Kalciumfosfat (Ca3 (PO4) 2) struktur, egenskaper och användningsområden

De kalciumfosfat är ett oorganiskt och tertiärt salt vars kemiska formel är Ca₃(PO₄)_två. Formeln anger att sammansättningen av detta salt är 3: 2 för kalcium respektive fosfat. Detta kan ses direkt på bilden nedan, där katjonen Ca visas.^två+ och anjonen PO₄^3-. För var tredje Ca^två+ det finns två PO₄^3- interagerar med dem.

Å andra sidan avser kalciumfosfat en serie salter som varierar beroende på Ca / P-förhållandet, liksom graden av hydratisering och pH. I själva verket finns det många typer av kalciumfosfater som finns och kan syntetiseras. Men enligt bokstavens nomenklatur hänvisar kalciumfosfat endast till tricalcium, nämnda.

Alla kalciumfosfater, inklusive Ca₃(PO₄)_två, de är solida vita med svagt gråaktiga nyanser. De kan vara granulära, fina, kristallina och ha partikelstorlekar på omkring mikron; och även nanopartiklar av dessa fosfater har framställts, med vilka biokompatibla material för ben är utformade.

Denna biokompatibilitet beror på det faktum att dessa salter finns i tänderna och kort sagt i benvävnader hos däggdjur. Till exempel är hydroxiapatit ett kristallint kalciumfosfat, som i sin tur interagerar med en amorf fas av samma salt..

Detta innebär att det finns amorfa och kristallina kalciumfosfater. Av den anledningen är det inte förvånande över mångfalden och flera alternativ när man syntetiserar material baserade på kalciumfosfater; material vars egenskaper varje dag är fler forskare intresserade över hela världen för att fokusera på restaurering av ben.

Artikelindex

• 1 Struktur av kalciumfosfat
  • 1.1 Amorft kalciumfosfat
  • 1.2 Resten av familjen
• 2 Fysikaliska och kemiska egenskaper
  • 2.1 Namn
  • 2.2 Molekylvikt
  • 2.3 Fysisk beskrivning
  • 2.4 Smak
  • 2.5 Smältpunkt
  • 2.6 Löslighet
  • 2.7 Densitet
  • 2.8 Brytningsindex
  • 2.9 Standardbildningens entalpi
  • 2.10 Lagringstemperatur
  • 2,11 pH
• 3 Utbildning
  • 3.1 Kalciumnitrat och ammoniumvätefosfat
  • 3.2 Kalciumhydroxid och fosforsyra
• 4 användningsområden
  • 4.1 I benvävnad
  • 4.2 Biokeramiska cement
  • 4.3 Läkare
  • 4.4 Andra
• 5 Referenser

Struktur av kalciumfosfat

Den övre bilden visar strukturen av tribasiskt kalikofosfat i det konstiga mineralet whitlockite, som kan innehålla magnesium och järn som föroreningar..

Även om det vid första anblicken kan verka komplicerat är det nödvändigt att klargöra att modellen antar kovalenta interaktioner mellan syreatomerna i fosfater och metallcentralen i kalcium..

Som representation är det giltigt, men interaktionerna är elektrostatiska; det vill säga katjonerna Ca^två+ attraheras av PO-anjoner₄^3- (AC^två+- O-PO₃^3-). Med detta i åtanke är det underförstått varför kalciumet (gröna sfärer) i bilden omges av de negativt laddade syreatomerna (röda sfärer).

Eftersom det finns så många joner lämnar det inte ett symmetriskt arrangemang eller mönster synligt. Ca₃(PO₄)_två antar vid låga 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)_två (β-TCP).

Å andra sidan omvandlas den till höga temperaturer till polymorf α-Ca₃(PO₄)_två (α-TCP), vars enhetscell motsvarar ett monokliniskt kristallsystem. Vid ännu högre temperaturer kan polymorf α'-Ca också bildas.₃(PO₄)_två, som har sexkantig kristallstruktur.

Amorft kalciumfosfat

Kristallstrukturer har nämnts för kalciumfosfat, vilket kan förväntas av ett salt. Det kan emellertid uppvisa oroliga och asymmetriska strukturer, kopplade mer till en typ av "kalciumfosfatglas" än till kristaller i strikt mening av dess definition..

När detta inträffar sägs kalciumfosfat ha en amorf struktur (ACP, amorft kalciumfosfat). Flera författare pekar på denna typ av struktur som ansvarig för de biologiska egenskaperna hos Ca₃(PO₄)_två i benvävnader, dess reparation och biomimetisering är möjlig.

Genom att belysa dess struktur med kärnmagnetisk resonans (NMR) har närvaron av OH-joner hittats^- och HPO₄^två- i AVS. Dessa joner bildas genom hydrolys av ett av fosfaterna:

PO₄^3- + H_tvåELLER <=> HPO₄^två- + Åh^-

Som ett resultat blir den sanna strukturen för ACP mer komplex, vars sammansättning av dess joner representeras av formeln: Ca₉(PO₄)_6-x(HPO₄)_x(ÅH)_x. 'X' indikerar hydratiseringsgraden, eftersom om x = 1, så skulle formeln vara som: Ca₉(PO₄)₅(HPO₄) (OH).

De olika strukturer som ACP kan ha beror på Ca / P molförhållandena; det vill säga av de relativa mängderna kalcium och fosfat, som förändrar hela sin resulterande komposition.

Resten av familjen

Kalciumfosfater är i själva verket en familj av oorganiska föreningar, som i sin tur kan interagera med en organisk matris.

De andra fosfaterna erhålls "helt enkelt" genom att ändra anjonerna som följer med kalcium (PO₄^3-, HPO₄^två-, H_tvåPO₄^-, Åh^-), liksom typen av föroreningar i det fasta ämnet. Således kan upp till elva kalciumfosfater eller mer, var och en med sin egen struktur och egenskaper, ha sitt ursprung naturligt eller artificiellt..

Vissa fosfater och deras respektive kemiska strukturer och formler kommer att nämnas nedan:

-Kalciumvätefosfatdihydrat, CaHPO₄∙ 2H_tvåO: monoklinisk.

-Kalciumdivätefosfatmonohydrat, Ca (H_tvåPO₄)_två∙ H_tvåEller: triklinik.

-Vattenfritt disyrafosfat, Ca (H_tvåPO₄)_två: triklinik.

-Octacalcium vätefosfat (OCP), Ca₈H_två(PO₄)₆: triklinik. Det är en föregångare i syntesen av hydroxiapatit.

-Hydroxyapatite, Ca₅(PO₄)₃OH: sexkantig.

Fysiska och kemiska egenskaper

Namn

-Kalciumfosfat

-Trikalciumfosfat

-Tricalcium difosfat

Molekylvikt

310,74 g / mol.

Fysisk beskrivning

Det är ett luktfritt vitt fast ämne.

Smak

Smaklös.

Smältpunkt

1670 ºK (1391 ºC).

Löslighet

-Praktiskt taget olösligt i vatten.

-Olöslig i etanol.

-Löslig i utspädd saltsyra och salpetersyra.

Densitet

3,14 g / cm³.

Brytningsindex

1,629

Standardbildningens entalpi

4126 kcal / mol.

Förvaringstemperatur

2-8 ºC.

pH

6-8 i en vattenhaltig suspension av 50 g / 1 kalciumfosfat.

Träning

Kalciumnitrat och ammoniumvätefosfat

Det finns många metoder för att framställa eller bilda kalciumfosfat. En av dem består av en blandning av två salter, Ca (NO₃)_två∙ 4H_tvåO och (NH₄)_tvåHPO₄, tidigare upplöst i absolut alkohol respektive vatten. Ett salt ger kalcium och det andra ger fosfat.

Från denna blandning fälls ACP ut, som sedan utsätts för uppvärmning i en ugn vid 800 ° C i 2 timmar. Som ett resultat av detta förfarande erhålls β-Ca₃(PO₄)_två. Genom att noggrant kontrollera temperaturer, omrörning och kontakttider kan det bildas nanokristaller.

För att bilda polymorf a-Ca₃(PO₄)_två det är nödvändigt att värma fosfatet över 1000 ° C. Denna uppvärmning utförs i närvaro av andra metalljoner, som stabiliserar denna polymorf tillräckligt så att den kan användas vid rumstemperatur; det vill säga det förblir i ett stabilt metatillstånd.

Kalciumhydroxid och fosforsyra

Kalciumfosfat kan också bildas genom att blanda lösningarna av kalciumhydroxid och fosforsyra, vilket ger en syrabasneutralisering. Efter en halv dags mognad i moderluten och deras vederbörliga filtrering, tvättning, torkning och siktning erhålls ett granulärt amorft fosfatpulver, ACP..

Denna ACP-reaktionsprodukt med höga temperaturer, som transformeras enligt följande kemiska ekvationer:

2Ca₉(HPO₄) (PO₄)₅(OH) => 2Ca₉(S_tvåELLER₇)_0,5(PO₄)₅(OH) + H_tvåO (vid T = 446,60 ° C)

2Ca₉(S_tvåELLER₇)_0,5(PO₄)₅(OH) => 3Ca₃(PO₄)_två + 0,5H_tvåO (vid T = 748,56 ° C)

På detta sätt erhålls β-Ca₃(PO₄)_två, dess vanligaste och stabilaste polymorf.

Applikationer

I benvävnad

Ca₃(PO₄)_två det är den huvudsakliga oorganiska beståndsdelen i benaska. Det är en komponent i benersättningstransplantationer, vilket förklaras av dess kemiska likhet med de mineraler som finns i benet.

Kalciumfosfatbiomaterial används för att korrigera benfel och i beläggningen av titanmetallproteser. Kalciumfosfat deponeras på dem, isolerar dem från miljön och saktar ner titankorrosionsprocessen..

Kalciumfosfater, inklusive Ca₃(PO₄)_två, De används för att tillverka keramiska material. Dessa material är biokompatibla och används för närvarande för att återställa alveolär benförlust till följd av periodontal sjukdom, endodontiska infektioner och andra tillstånd..

De bör dock endast användas för att påskynda periapikal benreparation, i områden där det inte finns någon kronisk bakterieinfektion..

Kalciumfosfat kan användas för att reparera benfel när ett autogent bentransplantat inte kan användas. Den kan användas ensam eller i kombination med en biologiskt nedbrytbar och resorberbar polymer, såsom polyglykolsyra.

Biokeramiska cement

Kalciumfosfatcement (CPC) är en annan biokeramik som används vid reparation av benvävnad. Det görs genom att blanda pulvret av olika typer av kalciumfosfater med vatten och bilda en pasta. Pastan kan injiceras eller monteras på benfelet eller hålrummet.

Cement formas, resorberas gradvis och ersätts av nybildat ben.

Läkare

-Ca₃(PO₄)_två Det är ett basiskt salt, så det används som ett antacida för att neutralisera överflödigt halsbränna och öka pH. I tandkrämer ger det en källa till kalcium och fosfat för att underlätta processen för remineralisering av tänderna och benhemostas.

-Det används också som näringstillskott, även om det billigaste sättet att leverera kalcium är att använda karbonat och citrat..

-Kalciumfosfat kan användas vid behandling av tetany, latent hypokalcemi och underhållsterapi. Dessutom är det användbart vid kalciumtillskott under graviditet och amning..

-Det används vid behandling av kontaminering med radioaktiva isotoper radium (Ra-226) och strontium (Sr-90). Kalciumfosfat blockerar absorptionen av radioaktiva isotoper i mag-tarmkanalen och begränsar därmed skadan som orsakas av dem.

Andra

-Kalciumfosfat används som foder för fåglar. Dessutom används den i tandkräm för att kontrollera tandsten..

-Det används som ett antiklumpmedel, till exempel för att förhindra att bordssalt komprimeras.

-Det fungerar som ett blekmedel för mjöl. Samtidigt förhindrar det i ister oönskad färgning och förbättrar stekningens tillstånd..

Referenser

1. Tung M.S. (1998) Kalciumfosfater: struktur, komposition, löslighet och stabilitet. I: Amjad Z. (red.) Kalciumfosfater i biologiska och industriella system. Springer, Boston, MA.
2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu och Honglian Dai. (2018). "Syntes, karakterisering av nano-β-tricalciumfosfat och inhiberingen av hepatocellulära karcinomceller," Journal of Nanomaterials, vol. 2018, artikel-ID 7083416, 7 sidor, 2018. 
3. Combes, Christ och Rey, Christian. (2010). Amorfa kalciumfosfater: syntes, egenskaper och användningar i biomaterial. Acta Biomaterialia, vol. 6 (nr 9). sid. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Trikalciumfosfat. Återställd från: en.wikipedia.org
5. Abida et al. (2017). Tricalciumfosfatpulver: Beredning, karakterisering och komprimeringsförmåga. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Kalciumfosfat. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Kalciumfosfat. Science Direct. Återställd från: sciencedirect.com