Структура фосфата кальция (Ca3 (PO4) 2), свойства, образование и использование

фосфат кальция неорганическая и третичная соль, химическая формула которой Ca₃(РО₄)₂. Формула утверждает, что состав этой соли составляет 3: 2 для кальция и фосфата, соответственно. Это можно увидеть непосредственно на нижнем изображении, где показан катион Ca²⁺ и анион ПО₄^3-. На каждые три КА²⁺ Есть два ПО₄^3- взаимодействуя с ними.

С другой стороны, фосфат кальция относится к ряду солей, которые варьируются в зависимости от соотношения Ca / P, а также от степени гидратации и pH. На самом деле существует много типов фосфатов кальция, которые существуют и могут быть синтезированы. Однако, буквально следуя номенклатуре, фосфат кальция относится только к трикальцию, упомянутому выше..

Все фосфаты кальция, включая Са₃(РО₄)₂, Они однотонные с легкими сероватыми тонами. Они могут быть зернистыми, мелкими, кристаллическими и иметь размеры частиц около микрометров; и даже были получены наночастицы этих фосфатов, с помощью которых были разработаны биосовместимые материалы для костей..

Эта биосовместимость связана с тем, что эти соли находятся в зубах и, короче, в костных тканях млекопитающих. Например, гидроксиапатит представляет собой кристаллический фосфат кальция, который, в свою очередь, взаимодействует с аморфной фазой той же соли.

Это означает, что существуют аморфные и кристаллические фосфаты кальция. По этой причине разнообразие и множество вариантов не удивительны при синтезе материалов на основе фосфатов кальция; материалы, свойства которых исследователи интересуются каждый день во всем мире, чтобы сосредоточиться на восстановлении костей.

индекс

• 1 Структура фосфата кальция
  • 1.1 Аморфный фосфат кальция
  • 1.2 Остальная часть семьи
• 2 Физические и химические свойства
  • 2.1 Имена
  • 2.2 Молекулярный вес
  • 2.3 Физическое описание
  • 2.4 Вкус
  • 2.5 Точка плавления
  • 2.6 Растворимость
  • 2.7 Плотность
  • 2.8 Показатель преломления
  • 2.9 Стандартная энтальпия тренировки
  • 2.10 Температура хранения
  • 2,11 рН
• 3 Обучение
  • 3.1 Нитрат кальция и гидрофосфат аммония
  • 3.2 Гидроксид кальция и фосфорная кислота
• 4 использования
  • 4.1 В костной ткани
  • 4.2 Биокерамические цементы
  • 4.3 Врачи
  • 4.4 Другое
• 5 ссылок

Структура фосфата кальция

Верхнее изображение показывает структуру трехосновного каликофосфата в странном минерале whitlockite, который может содержать магний и железо в качестве примесей.

Хотя на первый взгляд это может показаться сложным, необходимо уточнить, что модель предполагает ковалентное взаимодействие между атомами кислорода фосфатов и металлическими центрами кальция.

В порядке представления это действительно, однако, взаимодействия являются электростатическими; катионы Са²⁺ привлекаются к анионам ПО₄^3- (Са²⁺- O-PO₃^3-). Имея это в виду, понятно, почему на изображении кальций (зеленые сферы) окружен отрицательно заряженными атомами кислорода (красные сферы).

Когда есть так много ионов, это не оставляет симметричное расположение или образец видимым. Ca₃(РО₄)₂ Принимает при низких температурах (Т<1000°C) una celda unitaria correspondiente a un sistema cristalino romboédrico; a este polimorfo se le conoce con el nombre de β-Ca₃(РО₄)₂ (β-TCP, для его сокращения на английском языке).

С другой стороны, при высоких температурах он превращается в полиморф α-Ca₃(РО₄)₂ (α-TCP), элементарная ячейка которого соответствует моноклинной кристаллической системе. При еще более высоких температурах также может образовываться полиморф α'-Ca₃(РО₄)₂, который имеет гексагональную кристаллическую структуру.

Аморфный фосфат кальция

Кристаллические структуры были упомянуты для фосфата кальция, который следует ожидать от соли. Однако он способен демонстрировать неупорядоченные и асимметричные структуры, связанные в большей степени с типом «кальциево-фосфатного стекла», чем с кристаллами в строгом смысле его определения..

Когда это происходит, говорят, что фосфат кальция имеет аморфную структуру (ACP, аморфный фосфат кальция). Некоторые авторы указывают на этот тип структуры как ответственный за биологические свойства Ca₃(РО₄)₂ в костных тканях, возможна его репарация и биомиметизация.

Благодаря выяснению его структуры с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) было обнаружено присутствие ионов ОН^- и HPO₄^2- в АШП. Эти ионы образуются при гидролизе одного из фосфатов:

ПО₄^3- + H₂О <=> HPO₄^2- + Огайо^-

В результате истинная структура АШП становится более сложной, состав ее ионов которой представлен формулой: Ca₉(РО₄)_6-х(HPO₄)_х(ОН)_х. «Х» указывает на степень гидратации, так как если х = 1, то формула будет такой: Ca₉(РО₄)₅(HPO₄) (ОН).

Различные структуры, которые могут иметь PCA, зависят от молярных отношений Ca / P; то есть относительного количества кальция и фосфата, которые изменяют весь их результирующий состав.

Остальная часть семьи

На самом деле фосфаты кальция представляют собой семейство неорганических соединений, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать с органической матрицей..

Другие фосфаты получают «просто» путем замены анионов, которые сопровождают кальций (ПО₄^3-, HPO₄^2-, H₂ПО₄^-, Огайо^-), а также тип примесей в твердом теле. Таким образом, до одиннадцати или более фосфатов кальция, каждый со своей структурой и свойствами, могут возникать естественным или искусственным путем..

Ниже приведены некоторые фосфаты и их соответствующие структуры и химические формулы:

-Водород кальций фосфат дигидрат, CaHPO₄H 2H₂O: моноклинный.

-Кальция дигидрофосфат моногидрат, Ca (H)₂ПО₄)₂∙ H₂O: триклиника.

-Безводный кислый фосфат, Ca (H)₂ПО₄)₂: триклиника.

-Ocalcium гидрофосфат (OCP), Ca₈H₂(РО₄)₆: триклиника Является предшественником в синтезе гидроксиапатита.

-Гидроксиапатит, Ca₅(РО₄)₃ОН: гексагональный.

Физико-химические свойства

имена

-Кальций фосфат

-Трикальцийфосфат

-Трикальций дифосфат

Молекулярный вес

310,74 г / моль.

Физическое описание

Это белое твердое вещество без запаха.

аромат

безвкусный.

Точка плавления

1670 ºK (1391 ºC).

растворимость

-Практически нерастворим в воде.

-Нерастворим в этаноле.

-Растворим в разбавленной соляной кислоте и азотной кислоте.

плотность

3,14 г / см³.

Показатель преломления

1629

Стандартная энтальпия тренировки

4126 ккал / моль.

Температура хранения

2-8 ºC.

pH

6-8 в водной суспензии 50 г / л фосфата кальция.

обучение

Нитрат кальция и гидрофосфат аммония

Существует множество способов получения или образования фосфата кальция. Одна из них состоит из смеси двух солей Ca (NO)₃)₂H 4H₂О и (NH₄)₂HPO₄, предварительно растворенный в абсолютном спирте и воде соответственно. Одна соль обеспечивает кальций, а другая фосфат.

Из этой смеси осаждается АСР, который затем подвергается нагреву в сушильном шкафу при 800 ° С и в течение 2 часов. В результате этой процедуры получается β-Ca₃(РО₄)₂. При тщательном контроле температуры, перемешивания и времени контакта может происходить образование нанокристаллов.

Для образования полиморфа α-Ca₃(РО₄)₂ необходимо нагревать фосфат выше 1000 ° С. Этот нагрев проводится в присутствии других ионов металлов, которые в достаточной степени стабилизируют этот полиморф, чтобы использовать его при комнатной температуре; то есть он остается в стабильном мета-состоянии.

Гидроксид кальция и фосфорная кислота

Фосфат кальция также может быть образован путем смешивания растворов гидроксида кальция и фосфорной кислоты с кислотно-щелочной нейтрализацией. После полдня созревания в маточных растворах и их надлежащей фильтрации, промывки, сушки и просеивания получают гранулированный порошок аморфного фосфата, ACP.

Это ACP продукт реакции высоких температур, превращающийся по следующим химическим уравнениям:

2CA₉(HPO₄) (ПО₄)₅(ОН) => 2Ca₉(P₂О₇)_0,5(РО₄)₅(ОН) + Н₂О (при Т = 446,60 ° С)

2CA₉(P₂О₇)_0,5(РО₄)₅(ОН) => 3Ca₃(РО₄)₂ + 0,5Н₂О (при Т = 748,56 ° С)

Таким образом, β-Ca получается₃(РО₄)₂, его наиболее распространенный и стабильный полиморф.

приложений

В костной ткани

Ca₃(РО₄)₂ Это основная неорганическая составляющая костной золы. Это компонент трансплантатов для замены костей, что объясняется его химическим сходством с минералами, присутствующими в кости.

Кальцийфосфатные биоматериалы используются для исправления дефектов костей и при нанесении покрытий на протезы из титанового металла. Фосфат кальция осаждается на них, изолируя их от окружающей среды и замедляя процесс коррозии титана..

Фосфаты кальция, в том числе Ca₃(РО₄)₂, Они используются для производства керамических материалов. Эти материалы являются биосовместимыми и в настоящее время используются для восстановления потери альвеолярного отростка в результате заболеваний пародонта, эндодонтических инфекций и других состояний..

Однако их следует использовать только для ускорения восстановления периапикальной кости в тех местах, где нет хронической бактериальной инфекции..

Фосфат кальция можно использовать при восстановлении костных дефектов, когда невозможно использовать аутогенный костный трансплантат. Его можно использовать отдельно или в сочетании с биоразлагаемым и рассасывающимся полимером, таким как полигликолевая кислота..

Биокерамические цементы

Кальцийфосфатный цемент (CPC) - еще одна биокерамика, используемая для восстановления костной ткани. Это сделано, смешивая порошок различных типов фосфатов кальция с водой, формируя пасту. Пасту можно вводить или подгонять к дефекту кости или полости.

Цементы формуются, постепенно рассасываются и заменяются новообразованной костью.

медицинская

-Ca₃(РО₄)₂ Это основная соль, поэтому она используется в качестве антацида для нейтрализации избытка желудочной кислоты и повышения pH. В зубной пасте он обеспечивает источник кальция и фосфата для облегчения процесса реминерализации зубов и гемостаза кости.

-Он также используется в качестве пищевой добавки, хотя самый дешевый способ заменить кальций - это использовать его карбонат и цитрат..

-Фосфат кальция можно использовать при лечении тетании, скрытой гипокальциемии и поддерживающей терапии. Кроме того, это полезно в добавках кальция во время беременности и кормления грудью.

-Используется при лечении радиоактивных изотопов радиоактивного (Ra-226) и стронция (Sr-90). Фосфат кальция блокирует поглощение радиоактивных изотопов в пищеварительном тракте, тем самым ограничивая ущерб, наносимый ими.

другие

-Фосфат кальция используется в качестве корма для птиц. Кроме того, он используется в зубных пастах для контроля зубного камня.

-Он используется в качестве средства против слеживания, например, для предотвращения уплотнения поваренной соли.

-Работает как отбеливатель для муки. В то время как в свином сале предотвращается нежелательная окраска и улучшается состояние жарки.

ссылки

1. Тунг М.С. (1998) Фосфаты кальция: структура, состав, растворимость и стабильность. В кн .: Амджад З. (ред.) Фосфаты кальция в биологических и промышленных системах. Спрингер, Бостон, Массачусетс.
2. Лю Лангланг, Янзэн Ву, Чао Сюй, Сучунь Ю, Сяопэй Ву и Хунлянь Дай. (2018). «Синтез, характеристика нано-β-трикальцийфосфата и ингибирование клеток гепатоцеллюлярной карциномы», журнал Nanomaterials, vol. 2018, ID статьи 7083416, 7 страниц, 2018. 
3. Гребни, Христос и Рей, Кристиан. (2010). Аморфные фосфаты кальция: синтез, свойства и применение в биоматериалах. Acta Biomaterialia, vol. 6 (№ 9). стр. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Трикальцийфосфат. Получено с: en.wikipedia.org
5. Abida et al. (2017). Порошок трикальцийфосфата: подготовка, характеристика и способность к уплотнению. Средиземноморский журнал химии 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Кальций фосфат. Получено из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Кальций фосфат. Наука Директ. Получено с: sciencedirect.com