KH2PO4 vs. K2HPO4: Forstå de viktigste forskjellene i fosfatbuffere

Denne artikkelen forklarer forskjellene mellom KH2PO4 (kaliumdihydrogenfosfat) og K2HPO4 (dipotassiumhydrogenfosfat), to vanlige komponenter av fosfatbufferløsninger. Vi vil fordype de kjemiske egenskapene deres, hvordan de fungerer i buffere og hvordan du velger den rette for dine spesifikke behov. Enten du er en erfaren forsker eller bare kommer i gang i laboratoriet, er det viktig å forstå disse distinksjonene for nøyaktige eksperimentelle resultater. Dette er en må lese For alle som jobber med bufferløsninger innen biologi, kjemi eller relaterte felt.

Hva er en fosfatbuffer? En forklaring

A buffer Løsning er et avgjørende verktøy i mange vitenskapelige eksperimenter. Hovedjobben er å motstå endringer i Ph Når små mengder av syre eller base er lagt til. Dette er viktig fordi mange kjemiske reaksjoner, spesielt de i biologiske systemer, er veldig følsomme for pH -endringer.

Fosfatbufferespesielt er mye brukt fordi de kan buffer over en rekke pH -verdier og er kompatible med mange biologiske systemer. De er laget med forskjellige former for fosfat, et molekyl som inneholder fosfor og oksygen. En typisk Fosfatbuffer makt inneholde en blanding av KH2PO4 (kaliumdihydrogenfosfat) og K2HPO4 (Dipotassium hydrogenfosfat). Det spesifikke forholdet mellom disse to komponentene bestemmer finalen Ph av buffer.

Hva er forskjellen mellom KH2PO4 og K2HPO4?

Nøkkelen forskjell mellom KH2PO4 og K2HPO4 ligger i antall hydrogen (H) atomer de inneholde.

• KH2PO4 (Kaliumdihydrogenfosfat): Denne forbindelsen er også kjent som monobasisk Kaliumfosfat. Den har to hydrogen atomer. Når det blir oppløst i vann, fungerer det som en svak syre, donere et proton (h+) til løsning.

• K2HPO4 (Dipotassiumhydrogenfosfat): Denne forbindelsen er også kjent som dibasisk Kaliumfosfat. Den har bare en hydrogen atom. Når den blir oppløst i vann, fungerer det som en svak base, og aksepterer et proton (H+) fra løsning.

Denne tilsynelatende små forskjellen i kjemisk struktur fører til signifikante forskjeller i deres oppførsel i løsning. KH2PO4 bidrar til de sure egenskapene til buffer, mens K2HPO4 bidrar til det grunnleggende (eller alkalisk) egenskaper.

Hvordan jobber KH2PO4 og K2HPO4 sammen i en bufferløsning?

KH2PO4 og K2HPO4 jobbe sammen som et konjugert syre-basepar for å lage en Fosfatbuffer. Likevektsreaksjonen kan representeres som følger:

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

• KH2PO4 gir H2PO4- (dihydrogenfosfat) ioner.
• K2HPO4 gir HPO42- (hydrogenfosfat) ioner.

Når en liten mengde av syre (H+) er lagt til til buffer, HPO42-ionene reagerer med syre, skifte likevekten til venstre og minimere endringen i Ph. Når en liten mengde base (oh-) er lagt til, H2PO4-ionene reagerer med basen, og skifter likevekten til høyre og igjen minimere endringen i Ph. Denne evnen til å motstå pH -endringer er det som gjør en buffer Så nyttig. Forholdet vil legge til til effekten.

Hvordan fremstille en fosfatbufferløsning med KH2PO4 og K2HPO4?

Til forberede a Fosfatbuffer Løsning, du trenger:

1. KH2PO4 (Kaliumdihydrogenfosfat)
2. K2HPO4 (Dipotassium hydrogenfosfat)
3. Destillert vann
4. En pH -måler
5. Begjærer og omrøringsutstyr

Her er en generell prosedyre (ta alltid kontakt med en spesifikk protokoll for ønsket Ph og konsentrasjon):

1. Bestem ønsket pH og konsentrasjon av bufferen din. For eksempel vil du kanskje ha en 0,1 m Fosfatbuffer ved pH 7,2.

2. Beregn mengden KH2PO4 og K2HPO4 nødvendig. Du kan bruke Henderson-Hasselbalch Ligning eller online buffer kalkulatorer for å bestemme riktig forhold av de to komponentene. Henderson-Hasselbalch-ligningen er:
   pH = PKA + log ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Der PKA er en konstant relatert til fosfat ion (omtrent 7,2 for den andre dissosiasjonen av fosforisk syre).

3. Beregn molene til KH2PO4 og K2HPO4 i bufferen, deretter legge til den respektive molvekten og som vil fortelle deg hvor mange gram du vil legge til løsning.

4. Oppløse de beregnede massene av KH2PO4 og K2HPO4 i et volum av destillert vann som er litt mindre enn den endelige ønsket volum. For eksempel, hvis du vil ha en liter av buffer, start med omtrent 800 ml vann.

5. Rør løsningen til saltene er helt oppløst.

6. Bruk en pH -måler for å måle pH i løsningen.

7. Juster om nødvendig pH ved å tilsette små mengder av en konsentrert løsning av enten KH2PO4 (for å senke pH) eller K2HPO4 (for å heve pH).

8. Når ønsket pH er nådd, tilsett destillert vann for å bringe løsningen på det endelige ønskede volumet.

Hva er pH -området for en fosfatbuffer?

Fosfatbuffere er mest effektive i Ph rekkevidde på omtrent 6,0 til 8,0. Dette er fordi PKA for hydrogenfosfat/dihydrogen fosfat Likevekten er rundt 7,2. De bufferingskapasitet er høyest når Ph er nær PKA -verdien. Selv om det er mest effektivt nær 7.2 kan det buffer på en rekke verdier, inkludert litt alkalisk 7.4.

Det er imidlertid viktig å merke seg at det effektive buffer rekkevidde kan utvides litt avhengig av den akseptable toleransen for Ph endring i en bestemt applikasjon. EN Fosfatbuffer kan fremdeles gi noen buffering kapasitet utenfor dette området, men det vil være mindre effektivt å motstå Ph endringer. De Fosfatbuffer Range er ideelt for mange biologiske anvendelser.

Hvordan velger jeg mellom KH2PO4 og K2HPO4 for eksperimentet mitt?

Valget mellom å bruke KH2PO4 eller K2HPO4 alene, eller i kombinasjon, avhenger helt av ønsket Ph av din løsning.

• Hvis du trenger en sur løsning, vil du først og fremst bruke KH2PO4.
• Hvis du trenger en grunnleggende eller alkalisk løsning, vil du først og fremst bruke K2HPO4.
• Hvis du trenger en nøytral eller nesten nøytral Ph, må du bruke en blande av begge KH2PO4 og K2HPO4 å lage en buffer. Den nøyaktige forhold av de to vil avhenge av det spesifikke Ph du prøver å oppnå.

Det er sjelden å bruke bare en av disse forbindelsene i en forskningsmiljø. Oftest tar du sikte på å lage en buffer Løsning for å stabilisere Ph av en reaksjon eller løsning.

Kan jeg bruke fosforsyre (H3PO4) for å lage en fosfatbuffer?

Ja, du kan bruke Fosforsyre (H3PO4) til forberede a Fosfatbuffer. Men, men Fosforsyre er en triprotisk syre, noe som betyr at den har tre ioniserbare hydrogenatomer. Dette fører til tre forskjellige dissosiasjonstrinn, hver med sin egen PKA -verdi:

1. H3PO4 ⇌ H + + H2PO4- (PKA1 ≈ 2,15)
2. H2PO4- ⇌ H + + HPO42- (PKA2 ≈ 7.20)
3. HPO42- ⇌ H + + PO43- (PKA3 ≈ 12,35)

Å lage en buffer Bruker H3PO4, ville du vanligvis legge til en sterk base, som Koh (kaliumhydroksyd) eller natrium hydroksyd (NaOH), for å delvis nøytralisere syre og skape ønsket forhold av fosfat arter. For eksempel å lage en buffer omkring Ph 7, ville du legge til Nok base til å nå det andre dissosiasjonstrinnet, og skape en blanding av H2PO4- og HPO42-. De buffer sone for Fosforsyre strekker seg til flere områder.

Bruker H3PO4 kan være mer sammensatt enn å bruke KH2PO4 og K2HPO4 direkte, som du trenger å kontrollere mengden base nøye lagt til å nå ønsket Ph. Imidlertid kan det være en nyttig tilnærming hvis du bare har det Fosforsyre tilgjengelig, eller ønsker å lage en løsning med høyere ionisk styrke.

Hvorfor KH2PO4 er syre og K2HPO4 er grunnleggende?

Surheten av KH2PO4 og basisiteten til K2HPO4 Forhold direkte til sine kjemiske strukturer og hvordan de samhandler med vann.

• KH2PO4 (kaliumdihydrogenfosfat): Når KH2PO4 Oppløses i vann, det dissosierer seg til K+ -ioner og H2PO4-ioner. De dihydrogenfosfat ion (H2PO4-) kan fungere som en svak syre, donerer et proton (H+) til vann:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  Dannelsen av H3O+ (hydroniumioner) øker syre konsentrasjon i løsning, gjør det surt.

• K2HPO4 (dipotassiumhydrogenfosfat): Når K2HPO4 Oppløses i vann, det dissosierer seg til 2K+ -ioner og HPO42-ioner. De hydrogenfosfation (HPO42-) kan fungere som en svak base og akseptere et proton (H+) fra vann:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Dannelsen av OH- (hydroksydioner) øker basen konsentrasjon i løsning, gjør det grunnleggende eller alkalisk.

Hvordan justere pH i en fosfatbuffer?

Justere Ph av en Fosfatbuffer er en vanlig teknikk i lab. Slik gjør du det:

1. Mål den første pH: Bruk en kalibrert pH -måler for å måle nøyaktig Ph av din buffer løsning.
2. Bestem deg for justeringens retning: Avgjøre om du trenger å øke eller redusere Ph.
3. Legg til riktig løsning:
   • For å senke pH (gjør den surere): Sakte legge til en fortynning løsning av KH2PO4 eller en fortynning løsning av en sterk syre liker HCl (Hydroklorisk syre), mens vi kontinuerlig overvåker Ph med pH -måleren.
   • For å heve pH (gjør den mer grunnleggende/alkalisk): Sakte legge til en fortynning løsning av K2HPO4 eller en fortynning løsning av en sterk base som Koh (kaliumhydroksyd) eller NaOH (natrium hydroksyd), mens vi kontinuerlig overvåker Ph med pH -måleren.
4. Bland grundig: Forsikre deg om løsning er godt blandet etter hvert tillegg.
5. Stopp når ønsket pH er nådd: Fortsett å legge til justeringen løsning i små trinn til pH -måleren leser ønsket Ph verdi. Vær forsiktig så du ikke overskrider.

Viktig merknad: Alltid legge til justeringen løsning sakte og i små mengder, mens du kontinuerlig omrører og overvåker Ph. Dette forhindrer drastisk Ph endrer og sikrer buffer opprettholder det bufferingskapasitet. Du kan referere til Kands kjemiske natriumacetat Dokumentasjon for å blande beste praksis med lignende kjemikalier.

Hva er noen vanlige anvendelser av fosfatbuffere?

Fosfatbuffere er utrolig allsidige og brukes i et bredt spekter av applikasjoner, inkludert:

• Biologisk forskning: Opprettholde Ph av cellekulturer, protein løsninger og enzymreaksjoner. PBS -løsningfor eksempel er fosfat bufret saltvann.
• Molekylærbiologi: DNA og RNA ekstraksjon, elektroforese og annet molekylær biologi teknikker.
• Biokjemi: Studerer enzymkinetikk, protein Rensing og andre biokjemiske prosesser.
• Kjemi: Som en buffer i kjemiske reaksjoner og titrasjoner.
• Farmasøytisk industri: Formulere medisiner og medisiner.
• Matindustri: Kontrollerende Ph i matforedling og bevaring.
• Industrielle vannbehandlinger: Kands kjemikalier tilbyr en rekke fosfater som ofte brukes i vannbehandling.

Biokompatibiliteten og avstembar Ph utvalg av fosfatbuffere Gjør dem til et verdifullt verktøy på mange forskjellige felt. Det spesifikke konsentrasjon og Ph av buffer vil bli valgt basert på kravene i den aktuelle applikasjonen.

Feilsøking av fosfatbufferforberedelse

Her er noen vanlige problemer som oppstår når du forbereder deg fosfatbuffere Og hvordan du løser dem:

• pH er ikke stabil:

  • Forsikre deg om at pH -måleren din er riktig kalibrert. Bruk fersk kalibrering buffere og følg produsentens instruksjoner.
  • Forsikre deg om at saltene er fullstendig oppløst. Rør løsning grundig til ingen faste partikler gjenstår.
  • Bruk rene kjemikalier av høy kvalitet. Urenheter kan påvirke Ph og bufferingskapasitet. Kands kjemikalie er stolt av renhet.
  • Sjekk for forurensning. Forsikre deg om at glassene og vannet ditt er rent og fritt for forurensninger.
  • Legger du til alle komponentene? Sjekk for å se at riktig masse for alle komponenter.

• pH er for høy eller for lav:

  • Dobbeltsjekk beregningene dine. Forsikre deg om at du brukte riktige mengder av KH2PO4 og K2HPO4.
  • Juster pH nøye ved hjelp av fortynnede løsninger av KH2PO4 (For å senke Ph) eller K2HPO4 (For å heve Ph), eller fortynn HCl eller Koh som beskrevet ovenfor.

• Utfellingsformer i bufferen:

  • Dette kan skje hvis konsentrasjonen av bufferen er for høy. Prøv å fortynne buffer.
  • Noen fosfatsalter har begrenset løselighet. Forsikre deg om at du ikke overskrider løselighetsgrensen for salter du bruker.
  • Temperatur kan påvirke løseligheten. Noen fosfat Salter er mindre oppløselige ved lavere temperaturer.
  • Forurensning. Forsikre deg om at din kjemisk Reagenser er fri for forurensning, og at du jobber under sterile forhold, fri fra forurensninger utenfra.

• Kan ikke oppnå min ønskede pH

  • Hvis du har fulgt en protokoll og du oppnår ikke den uttalte pH, prøv å se på Internett. ResearchGate har et robust samfunn av forskere som deler sine erfaringer, og du kan finne en forklaring. Hvis spørsmålet om din spesifikke fosfatbuffer ikke har vært spurte, kan du relatere Spørsmålet ditt til en lignende.

Viktige takeaways

• KH2PO4 (Kalium dihydrogenfosfat) og K2HPO4 (Dipotassium hydrogenfosfat) er viktige komponenter i fosfatbuffere.
• KH2PO4 er sur, mens K2HPO4 er grunnleggende.
• De forhold av KH2PO4 og K2HPO4 bestemmer Ph av buffer løsning.
• Fosfatbuffere er effektive i Ph rekkevidde fra 6,0 til 8,0.
• Du kan Forbered fosfatbuffere Bruker KH2PO4 og K2HPO4, eller ved å titrere Fosforsyre (H3PO4) med en sterk base.
• Forsiktig Ph Justering og feilsøking er avgjørende for vellykket buffer preparat.
• Hvis du forbereder bufferen fra H3PO4 titrer med Koh til løsning når ønsket pH.
• Å gå fra KH2PO4 til K2HPO4 Du må Legg til Koh.
• For motsatt, bruk HCl.

Denne omfattende guiden gir et solid grunnlag for forståelse og bruk fosfatbuffere i arbeidet ditt. Husk å alltid konsultere spesifikke protokoller og sikkerhetsretningslinjer for eksperimentene dine. Lykke til.