KH2PO4 vs. K2HPO4: Compreendendo as principais diferenças de buffers de fosfato

Este artigo explica as diferenças entre KH2PO4 (fosfato de di -hidrogênio de potássio) e K2HPO4 (fosfato de hidrogênio DiPotassium), dois componentes comuns de soluções tampão de fosfato. Vamos nos aprofundar em suas propriedades químicas, como elas funcionam em buffers e como escolher o certo para suas necessidades específicas. Seja você um pesquisador experiente ou apenas iniciando o laboratório, entender essas distinções é vital para resultados experimentais precisos. Este é um leitura obrigatória Para quem trabalha com soluções buffers em biologia, química ou campos relacionados.

O que é um tampão fosfato? Uma explicação

A buffer A solução é uma ferramenta crucial em muitos experimentos científicos. Seu principal trabalho é resistir às mudanças em ph Quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionado. Isso é importante porque muitas reações químicas, especialmente aquelas em sistemas biológicos, são muito sensíveis às mudanças de pH.

Buffers de fosfato, em particular, são amplamente utilizados porque podem buffer em uma variedade de valores de pH e são compatíveis com muitos sistemas biológicos. Eles são feitos usando diferentes formas de fosfato, uma molécula que contém fósforo e oxigênio. Um típico tampão fosfato poder conter uma mistura de KH2PO4 (fosfato de di -hidrogênio de potássio) e K2HPO4 (Dipotássio fosfato de hidrogênio). A proporção específica desses dois componentes determina o final ph do buffer.

Qual é a diferença entre KH2PO4 e K2HPO4?

A chave diferença entre KH2PO4 e K2HPO4 está no número de hidrogênio (H) átomos eles conter.

• KH2PO4 (Fosfato de di -hidrogênio do potássio): Este composto também é conhecido como monobásico Fosfato de potássio. Tem dois hidrogênio átomos. Quando dissolvido em água, ele atua como um fraco ácido, doar um próton (h+) para o solução.

• K2HPO4 (Dipotassio hidrogênio fosfato): Este composto também é conhecido como dibásico Fosfato de potássio. Tem apenas um hidrogênio átomo. Quando dissolvido em água, atua como uma base fraca, aceitando um próton (h+) do solução.

Essa diferença aparentemente pequena na estrutura química leva a diferenças significativas em seu comportamento em solução. KH2PO4 contribui para as propriedades ácidas do buffer, enquanto K2HPO4 contribui para o básico (ou alcalino) propriedades.

Como o KH2PO4 e o K2HPO4 funcionam juntos em uma solução buffer?

KH2PO4 e K2HPO4 trabalhar juntos como um par de base ácido conjugado para criar um tampão fosfato. A reação de equilíbrio pode ser representada da seguinte maneira:

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

• KH2PO4 fornece o h2po4- (fosfato de di -hidrogênio) íons.
• K2HPO4 fornece o HPO42- (fosfato de hidrogênio) íons.

Quando uma pequena quantidade de ácido (H+) é adicionado para o buffer, os íons hpo42- reagem com o ácido, mudar o equilíbrio para a esquerda e minimizar a mudança em ph. Quando uma pequena quantidade de base (oh-) é adicionado, os íons H2PO4- ph. Essa capacidade de resistir às mudanças de pH é o que faz um buffer tão útil. A proporção irá adicionar para o efeito.

Como preparar uma solução de tampão fosfato com Kh2PO4 e K2HPO4?

Para preparar a tampão fosfato Solução, você precisará:

1. KH2PO4 (Fosfato de di -hidrogênio do potássio)
2. K2HPO4 (Dipotássio fosfato de hidrogênio)
3. Água destilada
4. Um medidor de pH
5. Copos e equipamentos de agitação

Aqui está um procedimento geral (sempre consulte um específico protocolo para você desejado ph e concentração):

1. Determine o pH desejado e a concentração do seu buffer. Por exemplo, você pode querer um 0,1m tampão fosfato a pH 7,2.

2. Calcule a quantidade de kh2po4 e k2hpo4 necessária. Você pode usar o henderson-hasselbalch equação ou online buffer calculadoras para determinar o correto razão dos dois componentes. A equação de Henderson-Hasselbalch é:
   ph = pka + log ([hpo42-]/[h2po4-])
   Onde pka é uma constante relacionada ao fosfato íon (aproximadamente 7,2 para a segunda dissociação de fosfóricos ácido).

3. Calcule as moles de Kh2po4 e K2HPO4 no buffer, então adicionar o respectivo peso molar e isso dirá quantos gramas para adicionar ao solução.

4. Dissolver as massas calculadas de KH2PO4 e K2HPO4 em um volume de água destilada que é um pouco menor que o seu final desejado volume. Por exemplo, se você quiser 1 litro de buffer, comece com cerca de 800 ml de água.

5. Mexa a solução até que os sais estejam completamente dissolvidos.

6. Use um medidor de pH para medir o pH da solução.

7. Se necessário, ajuste o pH adicionando pequenas quantidades de uma solução concentrada de Kh2PO4 (para diminuir o pH) ou K2HPO4 (para aumentar o pH).

8. Depois que o pH desejado for atingido, adicione água destilada para levar a solução ao volume final desejado.

Qual é a faixa de pH de um tampão fosfato?

Buffers de fosfato são mais eficazes no ph varia de aproximadamente 6,0 a 8,0. Isso ocorre porque o PKA do fosfato de hidrogênio/di -hidrogênio fosfato O equilíbrio é de cerca de 7,2. O Capacidade de buffer é mais alto quando o ph está próximo do valor da PKA. Embora seja mais eficaz perto de 7.2, pode buffer em uma série de valores, incluindo o ligeiramente alcalino 7.4.

No entanto, é importante observar que o efetivo buffer o alcance pode ser ligeiramente estendido, dependendo da tolerância aceitável para ph mudança em um aplicativo específico. UM tampão fosfato ainda pode fornecer alguns buffer capacidade fora desse intervalo, mas será menos eficaz em resistir ph mudanças. O tampão fosfato O alcance é ideal para muitas aplicações biológicas.

Como escolho entre KH2PO4 e K2HPO4 para o meu experimento?

A escolha entre usar KH2PO4 ou K2HPO4 sozinho, ou em combinação, depende inteiramente do desejado ph do seu solução.

• Se você precisa de um ácido solução, você usaria principalmente KH2PO4.
• Se você precisa de um básico ou alcalino solução, você usaria principalmente K2HPO4.
• Se você precisar de um neutro ou quase neutro ph, você precisará usar um mistura de ambos KH2PO4 e K2HPO4 para criar um buffer. O exato razão dos dois dependerão do específico ph você está tentando alcançar.

É raro usar apenas um desses compostos em um ambiente de pesquisa. Na maioria das vezes, você pretende criar um buffer solução para estabilizar o ph de uma reação ou solução.

Posso usar ácido fosfórico (H3PO4) para fazer um tampão fosfato?

Sim, você pode usar ácido fosfórico (H3PO4) para preparar a tampão fosfato. No entanto, ácido fosfórico é um triprótico ácido, o que significa que possui três átomos ionizáveis ​​de hidrogênio. Isso leva a três etapas diferentes de dissociação, cada uma com seu próprio valor de PKA:

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

Para fazer um buffer usando H3PO4, você normalmente adicionar uma base forte, como Koh (hidróxido de potássio) ou sódio hidróxido (NaOH), para neutralizar parcialmente o ácido e criar o desejado razão de fosfato espécies. Por exemplo, para criar um buffer em volta ph 7, você faria adicionar base suficiente para atingir a segunda etapa de dissociação, criando uma mistura de H2PO4- e HPO42-. O buffer zona para ácido fosfórico se estende a vários intervalos.

Usando H3PO4 pode ser mais complexo do que usar KH2PO4 e K2HPO4 diretamente, como você precisa controlar cuidadosamente a quantidade de base adicionado Para alcançar o desejado ph. No entanto, pode ser uma abordagem útil se você tem apenas ácido fosfórico disponível, ou deseja criar um solução com mais alto força iônica.

Por que o KH2PO4 é o ácido e o K2HPO4 é básico?

A acidez de KH2PO4 e a basicidade de K2HPO4 relacionam -se diretamente às suas estruturas químicas e como elas interagem com a água.

• KH2PO4 (fosfato de di -hidrogênio do potássio): Quando KH2PO4 dissolve-se na água, ele se dissocia em íons K+ e íons H2PO4. O fosfato de di -hidrogênio íon (H2PO4-) pode atuar como um fraco ácido, doando um próton (H+) para a água:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  A formação de H3O+ (íons de hidrônio) aumenta o ácido concentração no solução, tornando -o ácido.

• K2HPO4 (fosfato de hidrogênio DIPOTASSIO): Quando K2HPO4 Dissolve-se na água, ele se dissocia em íons 2K+ e íons HPO42. O íon hidrogênio fosfato (HPO42-) pode atuar como uma base fraca, aceitando um próton (h+) da água:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  A formação de OH- (íons hidróxido) aumenta a base concentração no solução, tornando -o básico ou alcalino.

Como ajustar o pH de um tampão fosfato?

Ajustando o ph de um tampão fosfato é comum técnica no laboratório. Veja como fazer isso:

1. Meça o pH inicial: Use um medidor de pH calibrado para medir com precisão o ph do seu buffer solução.
2. Decida sobre a direção do ajuste: Determinar se você precisa aumentar ou diminuir o ph.
3. Adicione a solução apropriada:
   • Para diminuir o pH (torne -o mais ácido): Devagar adicionar uma diluição solução de KH2PO4 ou uma diluição solução de um forte ácido como Hcl (clorídrico ácido), enquanto monitorava continuamente o ph com o medidor de pH.
   • Para aumentar o pH (torne -o mais básico/alcalino): Devagar adicionar uma diluição solução de K2HPO4 ou uma diluição solução de uma base forte como Koh (hidróxido de potássio) ou NaOH (sódio hidróxido), enquanto monitorou continuamente o ph com o medidor de pH.
4. Misture bem: Garanta o solução está bem misturado após cada adição.
5. Pare quando o pH desejado for alcançado: Continue adicionando o ajuste solução em pequenos incrementos até que o medidor de pH leia o desejado ph valor. Cuidado para não ultrapassar.

Nota importante: Sempre adicionar o ajuste solução lentamente e em pequenas quantidades, enquanto mexendo continuamente e monitorando o ph. Isso impede drástico ph muda e garante o buffer mantém seu Capacidade de buffer. Você pode fazer referência Kand's Chemical Sodium Acetato Documentação para misturar as melhores práticas com produtos químicos semelhantes.

Quais são algumas aplicações comuns de buffers de fosfato?

Buffers de fosfato são incrivelmente versáteis e são usados ​​em uma ampla gama de aplicações, incluindo:

• Pesquisa biológica: Mantendo o ph de culturas celulares, proteína soluções e reações enzimáticas. Solução PBS, por exemplo, é fosfato Salinha tamponada.
• Biologia Molecular: DNA e ARN extração, eletroforese e outro molecular biologia técnicas.
• Bioquímica: Estudando cinética enzimática, proteína purificação e outros processos bioquímicos.
• Química: Como um buffer em reações químicas e titulações.
• Indústria farmacêutica: Formulação de drogas e medicamentos.
• Indústria de alimentos: Controle ph no processamento e preservação de alimentos.
• Tratamentos industriais de água: Os produtos químicos de Kand oferecem uma variedade de fosfatos que são frequentemente usados ​​no tratamento de água.

A biocompatibilidade e sintonizável ph alcance de Buffers de fosfato Faça deles uma ferramenta valiosa em muitos campos diferentes. O específico concentração e ph do buffer será escolhido com base nos requisitos de um aplicativo específico.

Solução de problemas de preparação de tampão fosfato

Aqui estão alguns problemas comuns encontrados ao se preparar Buffers de fosfato E como resolvê -los:

• O pH não é estável:

  • Verifique se o seu medidor de pH está calibrado corretamente. Use calibração nova buffers e siga as instruções do fabricante.
  • Verifique se os sais estão completamente dissolvidos. Mexa o solução completamente até que nenhuma partícula sólida permaneça.
  • Use produtos químicos puros e de alta qualidade. Impurezas podem afetar o ph e Capacidade de buffer. O produto químico de Kand se orgulha da pureza.
  • Verifique a contaminação. Certifique -se de que seus copos e água estejam limpos e livres de contaminantes.
  • Você adicionou todos os componentes? Verifique se o correto massa Para todos os componentes.

• O pH é muito alto ou muito baixo:

  • Verifique novamente seus cálculos. Certifique -se de usar as quantidades corretas de KH2PO4 e K2HPO4.
  • Ajuste o pH cuidadosamente usando soluções diluídas de KH2PO4 (para diminuir ph) ou K2HPO4 (para aumentar ph), ou diluir Hcl ou Koh como descrito acima.

• Formulários precipitados no buffer:

  • Isso pode acontecer se a concentração do buffer estiver muito alta. Tente diluir o buffer.
  • Alguns sais de fosfato têm solubilidade limitada. Verifique se você não está excedendo o limite de solubilidade do sais você está usando.
  • A temperatura pode afetar a solubilidade. Alguns fosfato Os sais são menos solúveis a temperaturas mais baixas.
  • Contaminação. Certifique -se de que você químico Os reagentes estão livres de contaminação e que você está trabalhando em condições estéreis, livres de contaminantes externos.

• Não pode obter o pH desejado

  • Se você seguiu um protocolo E você não está alcançando o pH declarado, tente olhar para o Internet. Pesquisa tem uma comunidade robusta de cientistas que estão compartilhando suas experiências, e você pode encontrar um explicação. Se a pergunta sobre seu tampão fosfato específico não foi perguntado, você pode relacionar Sua pergunta a um semelhante.

Takeaways -chave

• KH2PO4 (potássio fosfato de di -hidrogênio) e K2HPO4 (Dipotássio fosfato de hidrogênio) são os principais componentes de Buffers de fosfato.
• KH2PO4 é ácido, enquanto K2HPO4 é básico.
• O razão de KH2PO4 e K2HPO4 determina o ph do buffer solução.
• Buffers de fosfato são eficazes no ph intervalo de 6,0 a 8.0.
• Você pode Prepare buffers de fosfato usando KH2PO4 e K2HPO4, ou titulando ácido fosfórico (H3PO4) com uma base forte.
• Cuidadoso ph ajuste e solução de problemas são essenciais para o sucesso buffer preparação.
• Se você está preparando o buffer de H3PO4 titular com Koh Até o solução atinge o pH desejado.
• Para ir de KH2PO4 para K2HPO4 você precisará Adicione Koh.
• Para o reverso, use Hcl.

Este guia abrangente fornece uma base sólida para entender e usar Buffers de fosfato em seu trabalho. Lembre -se de sempre consultar protocolos específicos e diretrizes de segurança para seus experimentos. Boa sorte.