KH2PO4 vs. K2HPO4: Comprensión de las diferencias clave en los amortiguadores de fosfato

Este artículo explica las diferencias entre KH2PO4 (fosfato de dihidrógeno de potasio) y K2HPO4 (fosfato de hidrógeno de dipotasio), dos componentes comunes de las soluciones de tampón fosfato. Vamos a profundizar en sus propiedades químicas, cómo funcionan en los amortiguadores y cómo elegir el adecuado para sus necesidades específicas. Ya sea que sea un investigador experimentado o simplemente comience en el laboratorio, comprender estas distinciones es vital para resultados experimentales precisos. Este es un de referencia para cualquier persona que trabaje con soluciones de amortiguación en biología, química o campos relacionados.

¿Qué es un tampón fosfato? Una explicación

A buffer La solución es una herramienta crucial en muchos experimentos científicos. Su trabajo principal es resistir los cambios en ph Cuando pequeñas cantidades de ácido o la base son agregado. Esto es importante porque muchas reacciones químicas, especialmente las de los sistemas biológicos, son muy sensibles a los cambios de pH.

Tampones de fosfato, en particular, se usan ampliamente porque pueden buffer en un rango de valores de pH y son compatibles con muchos sistemas biológicos. Están hechos usando diferentes formas de fosfato, una molécula que contiene fósforo y oxígeno. Un típico tampón fosfato podría contener una mezcla de KH2PO4 (fosfato de dihidrógeno de potasio) y K2HPO4 (Dipotasio fosfato de hidrógeno). La relación específica de estos dos componentes determina la final ph del buffer.

¿Cuál es la diferencia entre KH2PO4 y K2HPO4?

La llave diferencia entre KH2PO4 y K2HPO4 reside en el número de hidrógeno (H) átomos contener.

• KH2PO4 (Fosfato de dihidrógeno de potasio): este compuesto también se conoce como monobásico fosfato de potasio. Tiene dos hidrógeno átomos. Cuando se disuelve en agua, actúa como un débil ácido, donando un protón (H+) al solución.

• K2HPO4 (Fosfato de hidrógeno de dipotasio): este compuesto también se conoce como dibásico fosfato de potasio. Tiene solo uno hidrógeno átomo. Cuando se disuelve en agua, actúa como una base débil, aceptando un protón (H+) del solución.

Esta diferencia aparentemente pequeña en la estructura química conduce a diferencias significativas en su comportamiento en la solución. KH2PO4 contribuye a las propiedades ácidas del buffer, mientras K2HPO4 contribuye a lo básico (o alcalino) propiedades.

¿Cómo funcionan KH2PO4 y K2HPO4 juntos en una solución de amortiguación?

KH2PO4 y K2HPO4 Trabajan juntos como un par de base de ácido conjugado para crear un tampón fosfato. La reacción de equilibrio se puede representar de la siguiente manera:

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

• KH2PO4 proporciona el H2PO4- (dihidrógeno fosfato) iones.
• K2HPO4 proporciona el HPO42- (fosfato de hidrógeno) iones.

Cuando una pequeña cantidad de ácido (H+) es agregado hacia buffer, los iones hpo42- reaccionan con el ácido, cambiando el equilibrio hacia la izquierda y minimizando el cambio en ph. Cuando una pequeña cantidad de base (oh-) es agregado, los iones H2PO4 reaccionan con la base, cambiando el equilibrio a la derecha y nuevamente minimizando el cambio en ph. Esta capacidad para resistir los cambios de pH es lo que hace un buffer tan útil. La relación agregar al efecto.

¿Cómo preparar una solución de tampón fosfato con KH2PO4 y K2HPO4?

A preparar a tampón fosfato solución, necesitará:

1. KH2PO4 (fosfato de dihidrógeno de potasio)
2. K2HPO4 (Dipotasio fosfato de hidrógeno)
3. Agua destilada
4. Un medidor de pH
5. Vasos de precipitados y equipo de agitación

Aquí hay un procedimiento general (siempre consulte un específico protocolo para tu deseado ph y concentración)

1. Determine el pH y la concentración deseados de su tampón. Por ejemplo, es posible que desee un 0.1m tampón fosfato a pH 7.2.

2. Calcule la cantidad de KH2PO4 y K2HPO4 necesaria. Puedes usar el Henderson-Hasselbalch ecuación o en línea buffer calculadoras para determinar el correcto relación de los dos componentes. La ecuación de Henderson-Hasselbalch es:
   ph = pka + log ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Donde pka es una constante relacionada con el fosfato ion (aproximadamente 7.2 para la segunda disociación de fosfórica ácido).

3. Calcule los moles de KH2PO4 y K2HPO4 en el tampón, luego agregar el peso molar respectivo y eso le dirá cuántos gramos agregar al solución.

4. Disolver las masas calculadas de KH2PO4 y K2HPO4 en un volumen de agua destilada que es ligeramente menor que la final deseada volumen. Por ejemplo, si quieres 1 litro de buffer, comience con alrededor de 800 ml de agua.

5. Revuelva la solución hasta que las sales estén completamente disueltas.

6. Use un medidor de pH para medir el pH de la solución.

7. Si es necesario, ajuste el pH agregando pequeñas cantidades de una solución concentrada de KH2PO4 (para reducir el pH) o K2HPO4 (para elevar el pH).

8. Una vez que se alcanza el pH deseado, agregue agua destilada para llevar la solución al volumen final deseado.

¿Cuál es el rango de pH de un tampón fosfato?

Tampones de fosfato son más efectivos en el ph rango de aproximadamente 6.0 a 8.0. Esto se debe a que el PKA del fosfato de hidrógeno/dihidrógeno fosfato El equilibrio es de alrededor de 7.2. El capacidad de amortiguación es más alto cuando el ph está cerca del valor PKA. Aunque es más efectivo cerca de 7.2 puede buffer en un rango de valores, incluido el ligeramente alcalino 7.4.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que el efectivo buffer el rango puede extenderse ligeramente dependiendo de la tolerancia aceptable para ph cambio en una aplicación en particular. A tampón fosfato todavía podría proporcionar algunos amortiguación capacidad fuera de este rango, pero será menos efectivo para resistir ph cambios. El tampón fosfato El rango es ideal para muchas aplicaciones biológicas.

¿Cómo elijo entre KH2PO4 y K2HPO4 para mi experimento?

La elección entre usar KH2PO4 o K2HPO4 solo, o en combinación, depende completamente de los deseados ph de tu solución.

• Si necesitas un ácido solución, usarías principalmente KH2PO4.
• Si necesita un básico o alcalino solución, usarías principalmente K2HPO4.
• Si necesita un neutral o casi neutral ph, necesitarás usar un mezcla de ambos KH2PO4 y K2HPO4 Para crear un buffer. Exactamente relación de los dos dependerán de lo específico ph Estás tratando de lograr.

Es raro usar solo uno de estos compuestos en un entorno de investigación. La mayoría de las veces, tiene como objetivo crear un buffer solución para estabilizar el ph de una reacción o solución.

¿Puedo usar ácido fosfórico (H3PO4) para hacer un tampón fosfato?

Si, puedes usar ácido fosfórico (H3PO4) a preparar a tampón fosfato. Sin embargo, ácido fosfórico es un triprótico ácido, lo que significa que tiene tres átomos de hidrógeno ionizables. Esto conduce a tres pasos de disociación diferentes, cada uno con su propio valor PKA:

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

Para hacer un buffer usando H3PO4, normalmente agregar una base fuerte, como Koh (hidróxido de potasio) o sodio hidróxido (NaOH), para neutralizar parcialmente el ácido y crea el deseado relación de fosfato especies. Por ejemplo, para crear un buffer alrededor ph 7, lo harías agregar Suficiente base para alcanzar el segundo paso de disociación, creando una mezcla de H2PO4 y HPO42-. El buffer zona de ácido fosfórico se extiende a múltiples rangos.

Usando H3PO4 puede ser más complejo que usar KH2PO4 y K2HPO4 directamente, ya que necesita controlar cuidadosamente la cantidad de base agregado Para alcanzar el deseado ph. Sin embargo, puede ser un enfoque útil si solo tiene ácido fosfórico disponible o quiere crear un solución con mayor fuerza iónica.

¿Por qué KH2PO4 es ácido y K2HPO4 es básico?

La acidez de KH2PO4 y la basicidad de K2HPO4 Relacionarse directamente con sus estructuras químicas y cómo interactúan con el agua.

• KH2PO4 (fosfato de dihidrógeno de potasio): Cuando KH2PO4 Se disuelve en agua, se disocia en iones K+ y iones H2PO4. El dihidrógeno fosfato ion (H2PO4-) puede actuar como un débil ácido, donando un protón (H+) al agua:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  La formación de H3O+ (iones de hidronio) aumenta el ácido concentración en el solución, haciéndolo ácido.

• K2HPO4 (fosfato de hidrógeno de dipotasio): Cuando K2HPO4 se disuelve en agua, se disocia en iones 2K+ y iones HPO42. El ion fosfato de hidrógeno (HPO42-) puede actuar como una base débil, aceptando un protón (H+) del agua:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  La formación de OH- (iones de hidróxido) aumenta la base concentración en el solución, haciéndolo básico o alcalino.

¿Cómo ajustar el pH de un tampón fosfato?

Ajuste el ph de tampón fosfato es un común técnica en el laboratorio. Aquí le mostramos cómo hacerlo:

1. Mida el pH inicial: Use un medidor de pH calibrado para medir con precisión el ph de tu buffer solución.
2. Decide la dirección del ajuste: Determinar si necesita aumentar o disminuir el ph.
3. Agregue la solución apropiada:
   • Para reducir el pH (hacerlo más ácido): Despacio agregar un diluido solución de KH2PO4 o un diluido solución de un fuerte ácido como HCL (clorhídrico ácido), mientras monitorea continuamente el ph con el medidor de pH.
   • Para elevar el pH (hacerlo más básico/alcalino): Despacio agregar un diluido solución de K2HPO4 o un diluido solución de una base fuerte como Koh (hidróxido de potasio) o NaOH (sodio hidróxido), mientras monitorea continuamente el ph con el medidor de pH.
4. Mezcle bien: Asegurar el solución está bien mezclado después de cada adición.
5. Detente cuando se alcanza el pH deseado: Continuar agregando el ajuste solución en pequeños incrementos hasta que el medidor de pH lea el deseado ph valor. Tenga cuidado de no sobrepasar.

Nota importante: Siempre agregar el ajuste solución lentamente y en pequeñas cantidades, mientras agitan y monitorea continuamente el ph. Esto evita drástico ph cambia y asegura el buffer mantiene su capacidad de amortiguación. Puedes hacer referencia Acetato químico de sodio de Kand Documentación para mezclar las mejores prácticas con productos químicos similares.

¿Cuáles son algunas aplicaciones comunes de tampones de fosfato?

Tampones de fosfato son increíblemente versátiles y se usan en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:

• Investigación biológica: Manteniendo el ph de cultivos celulares, proteína soluciones y reacciones enzimáticas. Solución PBS, por ejemplo, es fosfato salina amortiguada.
• Biología molecular: ADN y ARN extracción, electroforesis y otros molecular biología técnicas.
• Bioquímica: Estudiando cinética enzimática, proteína purificación y otros procesos bioquímicos.
• Química: Como buffer en reacciones químicas y titulaciones.
• Industria farmacéutica: Formulando drogas y medicamentos.
• Industria alimentaria: Controlador ph en procesamiento y conservación de alimentos.
• Tratamientos de agua industrial: Kand’s Chemicals ofrece una variedad de fosfatos que a menudo se usan en el tratamiento de agua.

La biocompatibilidad y sintonizable ph rango de tampones de fosfato Hazlos una herramienta valiosa en muchos campos diferentes. El específico concentración y ph del buffer se eligirá en función de los requisitos de la aplicación en particular.

Solución de problemas de preparación del tampón fosfato

Aquí hay algunos problemas comunes encontrados al prepararse tampones de fosfato y cómo resolverlos:

• El pH no es estable:

  • Asegúrese de que su medidor de pH esté correctamente calibrado. Use calibración fresca amortiguadores y siga las instrucciones del fabricante.
  • Asegúrese de que las sales estén completamente disueltas. Revuelva el solución completamente hasta que no queden partículas sólidas.
  • Use productos químicos puros de alta calidad. Las impurezas pueden afectar el ph y capacidad de amortiguación. El químico de Kand se enorgullece de la pureza.
  • Verifique la contaminación. Asegúrese de que su cristalería y agua estén limpias y libres de contaminantes.
  • ¿Agregaste todos los componentes? Verifique que el correcto masa para todos los componentes.

• El pH es demasiado alto o demasiado bajo:

  • Verifique sus cálculos. Asegúrese de utilizar las cantidades correctas de KH2PO4 y K2HPO4.
  • Ajuste el pH con cuidado usando soluciones diluidas de KH2PO4 (a la baja ph) o K2HPO4 (criar ph), o diluir HCL o Koh como se describió anteriormente.

• Precipitar formas en el búfer:

  • Esto puede suceder si la concentración del tampón es demasiado alta. Intenta diluir el buffer.
  • Algunas sales de fosfato tienen solubilidad limitada. Asegúrese de no exceder el límite de solubilidad del sales Estás usando.
  • La temperatura puede afectar la solubilidad. Alguno fosfato Las sales son menos solubles a temperaturas más bajas.
  • Contaminación. Asegúrate de tu químico Los reactivos están libres de contaminación y que está trabajando en condiciones estériles, libres de contaminantes externos.

• No puedo obtener mi pH deseado

  • Si has seguido un protocolo Y no estás logrando el pH declarado, intenta mirar el Internet. Investigador tiene una comunidad robusta de científicos que comparten sus experiencias, y puede encontrar un explicación. Si la pregunta sobre su tampón de fosfato específico no ha sido preguntó, puedes relatar Tu pregunta a una similar.

Control de llave

• KH2PO4 (potasio dihidrógeno fosfato) y K2HPO4 (Dipotasio fosfato de hidrógeno) son componentes clave de tampones de fosfato.
• KH2PO4 es ácido, mientras que K2HPO4 es básico.
• El relación de KH2PO4 y K2HPO4 determina el ph del buffer solución.
• Tampones de fosfato son efectivos en el ph rango de 6.0 a 8.0.
• Puede preparar tampones fosfato usando KH2PO4 y K2HPO4, o titulando ácido fosfórico (H3PO4) con una base fuerte.
• Cuidadoso ph ajuste y solución de problemas son esenciales para exitosos buffer preparación.
• Si está preparando el búfer de H3PO4 titular con Koh hasta el solución alcanza el pH deseado.
• Pasar de KH2PO4 a K2HPO4 necesitarás agregar koh.
• Para el reverso, use clorhidrato.

Esta guía completa proporciona una base sólida para comprender y usar tampones de fosfato en tu trabajo. Recuerde consultar siempre protocolos y pautas de seguridad específicas para sus experimentos. Buena suerte.