KH2PO4 vs. K2HPO4: Inzicht in de belangrijkste verschillen in fosfaatbuffers

Dit artikel legt de verschillen uit tussen KH2PO4 (kaliumdihydrogen fosfaat) en K2HPO4 (dipotassium waterstoffosfaat), twee gemeenschappelijke componenten van fosfaatbufferoplossingen. We zullen ons verdiepen in hun chemische eigenschappen, hoe ze functioneren in buffers en hoe ze de juiste kunnen kiezen voor uw specifieke behoeften. Of u nu een doorgewinterde onderzoeker bent of net aan de slag gaat in het lab, het begrijpen van deze onderscheidingen is van vitaal belang voor nauwkeurige experimentele resultaten. Dit is een moeten lezen voor iedereen die werkt met bufferoplossingen in biologie, chemie of aanverwante gebieden.

Wat is een fosfaatbuffer? Een verklaring

A bufferen Oplossing is een cruciaal hulpmiddel in veel wetenschappelijke experimenten. De belangrijkste taak is het weerstaan ​​van veranderingen in pH Wanneer kleine hoeveelheden zuur of basis zijn toegevoegd. Dit is belangrijk omdat veel chemische reacties, vooral die in biologische systemen, zeer gevoelig zijn voor pH -veranderingen.

Fosfaatbuffersmet name worden veel gebruikt omdat ze dat kunnen bufferen over een reeks pH -waarden en zijn compatibel met veel biologische systemen. Ze worden gemaakt met behulp van verschillende vormen van fosfaat, een molecuul dat fosfor en zuurstof bevat. Een typisch fosfaatbuffer macht bevatten een mengeling van KH2PO4 (kaliumdihydrogen fosfaat) en K2HPO4 (Dipotassium waterstoffosfaat). De specifieke verhouding van deze twee componenten bepaalt de laatste pH van de bufferen.

Wat is het verschil tussen KH2PO4 en K2HPO4?

De sleutel verschil tussen KH2PO4 En K2HPO4 ligt in het aantal waterstof (H) Atomen zij bevatten.

• KH2PO4 (Kaliumdihydrogen fosfaat): deze verbinding staat ook bekend als monobasisch kaliumfosfaat. Het heeft er twee waterstof atomen. Wanneer opgelost in water, werkt het als een zwak zuur, het doneren van een proton (H+) aan de oplossing.

• K2HPO4 (Dipotassium waterstoffosfaat): deze verbinding staat ook bekend als Dibasic kaliumfosfaat. Het heeft er maar één waterstof atoom. Wanneer opgelost in water, werkt het als een zwakke basis en accepteert het een proton (H+) van de oplossing.

Dit schijnbaar kleine verschil in chemische structuur leidt tot significante verschillen in hun gedrag in oplossing. KH2PO4 draagt ​​bij aan de zure eigenschappen van de bufferen, terwijl K2HPO4 draagt ​​bij aan de basis (of alkalisch) eigenschappen.

Hoe werken KH2PO4 en K2HPO4 samen in een bufferoplossing?

KH2PO4 En K2HPO4 Werk samen als een geconjugeerde zuur-base paar om een fosfaatbuffer. De evenwichtsreactie kan als volgt worden weergegeven:

H2PO4- (aq) + h2o (l) ⇌ hpo42- (aq) + h3o + (aq)

• KH2PO4 Biedt de H2PO4- (dihydrogen fosfaat) ionen.
• K2HPO4 Biedt de HPO42- (waterstoffosfaat) ionen.

Wanneer een kleine hoeveelheid zuur (H+) is toegevoegd aan de bufferen, de HPO42-ionen reageren met de zuur, het evenwicht naar links verplaatsen en de verandering minimaliseren pH. Wanneer een kleine hoeveelheid basis (oh-) is toegevoegd, de H2PO4-ionen reageren met de basis, waardoor het evenwicht naar rechts wordt verplaatst en opnieuw de verandering in het minimaliseren pH. Dit vermogen om pH -veranderingen te weerstaan, is wat een bufferen Zo nuttig. De verhouding zal toevoegen naar het effect.

Hoe bereid je een fosfaatbufferoplossing voor met KH2PO4 en K2HPO4?

Naar voorbereiden a fosfaatbuffer Oplossing, u hebt nodig:

1. KH2PO4 (kaliumdihydrogen fosfaat)
2. K2HPO4 (Dipotassium waterstoffosfaat)
3. Gedistilleerd water
4. Een pH -meter
5. Bekers en roerapparatuur

Hier is een algemene procedure (raadpleeg altijd een specifiek protocol Voor de gewenste pH En concentratie):

1. Bepaal de gewenste pH en concentratie van uw buffer. U wilt bijvoorbeeld een 0,1 m fosfaatbuffer bij pH 7,2.

2. Bereken de hoeveelheid KH2PO4 en K2HPO4 die nodig is. U kunt de Henderson-Hasselbalch gebruiken vergelijking of online bufferen rekenmachines om het juiste te bepalen verhouding van de twee componenten. De Henderson-Hasselbalch-vergelijking is:
   pH = PKA + log ([HPO42-]/[H2PO4-]))
   Waar PKA een constante is gerelateerd aan de fosfaat Ion (ongeveer 7,2 voor de tweede dissociatie van fosfor zuur).

3. Bereken dan de mol Kh2PO4 en K2HPO4 in de buffer toevoegen het respectieve molaire gewicht en dat zal je vertellen hoeveel gram je wilt toevoegen aan de oplossing.

4. Oplossen de berekende massa's van KH2PO4 En K2HPO4 in een volume gedestilleerd water dat iets minder is dan uw uiteindelijke gewenste volume. Als u bijvoorbeeld 1 liter wilt bufferen, begin met ongeveer 800 ml van water.

5. Roer de oplossing totdat de zouten volledig zijn opgelost.

6. Gebruik een pH -meter om de pH van de oplossing te meten.

7. Pas indien nodig de pH aan door kleine hoeveelheden van een geconcentreerde oplossing van ofwel KH2PO4 toe te voegen (om de pH te verlagen) of K2HPO4 (om de pH te verhogen).

8. Zodra de gewenste pH is bereikt, voegt u gedestilleerd water toe om de oplossing aan het uiteindelijke gewenste volume te brengen.

Wat is het pH -bereik van een fosfaatbuffer?

Fosfaatbuffers zijn het meest effectief in de pH bereik van ongeveer 6,0 tot 8,0. Dit komt omdat de PKA van de waterstoffosfaat/diwaterstof fosfaat Evenwicht is rond 7,2. De Bufferingscapaciteit is het hoogst wanneer de pH ligt dicht bij de PKA -waarde. Hoewel het het meest effectief is in de buurt van 7.2 bufferen bij een bereik van waarden, waaronder het lichtje alkalisch 7.4.

Het is echter belangrijk op te merken dat het effectief is bufferen bereik kan enigszins worden uitgebreid, afhankelijk van de acceptabele tolerantie voor pH verandering in een bepaalde toepassing. A fosfaatbuffer kan nog steeds wat bieden bufferen Capaciteit buiten dit bereik, maar het zal minder effectief zijn in weerstand pH veranderingen. De fosfaatbuffer Bereik is ideaal voor veel biologische toepassingen.

Hoe kies ik tussen KH2PO4 en K2HPO4 voor mijn experiment?

De keuze tussen gebruik KH2PO4 of K2HPO4 alleen, of in combinatie, hangt volledig af van de gewenste pH van uw oplossing.

• Als je een zuur nodig hebt oplossing, je zou voornamelijk gebruiken KH2PO4.
• Als u een basis nodig hebt of alkalisch oplossing, je zou voornamelijk gebruiken K2HPO4.
• Als u een neutrale of bijna neutral nodig hebt pH, u moet een mengen van beide KH2PO4 En K2HPO4 om een bufferen. Het exacte verhouding van de twee hangt af van het specifieke pH Je probeert te bereiken.

Het is zeldzaam om slechts één van deze verbindingen in een onderzoeksomgeving te gebruiken. Meestal wil je een bufferen oplossing om de pH van een reactie of oplossing.

Kan ik fosforzuur (H3PO4) gebruiken om een ​​fosfaatbuffer te maken?

Ja, je kunt gebruiken fosforzuur (H3PO4) naar voorbereiden a fosfaatbuffer. Echter, fosforzuur is een triproticum zuur, wat betekent dat het drie ioniseerbare waterstofatomen heeft. Dit leidt tot drie verschillende dissociatiestappen, elk met een eigen PKA -waarde:

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

Om een bufferen gebruik H3PO4, dat zou je meestal doen toevoegen Een sterke basis, zoals Koh (kaliumhydroxide) of natrium hydroxide (NaOH), om de zuur en creëer de gewenste verhouding van fosfaat soort. Bijvoorbeeld om een bufferen rondom pH 7, dat zou je doen toevoegen Genoeg basis om de tweede dissociatiestap te bereiken, waardoor een mengsel van H2PO4- en HPO42- wordt gecreëerd. De bufferen zone voor fosforzuur strekt zich uit naar meerdere bereiken.

Gebruik H3PO4 kan complexer zijn dan gebruiken KH2PO4 En K2HPO4 direct, omdat u de hoeveelheid basis zorgvuldig moet regelen toegevoegd om de gewenste te bereiken pH. Het kan echter een nuttige aanpak zijn als u dat alleen maar hebt fosforzuur beschikbaar, of wil een oplossing met hoger Ionische kracht.

Waarom is kh2po4 zuur en K2HPO4 is basic?

De zuurgraad van KH2PO4 en de basiciteit van K2HPO4 Rechtstreeks verband houden met hun chemische structuren en hoe ze omgaan met water.

• KH2PO4 (kaliumdihydrogen fosfaat): Wanneer KH2PO4 Lost op in water, het dissocieert in K+ -ionen en H2PO4-ionen. De dihydrogen fosfaat ion (H2PO4-) kan als een zwak fungeren zuur, een proton doneren (H+) aan water:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  De vorming van H3O+ (hydroniumionen) verhoogt de zuur concentratie in de oplossing, waardoor het zuur is.

• K2HPO4 (Dipotassium waterstoffosfaat): Wanneer K2HPO4 Lost op in water, het dissocieert in 2K+ ionen en HPO42-ionen. De waterstoffosfaation (HPO42-) kan als een zwakke basis fungeren en een proton (H+) van water accepteren:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  De vorming van OH- (hydroxide-ionen) verhoogt de basis concentratie in de oplossing, het fundamenteel maken of alkalisch.

Hoe de pH van een fosfaatbuffer aanpassen?

Het aanpassen van de pH van een fosfaatbuffer komt vaak voor techniek in de laboratorium. Hier is hoe je het kunt doen:

1. Meet de eerste pH: Gebruik een gekalibreerde pH -meter om de pH van uw bufferen oplossing.
2. Beslis over de aanpassingsrichting: Bepaal of u de pH.
3. Voeg de juiste oplossing toe:
   • Om de pH te verlagen (maak het zuurder): Langzaam toevoegen een verdunde oplossing van KH2PO4 of een verdunde oplossing van een sterk zuur leuk vinden HCl (zoutzuur zuur), terwijl de pH met de pH -meter.
   • Om de pH te verhogen (maak het meer basic/alkaline): Langzaam toevoegen een verdunde oplossing van K2HPO4 of een verdunde oplossing van een sterke basis zoals Koh (kaliumhydroxide) of NaOH (natrium hydroxide), terwijl de pH met de pH -meter.
4. Meng grondig: Zorg voor de oplossing is goed gemengd na elke toevoeging.
5. Stop wanneer de gewenste pH wordt bereikt: Blijf de aanpassing toevoegen oplossing in kleine stappen totdat de pH -meter de gewenste leest pH waarde. Pas op dat u niet overschrijdt.

Belangrijke opmerking: Altijd toevoegen het aanpassen oplossing langzaam en in kleine hoeveelheden, terwijl de pH. Dit voorkomt drastisch pH verandert en zorgt voor de bufferen onderhoudt zijn Bufferingscapaciteit. U kunt verwijzen Kand's chemische natriumacetaat Documentatie voor het combineren van best practices met vergelijkbare chemicaliën.

Wat zijn enkele veel voorkomende toepassingen van fosfaatbuffers?

Fosfaatbuffers zijn ongelooflijk veelzijdig en worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder:

• Biologisch onderzoek: Het handhaven van de pH van celculturen, eiwit Oplossingen en enzymreacties. PBS -oplossing, is bijvoorbeeld fosfaat gebufferde zoutoplossing.
• Moleculaire biologie: DNA en RNA Extractie, elektroforese en andere moleculair biologie technieken.
• Biochemie: Het bestuderen van enzymkinetiek, eiwit Zuivering en andere biochemische processen.
• Scheikunde: Als een bufferen in chemische reacties en titraties.
• Farmaceutische industrie: Drugs en medicijnen formuleren.
• Voedselindustrie: Controlerend pH in voedselverwerking en behoud.
• Industriële waterbehandelingen: Kand's Chemicals biedt een verscheidenheid aan fosfaten die vaak worden gebruikt bij waterbehandeling.

De biocompatibiliteit en instelbaar pH bereik van fosfaatbuffers Maak ze een waardevol hulpmiddel op veel verschillende gebieden. De specifieke concentratie En pH van de bufferen zal worden gekozen op basis van de vereisten van de specifieke toepassing.

Problemen met fosfaatbuffer oplossen

Hier zijn enkele veel voorkomende problemen bij het voorbereiden fosfaatbuffers en hoe ze op te lossen:

• pH is niet stabiel:

  • Zorg ervoor dat uw pH -meter correct is gekalibreerd. Gebruik verse kalibratie buffers en volg de instructies van de fabrikant.
  • Zorg ervoor dat de zouten volledig zijn opgelost. Roer de oplossing grondig totdat er geen vaste deeltjes overblijven.
  • Gebruik hoogwaardige, pure chemicaliën. Onzuiverheden kunnen de pH En Bufferingscapaciteit. Kand's chemische stof is trots op zuiverheid.
  • Controleer op besmetting. Zorg ervoor dat uw glaswerk en water schoon zijn en vrij van verontreinigingen.
  • Heb je alle componenten toegevoegd? Controleer of het juiste is massa voor alle componenten.

• pH is te hoog of te laag:

  • Controleer uw berekeningen dubbel. Zorg ervoor dat u de juiste hoeveelheden hebt gebruikt KH2PO4 En K2HPO4.
  • Pas de pH zorgvuldig aan met behulp van verdunde oplossingen van KH2PO4 (om te verlagen pH) of K2HPO4 (om op te heffen pH), of verdunnen HCl of Koh Zoals hierboven beschreven.

• Neerslag vormt zich in de buffer:

  • Dit kan gebeuren als de concentratie van de buffer te hoog is. Probeer de bufferen.
  • Sommige fosfaatzouten hebben een beperkte oplosbaarheid. Zorg ervoor dat u de oplosbaarheidslimiet niet overschrijdt van de zouten u gebruikt.
  • Temperatuur kan de oplosbaarheid beïnvloeden. Sommige fosfaat Zouten zijn minder oplosbaar bij lagere temperaturen.
  • Besmetting. Zorg ervoor dat je chemisch Reagentia zijn vrij van besmetting en dat u in steriele omstandigheden werkt, vrij van externe verontreinigingen.

• Kan mijn gewenste pH niet verkrijgen

  • Als je een protocol en je bereikt niet de aangegeven pH, probeer op te kijken naar de internetten. Onderzoek heeft een robuuste gemeenschap van wetenschappers die hun ervaringen delen, en je kunt een uitleg. Als de vraag over uw specifieke fosfaatbuffer niet is geweest gevraagd, je mag verhalen Uw vraag naar een soortgelijke.

Belangrijke afhaalrestaurants

• KH2PO4 (kalium dihydrogen fosfaat) En K2HPO4 (Dipotassium waterstoffosfaat) zijn belangrijke componenten van fosfaatbuffers.
• KH2PO4 is zuur, terwijl K2HPO4 is eenvoudig.
• De verhouding van KH2PO4 En K2HPO4 bepaalt de pH van de bufferen oplossing.
• Fosfaatbuffers zijn effectief in de pH bereik van 6,0 tot 8,0.
• Je kan Bereid fosfaatbuffers voor gebruik KH2PO4 En K2HPO4, of door te titreren fosforzuur (H3PO4) met een sterke basis.
• Voorzichtig pH aanpassing en probleemoplossing zijn essentieel voor succesvol bufferen voorbereiding.
• Als u de buffer voorbereidt van H3PO4 titreren met Koh tot het oplossing bereikt de gewenste pH.
• Om van te gaan KH2PO4 naar K2HPO4 U zult nodig zijn Voeg KOH toe.
• Voor het omgekeerde, gebruik HCl.

Deze uitgebreide gids biedt een solide basis voor begrip en gebruiken fosfaatbuffers In uw werk. Vergeet niet om altijd specifieke protocollen en veiligheidsrichtlijnen voor uw experimenten te raadplegen. Succes.