KH2PO4 проти K2HPO4: Розуміння ключових відмінностей у фосфатних буферах

Ця стаття пояснює відмінності між KH2PO4 (дигідрогенним фосфатом калію) та K2HPO4 (дипотасієвий водневий фосфат), два поширені компоненти фосфатних буферних розчинів. Ми заглибимось у їхні хімічні властивості, як вони функціонують у буферах, і як вибрати потрібний для ваших конкретних потреб. Незалежно від того, чи є ви досвідченим дослідником чи просто починаєте в лабораторії, розуміння цих відмінностей є життєво важливим для точних експериментальних результатів. Це обов’язково прочитати Для тих, хто працює з буферними рішеннями з біології, хімії або пов'язаних з ними сфери.

Що таке фосфатний буфер? Пояснення

A буфер Рішення є вирішальним інструментом у багатьох наукових експериментах. Основна його робота - протистояти змінам рН Коли невеликі кількості кислот або база є доданий. Це важливо, оскільки багато хімічних реакцій, особливо в біологічних системах, дуже чутливі до змін рН.

Фосфатні буферизокрема, широко використовуються, оскільки вони можуть буфер в межах діапазону значень рН і сумісні з багатьма біологічними системами. Вони виготовляються з використанням різних форм фосфат, молекула, яка містить фосфор та кисень. Типовий фосфатний буфер могло містити суміш KH2PO4 (дигідрогенфосфат калію) і K2HPO4 (Діпотій фосфат водню.). Конкретне співвідношення цих двох компонентів визначає остаточний рН з буфер.

Яка різниця між KH2PO4 та K2HPO4?

Ключ різниця між KH2PO4 і K2HPO4 лежить в кількості водень (H) атоми вони містити.

• KH2PO4 (Дигідрогенфосфат калію): Ця сполука також відома як монобазна фосфат калію. У ньому два водень атоми. При розчиненні у воді він діє як слабкий кислот, пожертвування протона (H+) на розчин.

• K2HPO4 (Дикотасій фосфат водню): Ця сполука також відома як дибасік фосфат калію. У ньому лише один водень атом. При розчиненні у воді він діє як слабка основа, приймаючи протон (H+) з розчин.

Ця, здавалося б, невелика різниця в хімічній структурі призводить до значних відмінностей у їх поведінці в розчині. KH2PO4 сприяє кислим властивостям буфер, поки K2HPO4 сприяє основному (або лужний) властивості.

Як KH2PO4 та K2HPO4 працюють разом у буферному розчині?

KH2PO4 і K2HPO4 працювати разом як кон'югатна кислотна пара, щоб створити a фосфатний буфер. Рівноважна реакція може бути представлена ​​наступним чином:

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

• KH2PO4 Забезпечує H2PO4- (дигідрогенфосфат) іони.
• K2HPO4 Забезпечує HPO42- (фосфат водню) іони.

Коли невелика кількість кислот (H+) є доданий до буфер, іони HPO42- кислот, переміщення рівноваги вліво і мінімізує зміну в рН. Коли невелика кількість основи (OH-) є доданий, іони H2PO4-реагують на основу, змінюючи рівновагу праворуч і знову мінімізуючи зміну в рН. Ця здатність протистояти змінам рН - це те, що робить a буфер Так корисно. Співвідношення буде додавання до ефекту.

Як підготувати фосфатний буферний розчин з KH2PO4 та K2HPO4?

До готувати a фосфатний буфер Рішення, вам знадобиться:

1. KH2PO4 (Дигідрогенфосфат калію)
2. K2HPO4 (Діпотій фосфат водню)
3. Дистильована вода
4. РН -метр
5. Склянки та ворушіння обладнання

Ось загальна процедура (завжди зверніться до конкретної протокол для бажаного рН і концентрація):

1. Визначте потрібний рН та концентрацію буфера. Наприклад, ви можете захотіти 0,1 м фосфатний буфер при рН 7,2.

2. Обчисліть кількість необхідних KH2PO4 та K2HPO4. Ви можете використовувати Henderson-Hasselbalch рівняння або в Інтернеті буфер Калькулятори для визначення правильного співвідношення з двох компонентів. Рівняння Хендерсона-Хассельбала:
   ph = pka + log ([HPO42-]/[H2PO4-])
   Де PKA - це постійна, пов’язана з фосфат іон (приблизно 7,2 для другої дисоціації фосфорики кислот.).

3. Обчисліть молі KH2PO4 та K2HPO4 у буфері, потім додавання відповідна молярна вага і це підкаже вам, скільки грамів додати до рішення.

4. Розчиняти обчислені маси KH2PO4 і K2HPO4 в обсязі дистильованої води, яка трохи менше, ніж ваш остаточний бажаний обсяг. Наприклад, якщо ви хочете 1 літр буфер, почніть з близько 800 мл води.

5. Перемішайте розчин, поки солі не будуть повністю розчинені.

6. Використовуйте лічильник рН для вимірювання рН розчину.

7. При необхідності відрегулюйте pH, додавши невелику кількість концентрованого розчину або KH2PO4 (для зниження рН), або K2HPO4 (для підвищення pH).

8. Після досягнення бажаного рН додайте дистильовану воду, щоб довести розчин до кінцевого потрібного об'єму.

Який діапазон рН фосфатного буфера?

Фосфатні буфери найбільш ефективні в рН діапазон приблизно від 6,0 до 8,0. Це тому, що PKA фосфат водню/Дигідроген фосфат Рівновага становить близько 7,2. З буферизація найвищий, коли рН близький до значення PKA. Хоча він є найбільш ефективним поблизу 7,2, він може буфер в діапазоні значень, включаючи трохи лужний 7.4.

Однак важливо зазначити, що ефективний буфер Діапазон може бути трохи розширеним залежно від прийнятної толерантності до рН Зміна певної програми. фосфатний буфер може все -таки забезпечити деякі буферний Ємність поза цим діапазоном, але буде менш ефективною в чистості рН зміни. З фосфатний буфер Діапазон ідеально підходить для багатьох біологічних застосувань.

Як я можу вибрати між KH2PO4 та K2HPO4 для свого експерименту?

Вибір між використанням KH2PO4 або K2HPO4 поодинці, або в поєднанні, повністю залежить від бажаного рН вашого розчин.

• Якщо вам потрібна кисла розчин, ви б використовували насамперед KH2PO4.
• Якщо вам потрібен базовий або лужний розчин, ви б використовували насамперед K2HPO4.
• Якщо вам потрібен нейтральний або майже нейтральний рН, вам потрібно буде використовувати суміш обох KH2PO4 і K2HPO4 створити a буфер. Точний співвідношення з двох буде залежати від конкретного рН Ви намагаєтесь досягти.

У дослідницьких умовах рідко можна використовувати лише одну з цих сполук. Найчастіше ви прагнете створити буфер рішення для стабілізації рН реакції або розчин.

Чи можу я використовувати фосфорну кислоту (H3PO4) для створення фосфатного буфера?

Так, ви можете використовувати фосфорна кислота (H3PO4) готувати a фосфатний буфер. Однак фосфорна кислота є трипротичним кислот, це означає, що він має три іонізовані атоми водню. Це призводить до трьох різних етапів дисоціації, кожен з яких має власне значення PKA:

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

Зробити a буфер використання H3PO4, ти зазвичай би додавання сильна база, як Кот (гідроксид калію) або натрій гідроксид (NaOH), частково нейтралізувати кислот і створити бажаний співвідношення на фосфат види. Наприклад, для створення буфер навколо рН 7, ти додавання Досить бази, щоб досягти другого етапу дисоціації, створюючи суміш H2PO4- та HPO42-. З буфер зона для фосфорна кислота поширюється на кілька діапазонів.

Використання H3PO4 може бути складнішим, ніж використання KH2PO4 і K2HPO4 безпосередньо, оскільки вам потрібно ретельно контролювати кількість бази доданий досягти бажаного рН. Однак це може бути корисним підходом, якщо у вас є лише фосфорна кислота доступні або хочуть створити a розчин з вищим іонна сила.

Чому KH2PO4 кислота, а K2HPO4 є основним?

Кислотність KH2PO4 і основи K2HPO4 відносяться безпосередньо до їх хімічних структур та того, як вони взаємодіють з водою.

• KH2PO4 (Дигідрогенний фосфат калію): Коли KH2PO4 Розчиняється у воді, він розрізняється на іони K+ та H2PO4-іони. З дигідрогенфосфат іон (H2PO4-) може діяти як слабкий кислот, Пожертвування протона (H+) на воду:
  H2PO4- + H2O ⇌ HPO42- + H3O +
  Формування H3O+ (іони гідронію) збільшує кислот концентрація в розчин, роблячи це кислим.

• K2HPO4 (фосфат водню Діпотасій): Коли K2HPO4 Розчиняється у воді, він розрізняється на іони 2k+ іони HPO42-. З іон фосфату водню (HPO42-) може діяти як слабка база, приймаючи протон (H+) з води:
  HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH-
  Формування OH- (гідроксидних іонів) збільшує основу концентрація у розчин, робить його базовим або лужний.

Як відрегулювати рН фосфатного буфера?

Коригування рН a фосфатний буфер є звичайним техніка у лабораторія. Ось як це зробити:

1. Виміряйте початковий рН: Використовуйте калібрований рН -метр, щоб точно виміряти рН вашого буфер рішення.
2. Визначте напрямок коригування: Визначте, чи потрібно вам збільшувати чи зменшити рН.
3. Додайте відповідне рішення:
   • Щоб знизити рН (зробити його більш кислим): Повільно додавання розведений розчин на KH2PO4 або розведений розчин сильний кислот як HCL (Сідрохлорик кислот), постійно моніторинг рН з рН -лічильником.
   • Підняти рН (зробити його більш базовим/лужним): Повільно додавання розведений розчин на K2HPO4 або розведений розчин сильної бази, як Кот (гідроксид калію) або NaOH (натрій гідроксид), при цьому постійно контролюючи рН з рН -лічильником.
4. Ретельно перемішайте: Забезпечити розчин добре змішується після кожного додавання.
5. Зупиніться, коли буде досягнуто бажаного рН: Продовжуйте додавати коригування розчин з невеликими кроками, поки рН лічильник не зчитує бажаного рН значення. Будьте обережні, щоб не переоцінювати.

Важлива примітка: Завжди додавання коригування розчин повільно і в невеликих кількостях, при цьому постійно перемішувавши та контролюючи рН. Це запобігає різким рН змінюється та забезпечує буфер Зберігає його буферизація. Ви можете посилатися Хімічний ацетат натрію Kand Документація для змішування найкращих практик з подібними хімічними речовинами.

Які поширені застосування фосфатних буферів?

Фосфатні буфери неймовірно універсальні і використовуються в широкому діапазоні додатків, включаючи:

• Біологічні дослідження: Підтримка рН клітинних культур, білок розчини та ферментні реакції. Рішення PBS, наприклад, є фосфат буферний фізіологічний розчин.
• Молекулярна біологія: ДНК та РНК екстракція, електрофорез та інше молекулярний біологія техніка.
• Біохімія: Вивчення кінетики ферментів, білок Очищення та інші біохімічні процеси.
• Хімія: Як буфер в хімічних реакціях та титрах.
• Фармацевтична промисловість: Формулювання препаратів та ліків.
• Харчова промисловість: Керуючий рН при переробці їжі та збереженню.
• Промислові обробки води: Хімічні речовини Kand пропонують різноманітні фосфати які часто використовуються при очищенні води.

Біосумісність і настроєна рН діапазон фосфатні буфери Зробіть їх цінним інструментом у багатьох різних сферах. Конкретний концентрація і рН з буфер буде обрано на основі вимог конкретної програми.

Усунення несправностей підготовка буфера фосфатів

Ось кілька поширених проблем, що виникають під час підготовки фосфатні буфери і як їх вирішити:

• PH не стабільний:

  • Переконайтесь, що ваш лічильник pH належним чином калібрований. Використовуйте свіжу калібрування буфери і дотримуйтесь інструкцій виробника.
  • Переконайтесь, що солі повністю розчиняються. Перемішати розчин ретельно, поки не залишиться твердих частинок.
  • Використовуйте якісні чисті хімічні речовини. Домішки можуть вплинути на рН і буферизація. Хіміка Канд пишається чистотою.
  • Перевірте наявність забруднення. Переконайтесь, що ваш посуд і вода чисті та без забруднень.
  • Ви додали всі компоненти? Перевірте, чи правильно маса для всіх компонентів.

• pH занадто високий або занадто низький:

  • Двічі перевірте свої розрахунки. Переконайтеся, що ви використовували правильну кількість KH2PO4 і K2HPO4.
  • Ретельно відрегулюйте pH Використання розведених розчинів KH2PO4 (щоб опустити рН) K2HPO4 (Підняти рН), або розбавляти HCL або Кот як описано вище.

• Осад у буфері:

  • Це може статися, якщо концентрація буфера занадто висока. Спробуйте розбавити буфер.
  • Деякі солі фосфатів мають обмежену розчинність. Переконайтеся, що ви не перевищуєте межу розчинності солі Ви використовуєте.
  • Температура може впливати на розчинність. Дещо фосфат Солі менш розчинні при нижчих температурах.
  • Забруднення. Переконайтесь, що ваш хімічний Реагенти не містять забруднення, і ви працюєте в стерильних умовах, вільних від зовнішніх забруднень.

• Не можу отримати бажаний pH

  • Якщо ви дотримувались протокол і ви не досягаєте заявленого рН, спробуйте подивитися на Інтернет. Дослідження має міцну спільноту вчених, які діляться своїм досвідом, і ви можете знайти пояснення. Якщо питання щодо вашого конкретного фосфатного буфера не було запитував, ти можеш співвідносити Ваше запитання до подібного.

Ключові винос

• KH2PO4 (Калій дигідрогенфосфат) і K2HPO4 (Діпотій фосфат водню) є ключовими компонентами фосфатні буфери.
• KH2PO4 кислий, поки K2HPO4 є основним.
• З співвідношення на KH2PO4 і K2HPO4 визначає рН з буфер рішення.
• Фосфатні буфери ефективні в рН діапазон від 6,0 до 8,0.
• Ви можете Підготуйте фосфатні буфери використання KH2PO4 і K2HPO4або шляхом титрування фосфорна кислота (H3PO4) з сильною базою.
• Обережний рН коригування та усунення несправностей є важливими для успішного буфер підготовка.
• Якщо ви готуєте буфер H3PO4 титрувати Кот до розчин досягає потрібного рН.
• Піти з KH2PO4 до K2HPO4 Вам потрібно буде Додати Кох.
• Для зворотного використання використовуйте HCL.

Цей вичерпний посібник забезпечує міцну основу для розуміння та використання фосфатні буфери у вашій роботі. Не забудьте завжди звертатися до конкретних протоколів та вказівок щодо безпеки для своїх експериментів. Удачі.