KH2PO4 u odnosu na K2HPO4: Razumijevanje ključnih razlika u fosfatnim puferima

Ovaj članak objašnjava razlike između KH2PO4 (kalij dihidrogen fosfat) i K2HPO4 (dikalij hidrogen fosfat), dvije uobičajene komponente otopina fosfatnog pufera. Udubit ćemo se u njihova kemijska svojstva, kako funkcioniraju u puferima i kako odabrati onaj pravi za vaše specifične potrebe. Bilo da ste iskusan istraživač ili ste tek počeli raditi u laboratoriju, razumijevanje ovih razlika ključno je za točne eksperimentalne rezultate. Ovo je a obavezno pročitati za sve koji rade s puferskim otopinama u biologiji, kemiji ili srodnim područjima.

Što je fosfatni pufer? Objašnjenje

A pufer otopina je ključni alat u mnogim znanstvenim eksperimentima. Njegov glavni zadatak je oduprijeti se promjenama pH kada male količine kiselina ili baza su dodao. Ovo je važno jer su mnoge kemijske reakcije, posebno one u biološkim sustavima, vrlo osjetljive na promjene pH vrijednosti.

Fosfatni puferi, posebno se široko koriste jer mogu pufer u rasponu pH vrijednosti i kompatibilni su s mnogim biološkim sustavima. Izrađuju se pomoću različitih oblika fosfat, molekula koja sadrži fosfor i kisik. Tipično fosfatni pufer moć sadržavati mješavina KH2PO4 (kalijev dihidrogenfosfat) i K2HPO4 (dikalij hidrogenfosfat). Specifičan omjer ove dvije komponente određuje finale pH od pufer.

Koja je razlika između KH2PO4 i K2HPO4?

ključ razlika između KH2PO4 i K2HPO4 leži u broju vodik (H) atomi oni sadržavati.

• KH2PO4 (Kalijev dihidrogen fosfat): Ovaj spoj je također poznat kao monobazični kalijev fosfat. Ima dva vodik atomi. Kada se otopi u vodi, djeluje kao slab kiselina, donirajući proton (H+) na rješenje.

• K2HPO4 (Dikalijev hidrogen fosfat): Ovaj spoj je također poznat kao dibazični kalijev fosfat. Ima samo jedan vodik atom. Kada se otopi u vodi, djeluje kao slaba baza, prihvaćajući proton (H+) iz rješenje.

Ova naizgled mala razlika u kemijskoj strukturi dovodi do značajnih razlika u njihovom ponašanju u otopini. KH2PO4 doprinosi kiselim svojstvima pufer, dok K2HPO4 doprinosi osnovnom (ili alkalni) svojstva.

Kako KH2PO4 i K2HPO4 djeluju zajedno u puferskoj otopini?

KH2PO4 i K2HPO4 rade zajedno kao konjugirani acidobazni par da bi stvorili a fosfatni pufer. Reakcija ravnoteže može se prikazati na sljedeći način:

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

• KH2PO4 daje H2PO4- (dihidrogen fosfat) iona.
• K2HPO4 daje HPO42- (hidrogenfosfat) iona.

Kada mala količina kiselina (H+) je dodao na pufer, ioni HPO42- reagiraju s kiselina, pomičući ravnotežu ulijevo i minimizirajući promjenu u pH. Kada je mala količina baze (OH-). dodao, ioni H2PO4- reagiraju s bazom, pomičući ravnotežu udesno i ponovno smanjujući promjenu u pH. Ova sposobnost otpornosti na pH promjene je ono što čini a pufer tako korisno. Omjer će dodati do učinka.

Kako pripremiti otopinu fosfatnog pufera s KH2PO4 i K2HPO4?

Za pripremiti se a fosfatni pufer rješenje, trebat će vam:

1. KH2PO4 (kalijev dihidrogenfosfat)
2. K2HPO4 (dikalij hidrogenfosfat)
3. Destilirana voda
4. pH metar
5. Čaše i oprema za miješanje

Evo općeg postupka (uvijek konzultirajte specifične protokol za vaše želje pH i koncentracija):

1. Odredite željeni pH i koncentraciju svog pufera. Na primjer, možda želite 0,1M fosfatni pufer na pH 7,2.

2. Izračunajte potrebnu količinu KH2PO4 i K2HPO4. Možete koristiti Henderson-Hasselbalch jednadžba ili online pufer kalkulatora za određivanje točne omjer od dvije komponente. Henderson-Hasselbalchova jednadžba je:
   pH = pKa + log ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Gdje je pKa konstanta povezana s fosfat ion (približno 7,2 za drugu disocijaciju fosforne kiseline kiselina).

3. Zatim izračunajte molove KH2PO4 i K2HPO4 u puferu dodati odgovarajuću molarnu težinu i to će vam reći koliko grama dodati u rješenje.

4. Otopiti izračunate mase KH2PO4 i K2HPO4 u volumenu destilirane vode koji je nešto manji od vašeg konačnog željenog volumen. Na primjer, ako želite 1 litru pufer, počnite s oko 800 ml od vode.

5. Miješajte otopinu dok se soli potpuno ne otope.

6. Koristite pH metar za mjerenje pH otopine.

7. Ako je potrebno, podesite pH dodavanjem malih količina koncentrirane otopine KH2PO4 (za snižavanje pH) ili K2HPO4 (za podizanje pH).

8. Kada se postigne željeni pH, dodajte destiliranu vodu kako biste otopinu doveli do konačnog željenog volumena.

Koji je pH raspon fosfatnog pufera?

Fosfatni puferi najučinkovitiji su u pH rasponu od približno 6,0 do 8,0. To je zato što je pKa od hidrogenfosfat/dihidrogen fosfat ravnoteža je oko 7,2. The kapacitet međuspremnika najviši je kada je pH je blizu vrijednosti pKa. Iako je najučinkovitiji blizu 7.2, može pufer u rasponu vrijednosti, uključujući malo alkalni 7.4.

Međutim, važno je napomenuti da je učinkovit pufer raspon se može malo proširiti ovisno o prihvatljivoj toleranciji za pH promjena u određenoj aplikaciji. A fosfatni pufer još uvijek može pružiti neke međuspremnik kapacitet izvan ovog raspona, ali će biti manje učinkovit u pružanju otpora pH promjene. The fosfatni pufer raspon je idealan za mnoge biološke primjene.

Kako mogu odabrati između KH2PO4 i K2HPO4 za svoj eksperiment?

Izbor između korištenja KH2PO4 ili K2HPO4 samostalno, ili u kombinaciji, ovisi u potpunosti o željenom pH tvojih rješenje.

• Ako trebate kiselinu rješenje, prvenstveno biste koristili KH2PO4.
• Ako trebate osnovni ili alkalni rješenje, prvenstveno biste koristili K2HPO4.
• Ako trebate neutralni ili gotovo neutralni pH, morat ćete koristiti a miješati od oboje KH2PO4 i K2HPO4 stvoriti a pufer. Točno omjer od to dvoje ovisit će o specifičnosti pH pokušavate postići.

Rijetko je koristiti samo jedan od ovih spojeva u istraživačkom okruženju. Najčešće vam je cilj stvoriti a pufer rješenje za stabilizaciju pH reakcije ili rješenje.

Mogu li koristiti fosfornu kiselinu (H3PO4) za izradu fosfatnog pufera?

Da, možete koristiti fosforna kiselina (H3PO4) do pripremiti se a fosfatni pufer. međutim, fosforna kiselina je triprotik kiselina, što znači da ima tri atoma vodika koja se mogu ionizirati. To dovodi do tri različita koraka disocijacije, svaki sa svojom pKa vrijednošću:

1. H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- (pKa1 ≈ 2,15)
2. H2PO4- ⇌ H+ + HPO42- (pKa2 ≈ 7,20)
3. HPO42- ⇌ H+ + PO43- (pKa3 ≈ 12,35)

Za izradu a pufer korištenjem H3PO4, obično biste dodati jaka baza, kao KOH (kalijev hidroksid) ili natrij hidroksid (NaOH), za djelomičnu neutralizaciju kiselina i stvoriti željeno omjer od fosfat vrste. Na primjer, za stvaranje a pufer okolo pH 7, ti bi dodati dovoljno baze da dođe do drugog koraka disocijacije, stvarajući smjesu H2PO4- i HPO42-. The pufer zona za fosforna kiselina proteže se na više raspona.

Korištenje H3PO4 može biti složenije od korištenja KH2PO4 i K2HPO4 izravno, jer morate pažljivo kontrolirati količinu baze dodao doći do željenog pH. Međutim, to može biti koristan pristup ako imate samo fosforna kiselina dostupan ili želite stvoriti rješenje s višim ionska snaga.

Zašto je KH2PO4 kiselina, a K2HPO4 baza?

Kiselost od KH2PO4 i bazičnost od K2HPO4 izravno se odnose na njihovu kemijsku strukturu i način na koji stupaju u interakciju s vodom.

• KH2PO4 (kalijev dihidrogen fosfat): Kada KH2PO4 otapa se u vodi, disocira na K+ ione i H2PO4- ione. The dihidrogen fosfat ion (H2PO4-) može djelovati kao slab kiselina, predajući proton (H+) vodi:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O+
  Stvaranje H3O+ (hidronijevih iona) povećava kiselina koncentracija u rješenje, čineći ga kiselim.

• K2HPO4 (Dikalijev hidrogen fosfat): Kada K2HPO4 otapa se u vodi, disocira na ione 2K+ i ione HPO42-. The hidrogenfosfatni ion (HPO42-) može djelovati kao slaba baza, prihvaćajući proton (H+) iz vode:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Stvaranje OH- (hidroksidnih iona) povećava bazu koncentracija u rješenje, čineći ga osnovnim ili alkalni.

Kako podesiti pH fosfatnog pufera?

Podešavanje pH od a fosfatni pufer je uobičajena tehnika u lab. Evo kako to učiniti:

1. Izmjerite početni pH: Koristite kalibrirani pH metar za točno mjerenje pH tvojih pufer rješenje.
2. Odlučite o smjeru prilagodbe: Odredite trebate li povećati ili smanjiti pH.
3. Dodajte odgovarajuće rješenje:
   • Da biste smanjili pH (učinili ga kiselijim): Polako dodati razrijeđeno rješenje od KH2PO4 ili razrijeđen rješenje od jakog kiselina kao HCl (klorovodična kiselina), uz kontinuirano praćenje pH s pH metrom.
   • Za podizanje pH (učiniti ga bazičnijim/alkalnijim): Polako dodati razrijeđeno rješenje od K2HPO4 ili razrijeđen rješenje jake baze poput KOH (kalijev hidroksid) ili NaOH (natrij hidroksid), uz kontinuirano praćenje pH s pH metrom.
4. Temeljito promiješajte: Osigurajte rješenje se dobro promiješa nakon svakog dodavanja.
5. Zaustavite kada se postigne željeni pH: Nastavite s dodavanjem podešavanja rješenje u malim koracima dok pH metar ne očita željenu vrijednost pH vrijednost. Pazite da ne pretjerate.

Važna napomena: Uvijek dodati prilagođavanje rješenje polako i u malim količinama, uz stalno miješanje i praćenje pH. Time se sprječava drastična pH mijenja i osigurava pufer održava svoje kapacitet međuspremnika. Možete referencirati Kandov kemijski natrijev acetat dokumentacija za miješanje najboljih praksi sa sličnim kemikalijama.

Koje su neke uobičajene primjene fosfatnih pufera?

Fosfatni puferi su nevjerojatno svestrani i koriste se u širokom rasponu primjena, uključujući:

• Biološka istraživanja: Održavanje pH staničnih kultura, bjelančevine otopine i enzimske reakcije. PBS otopina, na primjer, jest fosfat puferirana fiziološka otopina.
• Molekularna biologija: DNK i RNA ekstrakcija, elektroforeza i dr molekularni biologija tehnike.
• Biokemija: Proučavanje kinetike enzima, bjelančevine pročišćavanje i drugi biokemijski procesi.
• Kemija: Kao a pufer u kemijskim reakcijama i titracijama.
• Farmaceutska industrija: Formuliranje lijekova i lijekova.
• Prehrambena industrija: Kontroliranje pH u preradi i konzerviranju hrane.
• Industrijski tretmani vode: Kand's Chemicals nudi razne fosfate koji se često koriste u obradi vode.

Biokompatibilnost i mogućnost podešavanja pH raspon od fosfatnih pufera čine ih vrijednim alatom u mnogim različitim područjima. Ono specifično koncentracija i pH od pufer će se odabrati na temelju zahtjeva određene aplikacije.

Rješavanje problema pripreme fosfatnog pufera

Evo nekih uobičajenih problema s kojima se susrećete prilikom pripreme fosfatnih pufera i kako ih riješiti:

• pH nije stabilan:

  • Provjerite je li vaš pH metar ispravno kalibriran. Koristite svježu kalibraciju međuspremnici i slijedite upute proizvođača.
  • Uvjerite se da su soli potpuno otopljene. Promiješajte rješenje temeljito dok ne prestanu čvrste čestice.
  • Koristite visokokvalitetne, čiste kemikalije. Nečistoće mogu utjecati na pH i kapacitet međuspremnika. Kand's Chemical ponosi se čistoćom.
  • Provjerite kontaminaciju. Provjerite jesu li vaše stakleno posuđe i voda čisti i bez zagađivača.
  • Jeste li dodali sve komponente? Provjerite je li ispravno masa za sve komponente.

• pH je previsok ili prenizak:

  • Još jednom provjerite svoje izračune. Provjerite jeste li upotrijebili točne količine KH2PO4 i K2HPO4.
  • Pažljivo namjestite pH koristeći razrijeđene otopine KH2PO4 (spustiti pH) ili K2HPO4 (podići pH), ili razrijediti HCl ili KOH kako je gore opisano.

• U puferu se stvara talog:

  • To se može dogoditi ako je koncentracija pufera previsoka. Pokušajte razrijediti pufer.
  • Neke fosfatne soli imaju ograničenu topljivost. Pazite da ne prekoračite granicu topljivosti soli koristite.
  • Temperatura može utjecati na topljivost. neke fosfat soli su slabije topljive na nižim temperaturama.
  • Kontaminacija. Provjerite svoje kemijski reagensi nisu kontaminirani i da radite u sterilnim uvjetima, bez vanjskih kontaminanata.

• Ne mogu postići željeni pH

  • Ako ste slijedili a protokol i ne postižete navedeni pH, pokušajte pogledati na internet. ResearchGate ima snažnu zajednicu znanstvenika koji dijele svoja iskustva i možda ćete pronaći objašnjenje. Ako pitanje o vašem specifičnom fosfatnom puferu nije bilo pitao, možete odnositi se Vaše pitanje za sličan.

Ključni zahvati

• KH2PO4 (kalij dihidrogen fosfat) i K2HPO4 (dikalij hidrogenfosfat) ključne su komponente fosfatnih pufera.
• KH2PO4 je kiselo, dok K2HPO4 je osnovni.
• The omjer od KH2PO4 i K2HPO4 određuje pH od pufer rješenje.
• Fosfatni puferi učinkoviti su u pH raspon od 6,0 do 8,0.
• možete pripremiti fosfatne pufere korištenjem KH2PO4 i K2HPO4, ili titriranjem fosforna kiselina (H3PO4) s jakom bazom.
• oprezno pH prilagodba i rješavanje problema ključni su za uspješan pufer priprema.
• Ako pripremate pufer iz H3PO4 titrirati sa KOH dok se rješenje postiže željeni pH.
• Krenuti od KH2PO4 do K2HPO4 morat ćete dodati KOH.
• Za obrnuto, koristite HCL.

Ovaj sveobuhvatni vodič pruža čvrstu osnovu za razumijevanje i korištenje fosfatnih pufera u svom radu. Ne zaboravite uvijek konzultirati specifične protokole i sigurnosne smjernice za svoje pokuse. Sretno.