KH2PO4 gegen K2HPO4: Verständnis der wichtigsten Unterschiede in Phosphatpuffer

Dieser Artikel erklärt die Unterschiede zwischen KH2PO4 (Kaliumdihydrogenphosphat) und K2HPO4 (Dipotium -Wasserstoffphosphat), zwei häufige Komponenten von Phosphatpufferlösungen. Wir werden uns mit ihren chemischen Eigenschaften befassen, wie sie in Puffer funktionieren und wie Sie das richtige für Ihre spezifischen Anforderungen auswählen. Unabhängig davon, ob Sie ein erfahrener Forscher sind oder gerade erst im Labor beginnen, ist das Verständnis dieser Unterscheidungen für genaue experimentelle Ergebnisse von entscheidender Bedeutung. Dies ist a Must-Read Für alle, die mit Bufferlösungen in Biologie, Chemie oder verwandten Bereichen arbeiten.

Was ist ein Phosphatpuffer? Eine Erklärung

A Puffer Lösung ist ein entscheidendes Instrument in vielen wissenschaftlichen Experimenten. Seine Hauptaufgabe ist es, den Veränderungen zu widerstehen pH-Wert Wenn kleine Mengen von Säure oder Basis sind hinzugefügt. Dies ist wichtig, da viele chemische Reaktionen, insbesondere solche in biologischen Systemen, sehr empfindlich gegenüber pH -Veränderungen sind.

Phosphatpufferinsbesondere werden weit verbreitet, weil sie können Puffer über einen Bereich von pH -Werten und sind mit vielen biologischen Systemen kompatibel. Sie werden mit verschiedenen Formen von gemacht Phosphat, ein Molekül, das Phosphor und Sauerstoff enthält. Eine typische Phosphatpuffer könnte enthalten eine Mischung aus KH2PO4 (Kaliumdihydrogenphosphat) und K2HPO4 (Dipotium Wasserstoffphosphat). Das spezifische Verhältnis dieser beiden Komponenten bestimmt das Finale pH-Wert der Puffer.

Was ist der Unterschied zwischen KH2PO4 und K2HPO4?

Der Schlüssel Unterschied zwischen KH2PO4 Und K2HPO4 liegt in der Anzahl der Wasserstoff (H) Atome sie enthalten.

• KH2PO4 (Kaliumdihydrogenphosphat): Diese Verbindung ist auch als monobasisch bekannt Kaliumphosphat. Es hat zwei Wasserstoff Atome. Wenn es in Wasser gelöst ist, wirkt es als schwach SäureSpenden eines Protons (H+) an die Lösung.

• K2HPO4 (Dipotium -Wasserstoffphosphat): Diese Verbindung ist auch als Dibasische bekannt Kaliumphosphat. Es hat nur einen Wasserstoff Atom. Wenn es in Wasser gelöst ist, wirkt es als schwache Basis und akzeptiert ein Proton (H+) aus dem Lösung.

Dieser scheinbar geringe Unterschied in der chemischen Struktur führt zu signifikanten Unterschieden in ihrem Verhalten in Lösung. KH2PO4 trägt zu den sauren Eigenschaften des Puffer, während K2HPO4 trägt zum Basis bei (oder alkalisch) Eigenschaften.

Wie arbeiten KH2PO4 und K2HPO4 in einer Pufferlösung zusammen?

KH2PO4 Und K2HPO4 Arbeiten Sie zusammen als Konjugate-Säure-Base-Paar, um a zu erzeugen Phosphatpuffer. Die Gleichgewichtsreaktion kann wie folgt dargestellt werden:

H2PO4- (AQ) + H2O (l) ⇌ HPO42- (aq) + H3O + (aq)

• KH2PO4 stellt den H2PO4- (Dihydrogenphosphat) Ionen.
• K2HPO4 Bietet den HPO42- (Wasserstoffphosphat) Ionen.

Wenn eine kleine Menge an Säure (H+) ist hinzugefügt zu dem Pufferdie HPO42-Ionen reagieren mit dem Säuredas Gleichgewicht nach links verschieben und die Änderung in minimieren pH-Wert. Wenn eine kleine Menge Basis (OH-) ist hinzugefügtDie H2PO4-Ionen reagieren mit der Basis, verschieben das Gleichgewicht nach rechts und minimieren erneut die Änderung in pH-Wert. Diese Fähigkeit, pH -Veränderungen zu widerstehen, ist das, was a macht Puffer So nützlich. Das Verhältnis wird hinzufügen zum Effekt.

Wie bereite ich eine Phosphatpufferlösung mit KH2PO4 und K2HPO4 vor?

Zu vorbereiten a Phosphatpuffer Lösung, Sie brauchen:

1. KH2PO4 (Kaliumdihydrogenphosphat)
2. K2HPO4 (Dipotium Wasserstoffphosphat)
3. Destilliertes Wasser
4. Ein pH -Messgerät
5. Becher und rührende Ausrüstung

Hier ist ein allgemeines Verfahren (konsultieren Sie immer eine bestimmte Protokoll für deine gewünschten pH-Wert Und Konzentration):

1. Bestimmen Sie den gewünschten pH und die gewünschte Konzentration Ihres Puffers. Zum Beispiel möchten Sie möglicherweise eine 0,1 m Phosphatpuffer bei pH 7,2.

2. Berechnen Sie die Menge an KH2PO4 und K2HPO4 benötigt. Sie können den Henderson-Hasselbalch verwenden Gleichung oder online Puffer Taschenrechner, um die richtigen zu bestimmen Verhältnis der beiden Komponenten. Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung lautet:
   PH = PKA + LOG ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Wo PKA eine Konstante ist, die mit dem zusammenhängt Phosphat Ion (ungefähr 7,2 für die zweite Dissoziation von Phosphor Säure).

3. Berechnen Sie dann die Mol von KH2PO4 und K2HPO4 im Puffer hinzufügen das jeweilige Molargewicht und das wird Ihnen sagen Lösung.

4. Lösen die kalkulierten Massen von KH2PO4 Und K2HPO4 in einem Volumen an destilliertem Wasser, das etwas weniger als Ihr endgültiges gewünschtes ist Volumen. Zum Beispiel, wenn Sie 1 Liter von wollen PufferBeginnen Sie mit ca. 800 ml von Wasser.

5. Rühren Sie die Lösung, bis die Salze vollständig gelöst sind.

6. Verwenden Sie ein pH -Messgerät, um den pH -Wert der Lösung zu messen.

7. Passen Sie bei Bedarf den pH -Wert an, indem Sie kleine Mengen einer konzentrierten Lösung von entweder KH2PO4 (um den pH) oder K2HPO4 (um den pH -Wert erhöhen) zu senken.

8. Sobald der gewünschte pH erreicht ist, fügen Sie destilliertes Wasser hinzu, um die Lösung in das endgültige gewünschte Volumen zu bringen.

Was ist der pH -Bereich eines Phosphatpuffers?

Phosphatpuffer sind am effektivsten in der pH-Wert Bereich von ca. 6,0 bis 8,0. Dies liegt daran, dass der PKA der Wasserstoffphosphat/Dihydrogen Phosphat Das Gleichgewicht liegt bei 7,2. Der Pufferkapazität ist am höchsten, wenn die pH-Wert ist nahe am PKA -Wert. Obwohl es in der Nähe von 7,2 am effektivsten ist, kann es Puffer bei einem Wertebereich, einschließlich der etwas leicht alkalisch 7.4.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die effektive Puffer Der Bereich kann je nach akzeptabler Toleranz für leicht verlängert werden pH-Wert Änderung einer bestimmten Anwendung. A Phosphatpuffer könnte noch etwas liefern Pufferung Kapazität außerhalb dieses Bereichs, aber es wird weniger effektiv gegen Widerstand sein pH-Wert Änderungen. Der Phosphatpuffer Die Reichweite ist ideal für viele biologische Anwendungen.

Wie wähle ich für mein Experiment zwischen KH2PO4 und K2HPO4?

Die Wahl zwischen der Verwendung KH2PO4 oder K2HPO4 allein oder in Kombination hängt ganz von den gewünschten ab pH-Wert von dir Lösung.

• Wenn Sie eine Säure benötigen LösungSie würden in erster Linie verwenden KH2PO4.
• Wenn Sie eine Basis benötigen oder alkalisch LösungSie würden in erster Linie verwenden K2HPO4.
• Wenn Sie ein neutrales oder nahezu neutral benötigen pH-WertSie müssen a verwenden mischen von beiden KH2PO4 Und K2HPO4 A erstellen a Puffer. Genau Verhältnis von den beiden hängt von der spezifischen ab pH-Wert Sie versuchen zu erreichen.

Es ist selten, nur eine dieser Verbindungen in einer Forschungsumgebung zu verwenden. Meistens wollen Sie eine schaffen Puffer Lösung zur Stabilisierung der pH-Wert einer Reaktion oder Lösung.

Kann ich Phosphorsäure (H3PO4) verwenden, um einen Phosphatpuffer herzustellen?

Ja, Sie können verwenden Phosphorsäure (H3PO4) Zu vorbereiten a Phosphatpuffer. Jedoch, Phosphorsäure ist ein Triprot Säure, was bedeutet, dass es drei ionisierbare Wasserstoffatome hat. Dies führt zu drei verschiedenen Dissoziationsschritten mit jeweils einen eigenen PKA -Wert:

1. H3PO4 ⇌ H + + H2PO4- (PKA1 ≈ 2,15)
2. H2PO4- ⇌ H + + HPO42- (PKA2 ≈ 7,20)
3. HPO42- ⇌ H + + PO43- (PKA3 ≈ 12,35)

A machen Puffer Verwendung H3PO4, Sie würden normalerweise hinzufügen eine starke Basis, wie Koh (Kaliumhydroxid) oder Natrium Hydroxid (NaOH), um die teilweise zu neutralisieren Säure und erstellen die gewünschten Verhältnis von Phosphat Spezies. Zum Beispiel um a zu erstellen Puffer um pH-Wert 7, du würdest hinzufügen Genug Basis, um den zweiten Dissoziationsschritt zu erreichen und eine Mischung aus H2PO4- und HPO42- zu erzeugen. Der Puffer Zone für Phosphorsäure erstreckt sich auf mehrere Bereiche.

Verwendung H3PO4 kann komplexer sein als verwendet KH2PO4 Und K2HPO4 Direkt, da Sie die Basismenge sorgfältig steuern müssen hinzugefügt das gewünschte erreichen pH-Wert. Es kann jedoch ein nützlicher Ansatz sein, wenn Sie nur haben Phosphorsäure verfügbar oder möchten eine erstellen Lösung mit höher Ionenstärke.

Warum KH2PO4 ist Säure und K2HPO4 ist grundlegend?

Die Säure von KH2PO4 und die Basizität von K2HPO4 Beziehen Sie sich direkt auf ihre chemischen Strukturen und wie sie mit Wasser interagieren.

• KH2PO4 (Kaliumdihydrogenphosphat): Wann KH2PO4 Löst sich in Wasser auf, dissoziiert es in K+ -Ionen und H2PO4-Ionen. Der Dihydrogenphosphat Ion (H2PO4-) kann als schwach wirken SäureSpenden eines Protons (H+) an Wasser:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  Die Bildung von H3O+ (Hydroniumionen) erhöht die Säure Konzentration in der Lösung, was es sauer macht.

• K2HPO4 (Dipotium -Wasserstoffphosphat): Wann K2HPO4 Löst sich in Wasser auf, dissoziiert es in 2K+ Ionen und HPO42-Ionen. Der Wasserstoffphosphation (HPO42-) kann als schwache Basis wirken und ein Proton (H+) aus Wasser akzeptieren:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Die Bildung von OH- (Hydroxidionen) erhöht die Basis Konzentration im Lösung, es grundlegend machen oder alkalisch.

Wie kann man den pH -Wert eines Phosphatpuffer einstellen?

Einstellen des pH-Wert von a Phosphatpuffer ist ein häufiges Technik im Labor. Hier erfahren Sie, wie es geht:

1. Messen Sie den anfänglichen pH: Verwenden Sie ein kalibriertes pH -Messgerät, um die genau zu messen pH-Wert von dir Puffer Lösung.
2. Entscheiden Sie sich für die Anpassungsrichtung: Stellen Sie fest, ob Sie die erhöhen oder verringern müssen pH-Wert.
3. Fügen Sie die entsprechende Lösung hinzu:
   • Um den pH -Wert zu senken (es saurer machen): Langsam hinzufügen ein verdünnter Lösung von KH2PO4 oder eine verdünnte Lösung eines starken Säure wie HCl (Hydrochlor Säure), während die kontinuierliche Überwachung der pH-Wert mit dem pH -Messgerät.
   • Um den pH -Wert zu erhöhen (machen Sie ihn grundlegender/alkalisch): Langsam hinzufügen ein verdünnter Lösung von K2HPO4 oder eine verdünnte Lösung einer starken Basis wie Koh (Kaliumhydroxid) oder NaOH (Natrium Hydroxid), während die kontinuierliche Überwachung der pH-Wert mit dem pH -Messgerät.
4. Gründlich mischen: Stellen Sie sicher, dass die Lösung ist nach jeder Addition gut gemischt.
5. Stoppen Sie, wenn der gewünschte pH erreicht ist: Fügen Sie die Einstellung weiter hinzu Lösung in kleinen Schritten, bis der pH -Messgerät das gewünschte liest pH-Wert Wert. Achten Sie darauf, nicht zu überschreiten.

Wichtiger Hinweis: Stets hinzufügen die Einstellung Lösung Langsam und in kleinen Mengen, während sie kontinuierlich rühren und die überwachen pH-Wert. Dies verhindert drastisch pH-Wert ändert sich und sorgt dafür Puffer behält seine Pufferkapazität. Sie können sich verweisen Kands chemisches Natriumacetat Dokumentation zum Mischen von Best Practices mit ähnlichen Chemikalien.

Was sind einige häufige Anwendungen von Phosphatpuffern?

Phosphatpuffer sind unglaublich vielseitig und werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter:

• Biologische Forschung: Aufrechterhaltung der pH-Wert von Zellkulturen, Protein Lösungen und Enzymreaktionen. PBS -Lösungzum Beispiel ist Phosphat gepufferte Kochsalzlösung.
• Molekularbiologie: DNA und RNA Extraktion, Elektrophorese und andere Molekular Biologie Techniken.
• Biochemie: Untersuchung der Enzymkinetik, Protein Reinigung und andere biochemische Prozesse.
• Chemie: Als a Puffer in chemischen Reaktionen und Titrationen.
• Pharmaindustrie: Medikamente und Medikamente formulieren.
• Lebensmittelindustrie: Kontrolle pH-Wert in der Lebensmittelverarbeitung und Erhaltung.
• Industriewasserbehandlungen: Kand's Chemicals bietet eine Vielzahl von Phosphaten die häufig in der Wasseraufbereitung eingesetzt werden.

Die Biokompatibilität und einstellbar pH-Wert Reichweite von Phosphatpuffer Machen Sie sie in vielen verschiedenen Bereichen ein wertvolles Werkzeug. Das Spezifische Konzentration Und pH-Wert der Puffer wird anhand der Anforderungen der jeweiligen Anwendung ausgewählt.

Fehlerbehebung Phosphatpuffervorbereitung

Hier sind einige häufige Probleme bei der Vorbereitung Phosphatpuffer und wie man sie lösen:

• PH ist nicht stabil:

  • Stellen Sie sicher, dass Ihr pH -Messgerät richtig kalibriert ist. Verwenden Sie frische Kalibrierung Puffer und befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers.
  • Stellen Sie sicher, dass die Salze vollständig aufgelöst sind. Umrühren Lösung gründlich, bis keine festen Partikel verbleiben.
  • Verwenden Sie hochwertige, reine Chemikalien. Verunreinigungen können die beeinflussen pH-Wert Und Pufferkapazität. Kands chemische Stolz ist auf Reinheit stolz.
  • Überprüfen Sie die Kontamination. Stellen Sie sicher, dass Ihre Glaswaren und Ihr Wasser sauber und frei von Verunreinigungen sind.
  • Haben Sie alle Komponenten hinzugefügt? Überprüfen Sie, ob das richtig Masse Für alle Komponenten.

• PH ist zu hoch oder zu niedrig:

  • Überprüfen Sie Ihre Berechnungen. Stellen Sie sicher, dass Sie die richtigen Mengen von verwendet haben KH2PO4 Und K2HPO4.
  • Passen Sie den pH sorgfältig an Verwenden verdünnte Lösungen von KH2PO4 (zu senken pH-Wert) oder K2HPO4 (Erhöhen pH-Wert) oder verdünnt HCl oder Koh wie oben beschrieben.

• Niederschlagsformen im Puffer:

  • Dies kann passieren, wenn die Konzentration des Puffers zu hoch ist. Versuchen Sie, das zu verwässern Puffer.
  • Einige Phosphatsalze haben eine begrenzte Löslichkeit. Stellen Sie sicher, dass Sie die Löslichkeitsgrenze der Löslichkeit nicht überschreiten Salze Sie verwenden.
  • Die Temperatur kann die Löslichkeit beeinflussen. Manche Phosphat Salze sind bei niedrigeren Temperaturen weniger löslich.
  • Kontamination. Stellen Sie sicher, dass Ihre Chemikalie Reagenzien sind frei von Verunreinigungen und Sie arbeiten unter sterilen Bedingungen, frei von außen Verunreinigungen.

• Kann meinen gewünschten pH nicht erhalten

  • Wenn Sie a gefolgt sind Protokoll Und Sie erreichen den angegebenen pH nicht. Versuchen Sie, auf das zu suchen Internet. ResearchGate Hat eine robuste Gemeinschaft von Wissenschaftlern, die ihre Erfahrungen teilen, und Sie können eine finden Erläuterung. Wenn die Frage nach Ihrem spezifischen Phosphatpuffer nicht war gefragt, Sie können betreffen Ihre Frage zu einem ähnlichen.

Wichtige Erkenntnisse

• KH2PO4 (Kalium Dihydrogenphosphat) Und K2HPO4 (Dipotium Wasserstoffphosphat) sind Schlüsselkomponenten von Phosphatpuffer.
• KH2PO4 ist saur, während K2HPO4 ist einfach.
• Der Verhältnis von KH2PO4 Und K2HPO4 bestimmt die pH-Wert der Puffer Lösung.
• Phosphatpuffer sind wirksam in der pH-Wert Bereich von 6,0 bis 8,0.
• Du kannst Phosphatpuffer vorbereiten Verwendung KH2PO4 Und K2HPO4oder durch Titrieren Phosphorsäure (H3PO4) mit einer starken Basis.
• Vorsichtig pH-Wert Anpassung und Fehlerbehebung sind für erfolgreiche unerlässlich Puffer Vorbereitung.
• Wenn Sie den Puffer von vorbereiten H3PO4 titrieren mit Koh bis der Lösung erreicht den gewünschten pH.
• Von KH2PO4 Zu K2HPO4 Sie müssen Fügen Sie Koh hinzu.
• Für die Rückseite verwenden Sie HCl.

Dieser umfassende Leitfaden bietet eine solide Grundlage für das Verständnis und die Verwendung Phosphatpuffer in deiner Arbeit. Denken Sie daran, immer bestimmte Protokolle und Sicherheitsrichtlinien für Ihre Experimente zu konsultieren. Viel Glück.