磷酸鹽溶液是酸性還是堿性

    在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)中，磷酸鹽溶液是使用頻率很高的試劑。但很多初入實(shí)驗(yàn)室的人都會(huì)困惑：磷酸鹽溶液是酸性還是堿性？有人說(shuō)是中性的，因?yàn)镻BS緩沖液就是中性；也有人說(shuō)是酸性的，因?yàn)槟承┝姿猁}溶液確實(shí)偏酸；還有人說(shuō)偏堿。這些說(shuō)法其實(shí)都沒錯(cuò)，關(guān)鍵在于你用的是哪一種磷酸鹽溶液。

    磷酸是一個(gè)三元酸，它能分三步解離出氫離子，每一步解離都對(duì)應(yīng)一種不同的磷酸根離子。這些離子的溶液酸堿性各不相同，有的顯酸性，有的顯堿性，有的則接近中性。所以，磷酸鹽溶液是酸性還是堿性這個(gè)問(wèn)題，需要根據(jù)具體的磷酸鹽種類來(lái)判斷。

一、先看結(jié)論：不同磷酸鹽溶液酸堿性的速查表

    在詳細(xì)講解化學(xué)原理之前，先用一個(gè)表格把幾種常見磷酸鹽溶液的酸堿性列出來(lái)，方便快速查閱。

    磷酸二氫鈉溶液：呈酸性，pH大約在4.2到4.8之間。

    磷酸氫二鈉溶液：呈弱堿性，pH大約在8.8到9.4之間。

    磷酸鈉溶液：呈強(qiáng)堿性，pH通常在11以上。

    PBS緩沖液：呈中性，pH穩(wěn)定在7.2到7.4之間。

    磷酸混合溶液：pH可根據(jù)兩組分的比例在5.8到8.0之間任意調(diào)節(jié)。

    從這張簡(jiǎn)表可以看出，磷酸鹽溶液是酸性還是堿性并沒有一個(gè)統(tǒng)一的答案。同樣是磷酸鹽，不同種類之間的pH可以相差6到7個(gè)單位，從明顯酸性跨越到強(qiáng)堿性。

    為什么同是磷酸鹽，pH卻不同？從磷酸的解離說(shuō)起

    要理解磷酸鹽溶液是酸性還是堿性的根源，需要了解磷酸的解離過(guò)程。

    磷酸是一種三元酸，它可以分三步失去氫離子。第一步，磷酸分子在水中解離出一個(gè)氫離子，生成磷酸二氫根離子。這一步對(duì)應(yīng)的酸解離常數(shù)大約為2.15，酸性較強(qiáng)。第二步，磷酸二氫根離子繼續(xù)解離出第二個(gè)氫離子，生成磷酸氫根離子。這一步對(duì)應(yīng)的酸解離常數(shù)大約為7.20，此時(shí)酸性已經(jīng)很弱。第三步，磷酸氫根離子再解離出最后一個(gè)氫離子，生成磷酸根離子，這一步對(duì)應(yīng)的酸解離常數(shù)大約為12.33，幾乎不再表現(xiàn)酸性。

    溶液最終的酸堿性，取決于其中哪種離子占據(jù)主導(dǎo)。如果溶液中主要存在的是磷酸二氫根，這種離子能夠繼續(xù)解離出氫離子，使溶液顯酸性。如果主要存在的是磷酸氫根，它既可以給出氫離子又可以接受氫離子，但其接受氫離子的傾向略強(qiáng)，因此溶液顯弱堿性。如果主要存在的是磷酸根，它會(huì)強(qiáng)烈地從水中奪取氫離子生成氫氧根，使溶液顯明顯的堿性。

    因此，磷酸鹽溶液是酸性還是堿性，本質(zhì)上是由溶液中磷酸根離子的存在形態(tài)決定的。

二、實(shí)驗(yàn)室中的中性磷酸鹽：PBS緩沖液

    雖然磷酸鹽溶液是酸性還是堿性的答案是多樣的，但在生物和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，最常見到的磷酸鹽溶液毫無(wú)疑問(wèn)是中性的PBS緩沖液。

    PBS的全稱是磷酸鹽緩沖鹽水。它不是單一的一種磷酸鹽，而是將磷酸氫二鈉和磷酸二氫鉀按特定比例混合在一起，使溶液中的磷酸氫根離子和磷酸二氫根離子濃度接近相等。根據(jù)緩沖對(duì)的化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)共軛酸堿對(duì)的濃度比為1比1時(shí)，溶液的pH值等于該緩沖對(duì)的pKa值，即7.2附近。

    因此，PBS緩沖液的pH值穩(wěn)定在7.2到7.4之間，與哺乳動(dòng)物血漿的生理pH值一致。這也是PBS被廣泛用于細(xì)胞培養(yǎng)、免疫檢測(cè)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本原因——它能提供一個(gè)與體內(nèi)環(huán)境高度相似的溫和液體環(huán)境。如果你使用的就是PBS，那么磷酸鹽溶液是酸性還是堿性這個(gè)問(wèn)題對(duì)你來(lái)說(shuō)答案就是中性的。

三、如何簡(jiǎn)單判斷一種磷酸鹽溶液的酸堿性？

    在實(shí)際工作中，可以通過(guò)觀察化學(xué)式來(lái)快速判斷某一種磷酸鹽溶液的大致酸堿性。

    如果化學(xué)式中含有H?PO??，如磷酸二氫鈉，這類磷酸二氫鹽溶液通常呈酸性。因?yàn)镠?PO??離子可以繼續(xù)解離出氫離子。如果化學(xué)式中含有HPO?2?，如磷酸氫二鈉，這類磷酸一氫鹽溶液通常呈弱堿性。因?yàn)镠PO?2?離子更傾向于接受氫離子，使溶液中氫氧根濃度升高。如果化學(xué)式中含有PO?3?，如磷酸鈉，這類磷酸正鹽溶液呈較強(qiáng)的堿性。因?yàn)镻O?3?離子會(huì)強(qiáng)烈地從水中奪取氫離子，生成大量氫氧根。

    掌握了這個(gè)規(guī)律，磷酸鹽溶液是酸性還是堿性的問(wèn)題就能迎刃而解，不需要每次都去測(cè)量。

總結(jié)

    磷酸鹽溶液是酸性還是堿性，歸結(jié)起來(lái)就是“看成分"。磷酸二氫鹽顯酸性，磷酸一氫鹽顯弱堿性，磷酸正鹽顯強(qiáng)堿性，而實(shí)驗(yàn)室中常用PBS緩沖液則通過(guò)混合兩種磷酸鹽達(dá)到了中性的效果。正是因?yàn)榱姿猁}溶液可以在寬廣的pH范圍內(nèi)覆蓋從酸性到堿性的各種需求，它們才在化學(xué)分析、生物實(shí)驗(yàn)和工業(yè)緩沖體系中被如此廣泛地使用。下次再遇到這個(gè)問(wèn)題時(shí)，先看清楚是哪種磷酸鹽，答案自然就清晰了。

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