодействовать изменению концентрации Н+ ( изменению реакции среды).
Интервал примерно равен двум единицам рН.
1.КБС: рН=рКк±1
2.ОБС: рН=(14-рКо)±1
Вывод:
для того, чтобы рН БР входило в зону БД, концентрация одного компонента не должна превышать концентрацию другого больше , чем в 10 раз

23. Буферные системы крови:состав, распределение в плазме и эритроцитах, иеханизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буф. Систем. pH в крови в норме, pH артериальной и венозной крови

Постоянство pH внутренней среды организма обусловлено совместным действием буферных систем и ряда физиологических механизмов (деятельность легких, выделительная функция почек).

Ph во в артериальной крови 7,4 (7,36-7,46), в венозной крови 7,38. Колебание pH в этих водных сегментах совместимо с жизнью (6,9-7,8). На их долю 44% буферной емкости крови.

Распределение БС в плазме – гидрокарбонатная 35%, белковая 7%, фосфатная 2% .На их долю 44% буферной емкости крови.

В эритроцитах- гемоглобиновая 35%, гидрокарбонатная 18%, фосфатная(органических фосфатов) 3%. На их долю приходится 56% буферное емкости крови.

Поддержание pH крови является важнейшей физиологической задачей. Если бы не существовало механизма поддержки pH, то огромное количество кислотных продуктов, образовавшихся в результате метаболизма, вызывали бы закисление (ацидоз). В меньшей степени в организме накапливаются в процессе метаболизма щелочные продукты, которые могут сместить pH среды в щелочную сторону ( алкалоз ).

Постоянство pH во внеклеточном сегменте поддерживается сильными буферными системами крови, дыхательной и почечной регуляцией. Важными буферными системами являются: бикарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, белковая

Бикарбонатная буферная система.

Эта система представлена бикарбонатом натрия (гидрокарбонатом) и угольной кислотой.

Механизм действия.

При накоплении в организме кислых продуктов они вступают в реакцию нейтрализации с бикарбонатом Na с образованием NaCl и H2CO3 (который диссоциирует на CO2 и H2O) CO2 с помощью гемоглобиновой буферной системы переносится в легкие, а оттуда выводится из организма. Таким образом существует связь между этими двумя буферными системами.

NaHCO3 + НCl NaCl + H2CO3 (диссоциирует на)

При появлении в крови избытка щелочных продуктов в реакцию вступает второй компонент буферной системы H2CO3, в результате чего образуется бикарбонат Na и вода. Избыток NaHCO3 удаляется через почки.

Таким образом, благодаря легким и почкам соотношение между NaHCO3 и H2CO3 поддерживается на постоянном уровне равном 20:1 (это соотношение свидетельствует о том, что щелочной компонент буфера должен быть больше кислотного резерва т.к. вероятность образования в организме кислого продукта намного выше).

Фосфатная буферная система.

Читайте так же:  Как понизить температуру в квартире зимой

1% от всей емкости крови. Она представлена солями фосфорной кислоты: двух и одного замещенного фосфорнокислого Na.

Механизм действия.

При появлении в среде кислого продукта появляется однозамещенный NaH2PO4-менее кислый продукт, а при защелачивании двузамещенный Na2HPO4.

Действие фосфатного буфера связано с действием почек, а механизм регуляции, как и у бикарбонатной буферной системы, т.е. при закислении среды в почках возрастает секреция ионов водорода в просвет канальцев, где эти ионы вступают в реакцию с двузамещенным фосфорнокислым Na (Na2HPO4) и образованием Na2H2PO4 который выделяется с мочой, и наоборот.

Гемоглобиновая буферная система.

Самая сильная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера и на ее долю приходится 75% всей емкости крови.

Белковая буферная система.

Имеет меньшее значение для поддержания К.О.С. в плазме крови.

Реакция среды в растворе конкретной БС зависит от двух факторов: Кдисс слабого электролита и соотношения компонентов. Значение рН БС может быть рассчитано по уравнению Гендерсона-Гассельбаха:

где рКа – показатель кислотности слабой кислоты (справочная, константная величина, например, для уксусной кислоты он равен +4,76), [A – ] – концентрация соли [HA] – концентрация слабой кислоты. Используя уравнение Гендерсона-Гассельбаха можно приготовить буфер с заданным значением рН.

Способность буфера к сохранению рН не беспредельна, она определяется концентрацией компонентов и их соотношением. Количественно эта способность характеризуется величиной буферной ёмкости.

Буферная ёмкость – это количество молей любой сильной кислоты или щёлочи, которое необходимо добавить к 1 л буферного раствора для смещения его рН на 1. Буферная ёмкость тем выше, чем больше концентрация компонентов и чем ближе их соотношение к единице.

Буферная емкость (В) измеряется количеством моль или ммоль эквивалента кислоты или щелочи, добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

где В – буферная емкость,

С – концентрация кислоты или основания,

V – объем данного электролита,

Vбуф – объем буферного раствора ,

∆pH – изменение рН.

Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем выше концентрации компонентов буферного раствора, тем больше его буферная емкость.

2. Буферная емкость зависит от отношения концентраций компонентов, а, следовательно, и от рН буфера. При рН=рКа буферная емкость максимальна.

3. Установлено, что достаточное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз.

Интервал рН=рКа±1 называется зоной буферного действия.

4. При разбавлении буферного раствора величина буферной емкости уменьшается вследствие снижения концентрации компонентов раствора.

Буферная ёмкость систем организма

Буферные системы организма Буферная емкость, моль/л
Вк Вщ
Гидрокарбонатная
Белковая
Фосфатная 0,5

Как следует из данных Таб. 4.2, буферная емкость по кислоте у буферных систем организма выше, чем буферная емкость по основанию. Это связано с особенностями метаболизма человеческого организма, образующего значительно больше кислотных продуктов, чем основных.

Механизм действия буферных систем

Механизм буферного действия рассмотрим на примере ацетатной БС: СН3СООН/СН3СОО – +Na + ,

где СН3СООН – слабая кислота, а СН3СОО – +Na + – соль, образованная сильным основанием (NaOH).

а) сильной кислоты (избытка протонов) ацетат-анион связывает этот избыток протонов (т.е. проявляет свойства основания) с образованием эквивалентного количества слабой уксусной кислоты:

Несмотря на увеличение общей кислотности, активная кислотность вырастет мало, так как оно произошло за счёт увеличения концентрации слабой кислоты, степень диссоциации которой понизится согласно закону Оствальда.

б) сильного основания (щёлочи, избытка ОН – -анионов) она нейтрализуется за счёт резервной кислотности:

Активная кислотность при этом изменяется незначительно, так как согласно закону Оствальда уменьшение концентрации слабой кислоты приводит к росту степени её диссоциации.

Обратите внимание, что катион металла, входящего в состав соли, не принимает участие в буферном действии.

Читайте так же:  Почему булькает батарея в многоквартирном доме

При разбавлении и концентрировании рН не изменяется, так как остаётся прежним соотношение компонентов БС.

Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная,

Гемоглобиновая, белковая

Бикарбонатная (гидрокарбонатная) БС (Н2СО3/НСО3 – ) – мощная система плазмы крови, составляющая примерно 10% от её общей буферной ёмкости. В норме соотношение компонентов (гидрокарбонат-анион / угольная кислота) равно 20.

Механизм действия бикарбонатной БС в организме аналогичен таковому ацетатной БС, с той лишь разницей, что при увеличении концентрации угольной кислоты, она интенсивно разлагается под действием фермента карбангидразы: Н2СО3 ↔ Н2О + СО2↑.

Образующийся при этом углекислый газ удаляется с выдыхаемым воздухом.

Фосфатная БС. Образована двумя ионами: гидро- и дигидрофосфат-анионами: НРО4 2- /Н2РО4 –

Первый из них выполняет роль соли, второй – слабой кислоты. На долю фосфатной БС приходится примерно 1% буферной ёмкости крови. Механизм её действия аналогичен описанному выше.

Белковая БС имеет меньшее значение в поддержании рН. Благодаря амфотерным свойствам белков, состав белковой БС условно можно представить, как белок-кислоту (НООС–Pr–NH3 + ) и белок-основание ( – ООС–Pr–NH2), где Pr – протеин (белок). При добавлении в систему протонов они последовательно будут связываться с оснόвными группами:

При добавлении в систему гидроксид-ионов они последовательно будут нейтрализоваться протонами, отщепляющимися от кислотных групп:

Гемоглобиновая БС – самая мощная в организме. Она действует в эритроцитах, обеспечивая примерно 76% буферной ёмкости крови. Она состоит из 2 сопряжённых кислотно-основных пар:

где HHb – дезоксигемоглобин, K + +Hb – – его калиевая соль; H + + HbO2 – – оксигемоглобин, являющийся более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин, а K + +HbO2 – – калиевая соль оксигемоглобина. Действует гемоглобиновая БС согласованно в периферических тканях и лёгких. В лёгочных капиллярах при высоком парциальном давлении кислорода гемоглобин на 98% насыщается кислородом, образуя оксигемоглобин. Оксигемоглобин как более сильная кислота, чем угольная, вытесняет её из гидрокабонат-аниона, поступающего из периферических тканей. Выделившаяся угольная кислота под действием фермента карбангидразы разлагается на воду и углекислый газ, удаляемый с выдыхаемым воздухом: HHb + О2 → H + + HbO2 –

В капиллярах периферических тканей, при низком парциальном давлении кислорода последний освобождается и используется в процессах биологического окисления. Дезоксигемоглобин, будучи более слабой кислотой, чем угольная, образует молекулярную форму:

Источником протонов и гидрокарбонат-анионов является угольная кислота, образующаяся в периферических тканях из продуктов метаболизма – воды и углекислого газа. Следует обратить внимание, что гемоглобиновая БС является плазменно-клеточной и действует совместно с бикарбонатной.

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

Основным недостатком котла в системе отопления, работающего на дровах и угле, является определенная цикличность действий.

В момент активной работы агрегата происходит максимальное выделение тепловой энергии, а затем наступает период простоя.

Для дальнейшей его работы необходимо сделать очередную закладку топлива.

Чтобы расход тепла был более равномерным, в систему отопления встраивают буферную емкость.

Буферная ёмкость является составным элементом котловой системой

Принцип действия теплоаккумулятора

Буферный бак имеет второе название — теплоаккумулятор, так как он накапливает тепловую энергию, расходуя ее для дальнейшего рационального использования. Таким образом, обогрев помещения происходит более равномерно.

В общей схеме системы отопления агрегат занимает место непосредственно между котлом и радиаторами. Если он отсутствует, то для того чтобы процесс проходил равномерно, необходимо постоянно подкладывать дрова в топку. Иногда эту процедуру невозможно выполнить вследствие конструктивных особенностей котлов.

Если при использовании газовых и электрических аппаратов процесс генерации тепловой энергии можно сгладить, то в твердотопливных агрегатах это сделать очень затруднительно. Принцип действия буферного резервуара очень схож с работой аккумулятора в автомобиле.

Пока двигатель работает, вращается и генератор, вырабатывая электрический ток, который накапливается в аккумуляторе.

Как только двигатель останавливают, электричество начинает поступать непосредственно из батареи к потребителям. В основу работы теплового аккумулятора заложена высокая теплопроводность воды.

Например, при остывании 1 л воды на 1°C можно нагреть 1 м³ воздуха на 4°C. Поэтому если в определенный момент передать энергию некоторому объему воды, то в дальнейшем ее хватит для обогрева помещения в течение длительного времени.

Читайте так же:  Что теплее сено или солома

В этом видео вы узнаете все о буферной емкостм:

Конструкция буферной емкости

В настоящее время многие теплоаккумуляторы представляют собой довольно сложные конструкции. Каждая из деталей выполняет в ней определенную роль. В самую простую конструкцию входят следующие элементы:

  • внутренний бак:
  • внешняя обшивка;
  • утеплитель.

К баку подходят 4 патрубка: 2 – от котла, 2 – от контура отопительной системы. Обязательно вверху емкости встроен предохранительный клапан для сброса лишнего давления. Для слива жидкости внизу бака находится кран. В трубопроводы встроены 2 насоса для циркуляции воды в прямом и обратном контуре системы отопления.

Когда начинают разжигать дрова в котле, охлажденная жидкость из теплового аккумулятора с помощью насоса поступает в контур печи, где происходит ее нагрев. Горячая вода, поступая назад в бак, перемещается в его верхнюю часть, так как она легче холодного теплоносителя.

В начальный период работа системы отопления проходит по малому кругу, между котлом и резервуаром. Когда в буферной емкости для системы отопления вся вода будет горячей, она начинает поступать по трубопроводам к радиаторам.

С обратного контура остывшая вода поступает в нижнюю часть теплоаккумулятора. Вся эта процедура с начала отопления может занимать 2-4 часа, что является существенным недостатком этой конструкции.

Теплоаккумулятор или Буферная емкость:

Основные разновидности резервуаров

Очень часто тепловой аккумулятор называют гидрораспределителем, так как кроме накопления тепловой энергии он осуществляет распределение жидкости по системе отопления. Кроме простой конструкции буферной емкости для котлов существует ряд разновидностей:

  1. Резервуар с дополнительной внутренней системой теплообмена. Обычно ее выполняют в виде змеевика из гладких или гофрированных труб. Количество таких теплообменников может быть разным. Такая конструкция позволяет значительно ускорить процесс смены холодной жидкости на горячую.
  2. Буферная емкость с дополнительным накопительным баком, который является своеобразным бойлером косвенного нагрева. Такая конструкция актуальна при больших расходах горячей жидкости за короткий промежуток времени. Единственный недостаток такой системы — длительный период между циклами нагрева дополнительного бака.
  3. Тепловой аккумулятор, обладающий множеством патрубков, расположенных на разной высоте корпуса. Такая конструкция дает возможность подключения множества контуров, требующих различных напоров теплоносителей.

Некоторые буферные баки могут совмещать в себе несколько дополнительных конструктивных изменений одновременно.

Буферная ёмкость.Где нужна,а где нет:

Популярные модели баков

В настоящее время существует довольно широкий выбор буферных емкостей. Большое количество таких конструкций производят как отечественные, так и зарубежные предприятия. Самыми популярными являются:

  1. Прометей — ряд резервуаров различного объема, производимых в Новосибирске. Модельный ряд начинается от баков объемом 250 л и заканчивается емкостями 1000 л. Максимальный диаметр такой конструкции равен 900 мм, а высота — 2100 мм. Гарантийный срок службы составляет 10 лет.
  2. Hajdu PT 300 — буферная емкость от венгерских производителей. Она обладает дополнительным теплообменником косвенного нагрева, осуществляемого керамическим ТЭНом. А также в бак встроены магниевый антикоррозийный анод и термостат. Защитный кожух выполнен из стали с полиуретановой изоляцией.
  3. NIBE BU-500.8 — шведский теплоаккумулятор с объемом бака 500 л. При диаметре 0,75 м высота составляет 1,75 м. Максимальное рабочее давление — 6 атмосфер.

Существует 3 популярные модели баков

При этом совсем необязательно покупать теплоаккумулятор в магазине. Вполне можно изготовить буферную емкость своими руками, если есть сварочный аппарат, соответствующие материалы и некоторые навыки сварщика.

Котельная, буферная емкость, электро котёл, тёплый пол, отопления:

Буферная ёмкость и твердотопливный котёл. Как Подключить:

Источник: iobogrev.ru

IFix