KH2PO4 срещу K2HPO4: Разбиране на ключовите разлики във фосфатните буфери

Тази статия обяснява разликите между KH2PO4 (калиев дихидрогенен фосфат) и K2HPO4 (дипоталиев водороден фосфат), два често срещани компонента на фосфатните буферни разтвори. Ще се задълбочим в техните химични свойства, как те функционират в буферите и как да изберем правилния за вашите специфични нужди. Независимо дали сте опитен изследовател или просто започвате в лабораторията, разбирането на тези различия е жизненоважно за точните експериментални резултати. Това е a задължително четене За всеки, който работи с буферни решения в биологията, химията или свързаните с тях области.

Какво е фосфатен буфер? Обяснение

A буфер Решението е решаващ инструмент в много научни експерименти. Основната му работа е да устои на промените в pH Когато малки количества киселина или базата са добавено. Това е важно, тъй като много химични реакции, особено тези в биологичните системи, са много чувствителни към промените в рН.

Фосфатни буфери, по -специално, се използват широко, защото могат буфер в диапазон от стойности на pH и са съвместими с много биологични системи. Те се правят с помощта на различни форми на Фосфат, молекула, която съдържа фосфор и кислород. Типичен Фосфатен буфер може съдържат смес от KH2PO4 (калиев дихидроген фосфат) и K2HPO4 (Дипотасий водороден фосфат). Специфичното съотношение на тези два компонента определя окончателното pH на буфер.

Каква е разликата между KH2PO4 и K2HPO4?

Ключът разлика между KH2PO4 и K2HPO4 лежи в броя на водород З) атоми те съдържат.

• KH2PO4 (Калиев дихидроген фосфат): Това съединение е известно още като Monobasic Калиев фосфат. Има две водород атоми. Когато се разтваря във вода, тя действа като слаб киселина, даряване на протон (H+) на Решение.

• K2HPO4 (Дипотасиев водороден фосфат): Това съединение е известно още като дибазик Калиев фосфат. Има само един водород Атом. Когато се разтваря във вода, тя действа като слаба основа, приемайки протон (H+) от Решение.

Тази на пръв поглед малка разлика в химическата структура води до значителни разлики в тяхното поведение в разтвора. KH2PO4 допринася за киселите свойства на буфер, докато K2HPO4 допринася за основните (или алкална) Свойства.

Как KH2PO4 и K2HPO4 работят заедно в буферен разтвор?

KH2PO4 и K2HPO4 работят заедно като конюгирана киселина-базна двойка, за да създадете a Фосфатен буфер. Равновесната реакция може да бъде представена, както следва:

H2PO4- (aq) + H2O (L) ⇌ HPO42- (aq) + H3O + (aq)

• KH2PO4 осигурява H2PO4- (Дихидроген фосфат) йони.
• K2HPO4 осигурява HPO42- (водороден фосфат) йони.

Когато малко количество от киселина (H+) е добавено до буфер, HPO42-йоните реагират с киселина, изместване на равновесието вляво и минимизиране на промяната в pH. Когато е малко количество основа (OH-) добавено, H2PO4-йоните реагират с основата, измествайки равновесието вдясно и отново минимизиране на промяната в pH. Тази способност да се противопоставя на промените в pH е това, което прави a буфер толкова полезно. Съотношението ще Добавяне до ефекта.

Как да приготвите фосфатен буферен разтвор с KH2PO4 и K2HPO4?

Да подгответе се a Фосфатен буфер Решение, ще ви трябва:

1. KH2PO4 (Калиев дихидроген фосфат)
2. K2HPO4 (Дипотасий водороден фосфат)
3. Дестилирана вода
4. РН метър
5. Чаши и разбъркващо оборудване

Ето една обща процедура (винаги се консултирайте с конкретна протокол за желаните ви pH и концентрация):

1. Определете желаното рН и концентрация на вашия буфер. Например, може да искате 0,1M Фосфатен буфер при рН 7.2.

2. Изчислете необходимото количество KH2PO4 и K2HPO4. Можете да използвате Henderson-Hasselbalch уравнение или онлайн буфер Калкулатори за определяне на правилния съотношение от двата компонента. Уравнението на Хендерсън-Хаселбалч е:
   ph = pka + log ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Където PKA е постоянна, свързана с Фосфат йон (приблизително 7.2 за втората дисоциация на фосфорната киселина).

3. Изчислете молите на KH2PO4 и K2HPO4 в буфера, след това Добавяне съответното моларно тегло и това ще ви каже колко грама да добавите към Решение.

4. Разтваря се изчислените маси на KH2PO4 и K2HPO4 В обем на дестилирана вода, който е малко по -малък от окончателното ви желание обем. Например, ако искате 1 литър от буфер, започнете с около 800 мл на вода.

5. Разбъркайте разтвора, докато солите са напълно разтворени.

6. Използвайте pH метър, за да измервате pH на разтвора.

7. Ако е необходимо, регулирайте рН, като добавите малки количества концентриран разтвор на KH2PO4 (за да намалите рН) или K2HPO4 (за повишаване на рН).

8. След като се достигне желаното рН, добавете дестилирана вода, за да приведете разтвора до крайния желания обем.

Какъв е диапазонът на pH на фосфатен буфер?

Фосфатни буфери са най -ефективни в pH Обхват от приблизително 6.0 до 8.0. Това е така, защото PKA на водороден фосфат/Дихидроген Фосфат равновесието е около 7,2. The буфериращ капацитет е най -високо, когато pH е близо до стойността на PKA. Въпреки че е най -ефективен близо до 7.2, той може буфер в диапазон от стойности, включително леко алкална 7.4.

Важно е обаче да се отбележи, че ефективният буфер обхватът може да бъде леко удължен в зависимост от приемливия толеранс към pH промяна в определено приложение. A Фосфатен буфер все още може да осигури някои буфериране капацитет извън този диапазон, но той ще бъде по -малко ефективен при съпротива pH промени. The Фосфатен буфер Обхватът е идеален за много биологични приложения.

Как да избера между KH2PO4 и K2HPO4 за моя експеримент?

Изборът между използването на използването KH2PO4 или K2HPO4 самостоятелно или в комбинация зависи изцяло от желаните pH от вашия Решение.

• Ако имате нужда от кисел Решение, бихте използвали предимно KH2PO4.
• Ако имате нужда от основен или алкална Решение, бихте използвали предимно K2HPO4.
• Ако имате нужда от неутрален или почти неутрален pH, ще трябва да използвате a Смесете и от двете KH2PO4 и K2HPO4 За да създадете a буфер. Точното съотношение от двете ще зависи от конкретния pH Опитвате се да постигнете.

Рядко се използва само едно от тези съединения в изследователска обстановка. Най -често се стремите да създадете a буфер разтвор за стабилизиране на pH на реакция или Решение.

Мога ли да използвам фосфорна киселина (H3PO4), за да направя фосфатен буфер?

Да, можете да използвате Фосфорна киселина (H3PO4) до подгответе се a Фосфатен буфер. Въпреки това, Фосфорна киселина е Триперотик киселина, което означава, че има три йонизируеми водородни атома. Това води до три различни етапа на дисоциация, всеки със собствена стойност на PKA:

1. H3PO4 ⇌ H + + H2PO4- (PKA1 ≈ 2.15)
2. H2PO4- ⇌ H + + HPO42- (PKA2 ≈ 7.20)
3. HPO42- ⇌ H + + PO43- (PKA3 ≈ 12.35)

Да направи a буфер Използване H3PO4, обикновено бихте Добавяне силна база, като Кох (Калиев хидроксид) или натрий хидроксид (NaOH), за частично неутрализира киселина и създайте желаните съотношение на Фосфат видове. Например, за да създадете a буфер наоколо pH 7, бихте Добавяне Достатъчно основа за достигане на втория етап на дисоциация, създавайки смес от H2PO4- и HPO42-. The буфер зона за Фосфорна киселина се простира до множество диапазони.

Използване H3PO4 може да бъде по -сложен от използването KH2PO4 и K2HPO4 директно, както трябва внимателно да контролирате количеството на базата добавено За да достигнете желаното pH. Това обаче може да бъде полезен подход, ако имате само Фосфорна киселина налични или искат да създадат a Решение с по -високо йонна сила.

Защо KH2PO4 е киселина и K2HPO4 е основен?

Киселинността на KH2PO4 и основата на K2HPO4 Свържете се директно с техните химически структури и как те взаимодействат с водата.

• KH2PO4 (калиев дихидроген фосфат): Кога KH2PO4 Разтваря се във вода, той се дисоциира в K+ йони и H2PO4-йони. The Дихидроген фосфат йон (H2po4-) може да действа като слаб киселина, даряване на протон (H+) на вода:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  Образуването на H3O+ (хидрониеви йони) увеличава киселина концентрация в Решение, което го прави кисел.

• K2HPO4 (дипотасиев водороден фосфат): Кога K2HPO4 Разтваря се във вода, той се разграничава в 2K+ йони и HPO42-йони. The Водороден фосфатен йон (HPO42-) може да действа като слаба основа, приемайки протон (Н+) от вода:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Образуването на OH- (хидроксидни йони) увеличава основата концентрация в Решение, правейки го основен или алкална.

Как да регулирате рН на фосфатен буфер?

Регулиране на pH на a Фосфатен буфер е често срещано техника в Лаборатория. Ето как да го направя:

1. Измерете първоначалното pH: Използвайте калибриран pH метър, за да измервате точно pH от вашия буфер Решение.
2. Решете посоката на корекция: Определете дали трябва да увеличите или намалите pH.
3. Добавете подходящото решение:
   • За да се понижи pH (направете го по -кисело): Бавно Добавяне Разредено Решение на KH2PO4 или разреден Решение на силен киселина като Hcl (Хидрохлорична киселина), докато непрекъснато наблюдава pH с pH метър.
   • За да повдигнете рН (направете го по -основно/алкална): Бавно Добавяне Разредено Решение на K2HPO4 или разреден Решение на силна база като Кох (калиев хидроксид) или NaOH (натрий хидроксид), докато непрекъснато наблюдава pH с pH метър.
4. Смесете старателно: Уверете се Решение е добре смесен след всяко допълнение.
5. Спрете, когато се достигне желаното рН: Продължете да добавяте регулирането Решение на малки стъпки, докато измервателното измерване не прочете желаното pH стойност. Внимавайте да не се преодолявате.

Важна бележка: Винаги Добавяне регулирането Решение бавно и в малки количества, докато непрекъснато разбърква и наблюдава pH. Това предотвратява драстично pH променя и гарантира буфер поддържа своето буфериращ капацитет. Можете да се позовавате Химически натриев ацетат на Канд Документация за смесване на най -добрите практики с подобни химикали.

Какви са някои общи приложения на фосфатни буфери?

Фосфатни буфери са невероятно универсални и се използват в широк спектър от приложения, включително:

• Биологични изследвания: Поддържане на pH на клетъчните култури, протеин разтвори и ензимни реакции. PBS разтвор, например, е Фосфат буфериран физиологичен разтвор.
• Молекулярна биология: ДНК и РНК извличане, електрофореза и други молекулярна Биология техники.
• Биохимия: Изучаване на ензимна кинетика, протеин пречистване и други биохимични процеси.
• Химия: Като a буфер В химическите реакции и титрации.
• Фармацевтична индустрия: Формулиране на лекарства и лекарства.
• Хранителна индустрия: Контролиране pH в преработката и опазването на храните.
• Промишлени обработки за вода: Kand's Chemicals предлага разнообразие от фосфати които често се използват при пречистване на водата.

Биосъвместимостта и регулируемите pH обхват на Фосфатни буфери Направете ги ценен инструмент в много различни области. Специфичните концентрация и pH на буфер ще бъдат избрани въз основа на изискванията на конкретното приложение.

Отстраняване на неизправности в подготовка на фосфатен буфер

Ето някои често срещани проблеми, срещани при подготовката Фосфатни буфери И как да ги решавам:

• pH не е стабилен:

  • Уверете се, че вашият PH метър е правилно калибриран. Използвайте прясно калибриране буфери и следвайте инструкциите на производителя.
  • Уверете се, че солите са напълно разтворени. Разбъркайте Решение старателно, докато не останат твърди частици.
  • Използвайте висококачествени, чисти химикали. Примесите могат да повлияят на pH и буфериращ капацитет. Химическата част на Канд се гордее с чистотата.
  • Проверете за замърсяване. Уверете се, че вашите стъклени съдове и вода са чисти и без замърсители.
  • Добавихте ли всички компоненти? Проверете, за да видите, че правилното маса За всички компоненти.

• pH е твърде високо или твърде ниско:

  • Проверете двукратно вашите изчисления. Уверете се, че сте използвали правилните количества KH2PO4 и K2HPO4.
  • Регулирайте внимателно pH Използване на разредени разтвори на KH2PO4 (За да се понижи pH) или K2HPO4 (да се повдигне pH), или разредено Hcl или Кох както е описано по -горе.

• Утайка форми в буфера:

  • Това може да се случи, ако концентрацията на буфера е твърде висока. Опитайте да разредите буфер.
  • Някои фосфатни соли имат ограничена разтворимост. Уверете се, че не надвишавате границата на разтворимост на Соли използвате.
  • Температурата може да повлияе на разтворимостта. Някои Фосфат Солите са по -малко разтворими при по -ниски температури.
  • Замърсяване. Уверете се, че сте химически Реагентите са без замърсяване и че работите в стерилни условия, без замърсители извън него.

• Не мога да получа желаното ми pH

  • Ако сте следвали a протокол и вие не постигате заявеното pH, опитайте се да погледнете на Интернет. Researchgate има здрава общност от учени, които споделят своя опит, и може да намерите Обяснение. Ако въпросът за вашия специфичен фосфатен буфер не е бил попита, можете Свържете се Въпросът ви към подобен.

Ключови поемания

• KH2PO4 (Калий Дихидроген фосфат) и K2HPO4 (Дипотасий водороден фосфат) са ключови компоненти на Фосфатни буфери.
• KH2PO4 е кисел, докато K2HPO4 е основен.
• The съотношение на KH2PO4 и K2HPO4 Определя pH на буфер Решение.
• Фосфатни буфери са ефективни в pH Обхват от 6.0 до 8.0.
• Можете Пригответе фосфатни буфери Използване KH2PO4 и K2HPO4, или чрез титриране Фосфорна киселина (H3PO4) със силна база.
• Внимателно pH Коригирането и отстраняването на неизправности са от съществено значение за успеха буфер подготовка.
• Ако подготвяте буфера от H3PO4 титрирайте с Кох докато Решение достига желаното pH.
• Да отида от KH2PO4 да K2HPO4 Ще трябва Добавете Koh.
• За обратната страна, използвайте Hcl.

Това цялостно ръководство предоставя солидна основа за разбиране и използване Фосфатни буфери във вашата работа. Не забравяйте винаги да се консултирате с конкретни протоколи и указания за безопасност за вашите експерименти. Успех.