KH2PO4 vs. K2HPO4: Comprensió de les diferències clau en els buffers de fosfat

Aquest article explica les diferències entre KH2PO4 (fosfat de dihidrogen de potassi) i K2HPO4 (fosfat d’hidrogen de dipotassium), dos components comuns de solucions tampó fosfat. Ens aprofundirem en les seves propietats químiques, com funcionen en els buffers i com triar el més adequat per a les vostres necessitats específiques. Tant si sou un investigador experimentat com si acabeu de començar al laboratori, comprendre aquestes distincions és vital per obtenir resultats experimentals precisos. Això és un ha de llegir Per a qualsevol persona que treballi amb solucions buffer en biologia, química o camps relacionats.

Què és un tampó fosfat? Una explicació

A tampó La solució és una eina crucial en molts experiments científics. El seu treball principal és resistir els canvis en p. Quan petites quantitats de àcid o base ho són afegit. Això és important perquè moltes reaccions químiques, especialment les de sistemes biològics, són molt sensibles als canvis de pH.

Tampons de fosfat, en particular, s’utilitzen àmpliament perquè poden tampó en diversos valors de pH i són compatibles amb molts sistemes biològics. Es fan mitjançant diferents formes de fosfat, una molècula que conté fòsfor i oxigen. Un típic tampó fosfat força contenir una barreja de Kh2po4 (fosfat de dihidrogen de potassi) i K2hpo4 (Dipotàssic fosfat d’hidrogen)). La relació específica d’aquests dos components determina la final p. de la tampó.

Quina diferència hi ha entre KH2PO4 i K2HPO4?

La clau diferència entre Kh2po4 i K2hpo4 es troba en el nombre de hidrogen (H) àtoms que contenir.

• Kh2po4 (Fosfat de dihidrogen de potassi): Aquest compost també es coneix com a monobàsic fosfat de potassi. En té dos hidrogen àtoms. Quan es dissol en aigua, actua com a feble àcid, donant un protó (H+) al solució.

• K2hpo4 (Fosfat d’hidrogen de dipotàssi): Aquest compost també es coneix com a Dibasic fosfat de potassi. En té només un hidrogen àtom. Quan es dissol en aigua, actua com a base feble, acceptant un protó (H+) del solució.

Aquesta diferència aparentment petita en l'estructura química condueix a diferències significatives en el seu comportament en solució. Kh2po4 contribueix a les propietats àcides del tampó, mentre K2hpo4 contribueix al bàsic (o alcalí) Propietats.

Com funcionen KH2PO4 i K2HPO4 en una solució tampó?

Kh2po4 i K2hpo4 treballar junts com a parella conjugada d’àcid-base per crear un tampó fosfat. La reacció d'equilibri es pot representar de la següent manera:

H2po4- (aq) + h2o (l) ⇌ hpo42- (aq) + h3o + (aq)

• Kh2po4 proporciona el H2PO4- (fosfat de dihidrogen) ions.
• K2hpo4 proporciona el HPO42- (fosfat d’hidrogen) ions.

Quan una petita quantitat de àcid (H+) és afegit a la tampó, els ions HPO42 reaccionen amb el àcid, canviant l'equilibri a l'esquerra i minimitzant el canvi en p.. Quan una petita quantitat de base (oh-) és afegit, els ions H2PO4 reaccionen amb la base, canviant l'equilibri a la dreta i minimitzant el canvi de p.. Aquesta capacitat per resistir els canvis de pH és el que fa un tampó Tan útil. La proporció ho farà addiccionar a l'efecte.

Com preparar una solució tampó fosfat amb KH2PO4 i K2HPO4?

A preparar a tampó fosfat Solució, necessitareu:

1. Kh2po4 (fosfat de dihidrogen de potassi)
2. K2hpo4 (Dipotàssic fosfat d’hidrogen)
3. Aigua destil·lada
4. Un metre de pH
5. Baques i equips agitar

Aquí teniu un procediment general (consulteu sempre un específic protocol Per al vostre desitjat p. i concentració):

1. Determineu el pH desitjat i la concentració del vostre tampó. Per exemple, és possible que vulgueu un 0,1 m tampó fosfat a pH 7,2.

2. Calculeu la quantitat de KH2PO4 i K2HPO4 necessaris. Podeu utilitzar el Henderson-Hasselbalch equació o en línia tampó calculadores per determinar el correcte proporció Dels dos components. L’equació de Henderson-Hasselbalch és:
   ph = pKa + log ([hPO42-]/[h2po4-])
   On PKA és una constant relacionada amb el fosfat ió (aproximadament 7,2 per a la segona dissociació de la fosfòrica àcid)).

3. Calculeu els mols de KH2PO4 i K2HPO4 al buffer, doncs addiccionar el pes molar respectiu i això us dirà quants grams heu d’afegir al solució.

4. Dissoldre les masses calculades de Kh2po4 i K2hpo4 en un volum d’aigua destil·lada lleugerament inferior al que desitgeu final volum. Per exemple, si voleu 1 litre de tampó, comenceu amb uns 800 ml d’aigua.

5. Agiteu la solució fins que les sals es dissolguin completament.

6. Utilitzeu un mesurador de pH per mesurar el pH de la solució.

7. Si cal, ajusteu el pH afegint petites quantitats d’una solució concentrada de KH2PO4 (per baixar el pH) o K2HPO4 (per augmentar el pH).

8. Un cop arribat el pH desitjat, afegiu aigua destil·lada per portar la solució al volum final desitjat.

Quin és el rang de pH d’un buffer fosfat?

Tampons de fosfat són més efectius al p. rang d'aproximadament 6,0 a 8,0. Això es deu al fet que el PKA del fosfat d’hidrogen/dihidrogen fosfat L’equilibri és al voltant de les 7.2. El Capacitat de buffering és més alt quan el p. està a prop del valor PKA. Tot i que és més eficaç prop de 7.2, pot tampó a un rang de valors, inclòs lleugerament alcalí 7.4.

Tot i això, és important tenir en compte que els efectius tampó el rang es pot estendre lleugerament segons la tolerància acceptable per a p. Canvi en una aplicació determinada. Una tampó fosfat encara pot proporcionar -ne alguns amortiment capacitat fora d’aquest rang, però serà menys eficaç per resistir -se p. canvia. El tampó fosfat El rang és ideal per a moltes aplicacions biològiques.

Com puc triar entre KH2PO4 i K2HPO4 per al meu experiment?

L'elecció entre utilitzar Kh2po4 o K2hpo4 sol, o en combinació, depèn completament del desitjat p. del vostre solució.

• Si necessiteu un àcid solució, utilitzaríeu principalment Kh2po4.
• Si necessiteu un bàsic o alcalí solució, utilitzaríeu principalment K2hpo4.
• Si necessiteu un neutre o gairebé neutre p., haureu d'utilitzar un barrejar d’ambdues Kh2po4 i K2hpo4 Per crear un tampó. El exactament proporció dels dos dependran de l’especial p. Esteu intentant aconseguir.

És rar utilitzar només un d’aquests compostos en un entorn de recerca. Molt sovint, voleu crear un tampó solució per estabilitzar el p. d’una reacció o solució.

Puc utilitzar àcid fosfòric (H3PO4) per fer un tampó fosfat?

Sí, podeu utilitzar -lo àcid fosfòric (H3po4) a preparar a tampó fosfat. Però, àcid fosfòric és un tripròtic àcid, és a dir, té tres àtoms d’hidrogen ionitzables. Això condueix a tres passos de dissociació diferents, cadascun amb el seu propi valor PKA:

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

Per fer un tampó utilitzar H3po4, normalment ho faríeu addiccionar una base forta, com Koh (hidròxid de potassi) o sodi hidròxid (NaOH), per neutralitzar parcialment el àcid i creeu el desitjat proporció de fosfat espècie. Per exemple, per crear un tampó al voltant p. 7, ho faríeu addiccionar Base suficient per arribar al segon pas de dissociació, creant una barreja de H2PO4 i HPO42-. El tampó zona per àcid fosfòric s’estén a diversos intervals.

Utilitzar H3po4 pot ser més complex que utilitzar Kh2po4 i K2hpo4 directament, ja que cal controlar detingudament la quantitat de base afegit Per arribar al desitjat p.. Tanmateix, pot ser un enfocament útil si només ho teniu àcid fosfòric disponible o voleu crear un solució amb més alt força iònica.

Per què KH2PO4 és àcid i K2HPO4 és bàsic?

L’acidesa de Kh2po4 i la bàsicitat de K2hpo4 Relaciona directament amb les seves estructures químiques i com interactuen amb l’aigua.

• KH2PO4 (fosfat de dihidrogen de potassi): Quán Kh2po4 Es dissol en aigua, es dissocia en ions K+ i H2PO4. El fosfat de dihidrogen ió (H2PO4-) pot actuar com a feble àcid, donant un protó (H+) a l'aigua:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  La formació de H3O+ (ions d'hidroni) augmenta el àcid concentració a la solució, fent -lo àcid.

• K2HPO4 (fosfat d’hidrogen dipotàssi): Quán K2hpo4 Es dissol en aigua, es dissocia en ions 2K+ i HPO42. El ió fosfat d'hidrogen (HPO42-) pot actuar com a base feble, acceptant un protó (H+) de l'aigua:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  La formació d’OH- (ions d’hidròxid) augmenta la base concentració a la solució, fent -ho bàsic o alcalí.

Com ajustar el pH d’un tampó fosfat?

Ajustant el p. de un tampó fosfat és comú tècnica a la laboratori. Aquí teniu com fer -ho:

1. Mesureu el pH inicial: Utilitzeu un mesurador de pH calibrat per mesurar amb precisió el p. del vostre tampó solució.
2. Decidiu la direcció de l’ajust: Determineu si cal augmentar o disminuir el p..
3. Afegiu la solució adequada:
   • Per baixar el pH (fer -lo més àcid): Lentament addiccionar un diluït solució de Kh2po4 o un diluït solució d’un fort àcid igual que HCL (clorhídric àcid), mentre segueix contínuament el p. amb el metre de pH.
   • Per augmentar el pH (feu -lo més bàsic/alcalí): Lentament addiccionar un diluït solució de K2hpo4 o un diluït solució d’una base forta com Koh (hidròxid de potassi) o NaOH (sodi hidròxid), mentre controlen contínuament el p. amb el metre de pH.
4. Barregeu bé: Assegurar el solució està ben barrejat després de cada addició.
5. Atureu -vos quan s’arriba al pH desitjat: Continuar afegint l’ajust solució en petits increments fins que el mesurador de pH llegeixi el desitjat p. valor. Tingueu cura de no desbanament.

Nota important: Sempre addiccionar l’ajust solució lentament i en petites quantitats, tot remenant i controlant contínuament p.. Això impedeix dràstic p. canvia i assegura el tampó manté el seu Capacitat de buffering. Podeu fer referència L’acetat de sodi químic de Kand Documentació per barrejar bones pràctiques amb productes químics similars.

Quines són algunes aplicacions comunes de buffers fosfats?

Tampons de fosfat són increïblement versàtils i s’utilitzen en una àmplia gamma d’aplicacions, incloses:

• Recerca biològica: Mantenint el p. de cultius cel·lulars, proteïna Solucions i reaccions enzimàtiques. Solució PBS, per exemple, és fosfat Salina tampada.
• Biologia molecular: ADN i ARN extracció, electroforesi i altres molecular biologia tècniques.
• Bioquímica: Estudiar la cinètica enzimàtica, proteïna Purificació i altres processos bioquímics.
• Química: Com a tampó En reaccions químiques i titulacions.
• Indústria farmacèutica: Formulació de medicaments i medicaments.
• Indústria alimentària: Control p. En el processament i la preservació d’aliments.
• Tractaments industrials d’aigua: Kand's Chemicals ofereix una varietat de fosfats que sovint s’utilitzen en el tractament de l’aigua.

La biocompatibilitat i ajustable p. gamma de tampons de fosfat Fes -los una eina valuosa en molts camps diferents. El específic concentració i p. de la tampó es triarà en funció dels requisits de l’aplicació en concret.

Resolució de problemes Preparació tampó de fosfat

A continuació, es mostren alguns problemes habituals a l’hora de preparar -se tampons de fosfat i com resoldre’ls:

• El pH no és estable:

  • Assegureu -vos que el mesurador de pH estigui correctament calibrat. Utilitzeu calibració fresca bufferes I seguiu les instruccions del fabricant.
  • Assegureu -vos que les sals es dissolen completament. Remoure el solució Molt bé fins que no queden partícules sòlides.
  • Utilitzeu productes químics purs d’alta qualitat. Les impureses poden afectar el p. i Capacitat de buffering. El químic de Kand s’enorgulleix de la puresa.
  • Comproveu la contaminació. Assegureu -vos que la vostra cristalleria i l’aigua estiguin nets i lliures de contaminants.
  • Heu afegit tots els components? Comproveu que el correcte massa Per a tots els components.

• El pH és massa alt o massa baix:

  • Comproveu doble els vostres càlculs. Assegureu -vos d’utilitzar les quantitats correctes de Kh2po4 i K2hpo4.
  • Ajusteu el pH amb cura utilitzant solucions diluïdes de Kh2po4 (a baixar p.) o K2hpo4 (per aixecar p.), o diluir HCL o Koh Com es descriu més amunt.

• Precipitar les formes al buffer:

  • Això pot passar si la concentració del buffer és massa alta. Proveu de diluir el tampó.
  • Algunes sals fosfat tenen una solubilitat limitada. Assegureu -vos que no supereu el límit de solubilitat del sals Esteu fent servir.
  • La temperatura pot afectar la solubilitat. Alguns fosfat Les sals són menys solubles a temperatures més baixes.
  • Contaminació. Assegureu -vos del vostre químic Els reactius estan lliures de contaminació i que esteu treballant en condicions estèrils, lliures de contaminants externs.

• No puc obtenir el meu pH desitjat

  • Si heu seguit un protocol I no esteu aconseguint el pH indicat, proveu de mirar el internet. ResearchGate té una comunitat robusta de científics que comparteixen les seves experiències i és possible que en trobeu explicació. Si la pregunta sobre el vostre buffer fosfat específic no ha estat preguntat, potser relatar la vostra pregunta a una de similar.

Takeaways clau

• Kh2po4 (Potassi fosfat de dihidrogen) i K2hpo4 (Dipotàssic fosfat d’hidrogen) són components clau de tampons de fosfat.
• Kh2po4 és àcid, mentre que K2hpo4 és bàsic.
• El proporció de Kh2po4 i K2hpo4 determina el p. de la tampó solució.
• Tampons de fosfat són efectius al p. Range de 6,0 a 8,0.
• Pots Prepareu els tampons de fosfat utilitzar Kh2po4 i K2hpo4, o per titulació àcid fosfòric (H3po4) amb una base forta.
• Curosa p. L’ajustament i la resolució de problemes són essencials per tenir èxit tampó preparació.
• Si esteu preparant el buffer des de H3po4 titular amb Koh fins al solució Arriba al pH desitjat.
• Anar de Kh2po4 a K2hpo4 ho haurà de fer Afegiu koh.
• Per al revés, utilitzeu HCL.

Aquesta guia completa proporciona un fonament sòlid per comprendre i utilitzar tampons de fosfat al vostre treball. No oblideu consultar sempre protocols específics i directrius de seguretat per als vostres experiments. Bona sort.