Calciumphosphat (Ca3 (PO4) 2) struktur, egenskaber, dannelse og anvendelser



den calciumphosphat er et uorganisk og tertiært salt, hvis kemiske formel er Ca3(PO4)2. Formlen fastslår, at sammensætningen af ​​dette salt er henholdsvis 3: 2 for henholdsvis calcium og phosphat. Dette kan ses direkte i det nederste billede, hvor Ca-kationen er vist2+ og anionen PO43-. For hver tre Ca2+ Der er to PO43- interagerer med dem.

På den anden side refererer calciumphosphat til en række salte, som varierer afhængigt af Ca / P-forholdet, såvel som graden af ​​hydrering og pH. Faktisk findes der mange typer calciumfosfater, der findes og kan syntetiseres. Men efter nomenklaturen refererer calciumfosfat kun til tricalcium, det ovennævnte.

Alle calciumphosphater, herunder Ca3(PO4)2, De er faste hvide med svagt gråtoner. De kan være granulære, fine, krystallinske og har partikelstørrelser, der er omkring mikrometer; og selv er nanopartikler af disse fosfater blevet fremstillet, med hvilke biokompatible materialer til knoglerne er udformet.

Denne biokompatibilitet skyldes det faktum, at disse salte findes i tænderne og kort sagt i knoglernes knoglevæv. For eksempel er hydroxyapatit et krystallinsk calciumphosphat, der igen vekselvirker med en amorf fase af det samme salt.

Dette betyder at amorfe og krystallinske calciumphosphater eksisterer. Af denne grund er mangfoldighed og flere muligheder ikke overraskende, når syntetiserer materialer baseret på calciumphosphater; materialer i hvis ejendomme forskere er mere interesserede hver dag over hele verden for at fokusere på genoprettelse af knogler.

indeks

  • 1 Struktur af calciumphosphat
    • 1.1 Amorft calciumphosphat
    • 1.2 Resten af ​​familien
  • 2 Fysiske og kemiske egenskaber
    • 2.1 Navne
    • 2,2 molekylvægt
    • 2.3 Fysisk beskrivelse
    • 2.4 Smag
    • 2,5 smeltepunkt
    • 2.6 Opløselighed
    • 2,7 tæthed
    • 2,8 brydningsindeks
    • 2.9 Standard entalpy af træning
    • 2,10 Opbevaringstemperatur
    • 2,11 pH
  • 3 træning
    • 3.1 Kalsiumnitrat og ammoniumhydrogenphosphat
    • 3.2 Calciumhydroxid og phosphorsyre
  • 4 anvendelser
    • 4.1 i knoglevævet
    • 4.2 Bioceramiske cementer
    • 4.3 Læger
    • 4.4 Andre
  • 5 referencer

Struktur af calciumphosphat

Det øverste billede viser strukturen af ​​tribasisk kalicophosphat i det mærkelige whitlockit-mineral, som kan indeholde magnesium og jern som urenheder.

Selvom det ved første øjekast forekommer at være komplekst, er det nødvendigt at præcisere, at modellen antager kovalente interaktioner mellem phosphaternes oxygenatomer og metalcentrene af calcium.

Til gengæld er det gyldigt, men interaktionerne er elektrostatiske; det vil sige kationer Ca2+ er tiltrukket af PO anioner43- (Ca2+- O-PO33-). Med dette i tankerne er det forstået, hvorfor i billedet er calcium (grønne kugler) omgivet af negativt ladede oxygenatomer (røde kugler).

Når der er så mange ioner, forlader det ikke et symmetrisk arrangement eller mønster synligt. Ca3(PO4)2 Vedtager ved lave temperaturer (T<1000°C) una celda unitaria correspondiente a un sistema cristalino romboédrico; a este polimorfo se le conoce con el nombre de β-Ca3(PO4)2 (β-TCP, for dens akronym på engelsk).

Ved høje temperaturer omdannes den til polymorf α-Ca3(PO4)2 (a-TCP), hvis enhedscelle svarer til et monoklinisk krystallinsk system. Ved endnu højere temperaturer kan polymorfen a'-Ca også dannes3(PO4)2, som er af sekskantet krystalstruktur.

Amorft calciumphosphat

Krystalstrukturer er blevet nævnt for calciumphosphat, som man kan forvente af et salt. Det er imidlertid i stand til at udvise uordenede og asymmetriske strukturer, der er knyttet mere til en type "calciumphosphatglas" end til krystaller i den strenge betydning af dens definition.

Når dette sker, siges det, at calciumphosphat har en amorf struktur (ACP, amorft calciumphosphat). Flere forfattere peger på denne type struktur som ansvarlig for Ca's biologiske egenskaber3(PO4)2 i knoglevæv er dets reparation og biomimetisering mulig.

Gennem opklaring af dets struktur ved nuklear magnetisk resonans (NMR) er tilstedeværelsen af ​​OH-ioner blevet fundet- og HPO42- i AVS. Disse ioner dannes ved hydrolyse af et af phosphaterne:

PO43- + H2O <=> HPO42- + OH-

Som følge heraf bliver den egentlige struktur af AVS mere kompleks, hvis sammensætning af dets ioner er repræsenteret af formlen: Ca9(PO4)6-x(HPO4)x(OH)x. 'X'en angiver graden af ​​hydrering, da hvis x = 1, ville formlen være som: Ca9(PO4)5(HPO4) (OH).

De forskellige strukturer, som PCA kan have, afhænger af Ca / P molforholdene; det vil sige af de relative mængder calcium og phosphat, som ændrer al deres resulterende sammensætning.

Resten af ​​familien

Calciumphosphater er faktisk en familie af uorganiske forbindelser, som igen kan interagere med en organisk matrix.

De andre fosfater opnås "simpelthen" ved at ændre de anioner, der ledsager calcium (PO43-, HPO42-, H2PO4-, OH-), såvel som typen af ​​urenheder i det faste stof. Således kan op til elleve calciumphosphater eller mere, hver med sin egen struktur og egenskaber, stamme naturligt eller kunstigt..

Nedenfor er nogle fosfater og deres respektive strukturer og kemiske formler:

-Hydrogenkalciumphosphatdihydrat, CaHPO4∙ 2H2O: monoklinisk.

-Calciumdihydrogenphosphatmonohydrat, Ca (H)2PO4)2∙ H2O: triclinic.

-Vandfrit diacidphosphat, Ca (H)2PO4)2: triclinic.

-Ocalciumhydrogenphosphat (OCP), Ca8H2(PO4)6: triclinic Det er en forløber i syntese af hydroxyapatit.

-Hydroxyapatit, Ca5(PO4)3OH: sekskantet.

Fysiske og kemiske egenskaber

navne

-Calciumphosphat

-Tricalciumphosphat

-Tricalcium diphosphat

Molekylvægt

310,74 g / mol.

Fysisk beskrivelse

Det er et lugtfri hvidt faststof.

smag

smagløs.

Smeltepunkt

1670 ºK (1391 ºC).

opløselighed

-Praktisk uopløselig i vand.

-Uopløselig i ethanol.

-Opløseligt i fortyndet saltsyre og salpetersyre.

tæthed

3,14 g / cm3.

Brydningsindeks

1629

Standard entalpy af træning

4126 kcal / mol.

Opbevaringstemperatur

2-8 ºC.

pH

6-8 i en vandig suspension af 50 g / l calciumphosphat.

uddannelse

Calciumnitrat og hydrogenammoniumphosphat

Der er mange metoder til fremstilling eller dannelse af calciumphosphat. En af dem består af en blanding af to salte, Ca (NO)3)2∙ 4H2O og (NH4)2HPO4, tidligere opløst i henholdsvis absolut alkohol og vand. Et salt giver calcium og det andet fosfat.

Fra denne blanding præcipiterer ACP'erne, der derefter udsættes for opvarmning i en ovn ved 800 ° C og i 2 timer. Som et resultat af denne procedure opnås β-Ca3(PO4)2. Ved nøje at kontrollere temperaturer, agitation og kontakttider kan nanokrystaldannelse forekomme.

For at danne polymorf α-Ca3(PO4)2 det er nødvendigt at opvarme phosphatet over 1000 ° C. Denne opvarmning udføres i nærværelse af andre metalioner, som stabiliserer denne polymorf tilstrækkeligt til at blive anvendt ved stuetemperatur; det vil sige, det forbliver i en stabil metastat.

Calciumhydroxid og phosphorsyre

Calciumphosphat kan også dannes ved at blande opløsningerne af calciumhydroxid og phosphorsyre, idet der forekommer sur base-neutralisering. Efter en halv dag med modning i moderluden og deres korrekte filtrering, vask, tørring og sigtning opnås et granulært pulver af amorft phosphat, ACP.

Dette ACP-reaktionsprodukt af høje temperaturer, der transformeres ifølge følgende kemiske ligninger:

2ca9(HPO4) (PO4)5(OH) => 2Ca9(P2O7)0,5(PO4)5(OH) + H2O (ved T = 446,60 ° C)

2ca9(P2O7)0,5(PO4)5(OH) => 3Ca3(PO4)2 + 0,5H2O (ved T = 748,56 ° C)

På denne måde opnås β-Ca3(PO4)2, dens mest almindelige og stabile polymorf.

applikationer

I knoglevævet

Ca3(PO4)2 Det er den vigtigste uorganiske bestanddel af knogleaske. Det er en bestanddel af knogleudskiftningstransplantater, hvilket forklares ved dets kemiske lighed med de mineraler, der er til stede i knoglen.

Calciumphosphatbiomaterialer anvendes til at korrigere knoglefejl og i belægningen af ​​titanmetalproteser. Calciumphosphat deponeres på dem, isolerer dem fra miljøet og bremser titankorrosionsprocessen.

Calciumphosphater, herunder Ca3(PO4)2, De bruges til fremstilling af keramiske materialer. Disse materialer er biokompatible og bruges i øjeblikket til at genoprette alveolært knogletab, der skyldes periodontal sygdom, endodontiske infektioner og andre tilstande..

De bør dog kun bruges til at fremskynde periapisk knoglereservice, i områder, hvor der ikke er nogen kronisk bakterieinfektion.

Calciumphosphat kan anvendes til reparation af knoglefejl, når det ikke er muligt at anvende et autogent bentransplantat. Det er muligt at anvende det alene eller i kombination med en bionedbrydelig og resorberbar polymer, såsom polyglycolsyre.

Bioceramiske sementer

Calciumphosphatcement (CPC) er et andet biokeramik, der anvendes til reparation af knoglevæv. Det fremstilles ved at blande pulveret af forskellige typer calciumphosphater med vand og danne en pasta. Pastaen kan injiceres eller justeres til knoglerfekten eller hulrummet.

Sementerne er støbt, gradvist resorberet og erstattet af nyligt dannet knogle.

medicinsk

-Ca3(PO4)2 Det er et basalt salt, så det bruges som en antacida til at neutralisere overskydende mavesyre og øge pH. I tandpasta giver den en kilde til calcium og phosphat for at lette processen med remineralisering af tænderne og knoglehemostasen.

-Det bruges også som kosttilskud, selv om den billigste måde at erstatte calcium på er ved hjælp af dets carbonat og citrat..

-Calciumphosphat kan anvendes til behandling af tetany, latent hypokalcæmi og vedligeholdelsest behandling. Derudover er det nyttigt i calciumtilskud under graviditet og amning.

-Det anvendes til behandling af en forurening med radioaktiv isotoperradio (Ra-226) og strontium (Sr-90). Calciumphosphat blokkerer absorptionen af ​​radioaktive isotoper i fordøjelseskanalen, hvilket begrænser skaderne forårsaget af dem.

andre

-Calciumphosphat anvendes som foder til fugle. Derudover bruges det i tandpasta til kontrol af tandsten.

-Den anvendes som et anti-klumpningsmiddel, for eksempel for at forhindre, at bordsaltet komprimeres.

-Det virker som et blegemiddel til mel. Mens det i svinefedt forhindrer en uønsket farve og forbedrer kogens tilstand.

referencer

  1. Tung M.S. (1998) Calciumphosphater: Struktur, Sammensætning, Opløselighed og Stabilitet. I: Amjad Z. (eds) Calciumphosphater i Biologiske og Industrielle Systemer. Springer, Boston, MA.
  2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu og Honglian Dai. (2018). "Syntese, Karakterisering af Nano-P-Tricalciumphosphat og Inhibering på Hepatocellulære Carcinomceller," Journal of Nanomaterials, vol. 2018, artikel ID 7083416, 7 sider, 2018. 
  3. Combes, Kristus og Rey, Christian. (2010). Amorf calciumfosfater: Syntese, egenskaber og anvendelser i biomaterialer. Acta Biomaterialia, vol. 6 (nr. 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
  4. Wikipedia. (2019). Tricalciumphosphat. Hentet fra: en.wikipedia.org
  5. Abida et al. (2017). Tricalciumphosphatpulver: Forberedelse, karakterisering og komprimeringsevner. Middelhavet Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
  6. Pubchem. (2019). Calciumphosphat. Hentet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  7. Elsevier. (2019). Calciumphosphat. Science Direct. Hentet fra: sciencedirect.com