Fosforan wapnia (Ca3 (PO4) 2) struktura, właściwości, tworzenie i zastosowania



The fosforan wapnia jest solą nieorganiczną i trzeciorzędową, której wzór chemiczny to Ca3(PO4)2. Wzór mówi, że skład tej soli wynosi odpowiednio 3: 2 dla wapnia i fosforanu. Można to zobaczyć bezpośrednio na dolnym obrazie, gdzie pokazano kation2+ i anion PO43-. Na każde trzy Ca2+ Istnieją dwie PO43- współdziałając z nimi.

Z drugiej strony, fosforan wapnia odnosi się do szeregu soli, które zmieniają się w zależności od stosunku Ca / P, jak również stopnia uwodnienia i pH. W rzeczywistości istnieje wiele rodzajów fosforanów wapnia, które istnieją i mogą być syntetyzowane. Jednakże, postępując zgodnie z nomenklaturą dosłownie, fosforan wapnia odnosi się tylko do wyżej wymienionego trójwapnia.

Wszystkie fosforany wapnia, w tym Ca.3(PO4)2, Są białe z lekkim odcieniem szarości. Mogą być ziarniste, drobne, krystaliczne i mieć cząstki o wielkości około mikrometrów; a nawet przygotowano nanocząstki tych fosforanów, za pomocą których zaprojektowano biokompatybilne materiały na kości.

Ta biokompatybilność wynika z faktu, że sole te znajdują się w zębach i, krótko mówiąc, w tkankach kostnych ssaków. Na przykład hydroksyapatyt jest krystalicznym fosforanem wapnia, który z kolei oddziałuje z fazą amorficzną tej samej soli.

Oznacza to, że istnieją amorficzne i krystaliczne fosforany wapnia. Z tego powodu różnorodność i wiele opcji nie są zaskakujące, gdy syntetyzuje się materiały na bazie fosforanów wapnia; materiały, w których nieruchomości naukowcy są bardziej zainteresowani na całym świecie, aby skupić się na odbudowie kości.

Indeks

  • 1 Struktura fosforanu wapnia
    • 1.1 Amorficzny fosforan wapnia
    • 1.2 Reszta rodziny
  • 2 Właściwości fizyczne i chemiczne
    • 2.1 Nazwy
    • 2.2 Masa cząsteczkowa
    • 2.3 Opis fizyczny
    • 2.4 Smak
    • 2.5 Temperatura topnienia
    • 2.6 Rozpuszczalność
    • 2.7 Gęstość
    • 2.8 Współczynnik załamania światła
    • 2.9 Standardowa entalpia treningu
    • 2.10 Temperatura przechowywania
    • 2,11 pH
  • 3 Szkolenie
    • 3.1 Azotan wapnia i wodorofosforan amonu
    • 3.2 Wodorotlenek wapnia i kwas fosforowy
  • 4 zastosowania
    • 4.1 W tkance kostnej
    • 4.2 Cementy bioceramiczne
    • 4.3 Lekarze
    • 4.4 Inne
  • 5 referencji

Struktura fosforanu wapnia

Górny obraz przedstawia strukturę trójzasadowego perkofosforanu w dziwnym minerale z whitlockitu, który może zawierać magnez i żelazo jako zanieczyszczenia.

Chociaż na pierwszy rzut oka może się to wydawać skomplikowane, konieczne jest wyjaśnienie, że model zakłada interakcje kowalencyjne między atomami tlenu fosforanów a metalowymi centrami wapnia.

Tytułem reprezentacji jest to ważne, jednak interakcje są elektrostatyczne; to znaczy kationy Ca2+ przyciągają aniony PO43- (Ca2+- O-PO33-). Mając to na uwadze, zrozumiałe jest, dlaczego w obrazie wapń (zielone kule) jest otoczony przez ujemnie naładowane atomy tlenu (czerwone kule).

Gdy jest tak wiele jonów, nie pozostawia widocznego symetrycznego układu lub wzoru. Ca3(PO4)2 Przyjmuje w niskich temperaturach (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, dla jego akronimu w języku angielskim).

Z drugiej strony w wysokich temperaturach przekształca się w polimorf α-Ca3(PO4)2 (α-TCP), którego komórka jednostkowa odpowiada jednoskośnemu układowi krystalicznemu. W jeszcze wyższych temperaturach może również powstawać polimorf a'-Ca3(PO4)2, który ma heksagonalną strukturę krystaliczną.

Amorficzny fosforan wapnia

Dla fosforanu wapnia wspomniano o strukturach krystalicznych, których można oczekiwać po soli. Jest jednak zdolny do wykazywania nieuporządkowanych i asymetrycznych struktur, związanych bardziej z rodzajem „szkła fosforanu wapnia” niż z kryształami w ścisłym tego słowa znaczeniu.

Gdy tak się dzieje, mówi się, że fosforan wapnia ma strukturę amorficzną (ACP, amorficzny fosforan wapnia). Kilku autorów wskazuje na ten typ struktury jako odpowiedzialny za właściwości biologiczne Ca3(PO4)2 w tkankach kostnych możliwa jest jego naprawa i biomimetalizacja.

Dzięki wyjaśnieniu jego struktury za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) stwierdzono obecność jonów OH- i HPO42- w AKP. Jony te powstają w wyniku hydrolizy jednego z fosforanów:

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

W rezultacie prawdziwa struktura ACP staje się bardziej złożona, której skład jonów jest reprezentowany przez wzór: Ca9(PO4)6-x(HPO4)x(OH)x. „X” wskazuje stopień uwodnienia, ponieważ jeśli x = 1, wówczas wzór będzie następujący: Ca9(PO4)5(HPO4) (OH).

Różne struktury, które może mieć PCA, zależą od stosunków molowych Ca / P; to znaczy względnych ilości wapnia i fosforanu, które zmieniają cały wynikowy skład.

Reszta rodziny

Fosforany wapnia są w rzeczywistości rodziną związków nieorganicznych, które z kolei mogą oddziaływać z matrycą organiczną.

Pozostałe fosforany otrzymuje się „po prostu” przez zmianę anionów towarzyszących wapniu (PO43-, HPO42-, H2PO4-, OH-), a także rodzaj zanieczyszczeń w ciele stałym. Zatem do jedenastu fosforanów wapnia lub więcej, każdy o własnej strukturze i właściwościach, może pochodzić naturalnie lub sztucznie..

Poniżej znajdują się niektóre fosforany i ich odpowiednie struktury i wzory chemiczne:

-Dihydrat wodorofosforanu wapnia, CaHPO4∙ 2H2O: jednoskośny.

-Diwodorofosforan wapnia monohydrat, Ca (H)2PO4)2. H2O: triklinowy.

-Bezwodny fosforan dikwasu, Ca (H)2PO4)2: trójskośny.

-Wodorofosforan wapnia (OCP), Ca8H2(PO4)6: trójskośny Jest prekursorem w syntezie hydroksyapatytu.

-Hydroksyapatyt, Ca5(PO4)3OH: sześciokątny.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Nazwy

-Fosforan wapnia

-Fosforan trójwapniowy

-Difosforan trójwapniowy

Masa cząsteczkowa

310,74 g / mol.

Opis fizyczny

Jest to bezwonne białe ciało stałe.

Smak

Bez smaku.

Temperatura topnienia

1670 ° K (1391 ° C).

Rozpuszczalność

-Praktycznie nierozpuszczalny w wodzie.

-Nierozpuszczalny w etanolu.

-Rozpuszczalny w rozcieńczonym kwasie solnym i kwasie azotowym.

Gęstość

3,14 g / cm3.

Współczynnik załamania światła

1629

Standardowa entalpia treningu

4126 kcal / mol.

Temperatura przechowywania

2-8 ° C.

pH

6-8 w wodnej zawiesinie 50 g / l fosforanu wapnia.

Szkolenie

Azotan wapnia i fosforan amonu wodorowego

Istnieje wiele metod wytwarzania lub tworzenia fosforanu wapnia. Jeden z nich składa się z mieszaniny dwóch soli Ca (NO)3)2∙ 4H2O i (NH4)2HPO4, uprzednio rozpuszczono odpowiednio w absolutnym alkoholu i wodzie. Jedna sól zapewnia wapń, a druga fosforan.

Z tej mieszaniny wytrąca się ACP, który następnie poddaje się ogrzewaniu w piecu w 800 ° C i przez 2 godziny. W wyniku tej procedury uzyskuje się β-Ca3(PO4)2. Poprzez staranne kontrolowanie temperatur, mieszanie i czasy kontaktu, może wystąpić tworzenie się nanokryształów.

Aby utworzyć polimorf α-Ca3(PO4)2 konieczne jest podgrzanie fosforanu powyżej 1000 ° C Ogrzewanie prowadzi się w obecności innych jonów metali, które stabilizują ten polimorf na tyle, aby mógł być stosowany w temperaturze pokojowej; to znaczy pozostaje w stabilnym stanie meta.

Wodorotlenek wapnia i kwas fosforowy

Fosforan wapnia można także wytworzyć przez zmieszanie roztworów wodorotlenku wapnia i kwasu fosforowego, przy zachowaniu neutralizacji kwasowo-zasadowej. Po pół dnia dojrzewania ługów macierzystych i ich właściwej filtracji, przemywania, suszenia i przesiewania otrzymuje się granulowany proszek amorficznego fosforanu, ACP.

Te reakcje ACP powstają w wysokich temperaturach, przekształcając się zgodnie z następującymi równaniami chemicznymi:

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

2Ca9(P2O7)0,5(PO4)5(OH) => 3Ca3(PO4)2 + 0,5H2O (przy T = 748,56 ° C)

W ten sposób uzyskuje się β-Ca3(PO4)2, jego najbardziej powszechny i ​​stabilny polimorf.

Używa

W tkance kostnej

Ca3(PO4)2 Jest głównym nieorganicznym składnikiem popiołu kostnego. Jest składnikiem przeszczepów kości, co tłumaczy się podobieństwem chemicznym do minerałów obecnych w kości.

Biomateriały z fosforanu wapnia są stosowane do korygowania ubytków kości i powlekania protez z tytanu metalicznego. Fosforan wapnia osadza się na nich, izolując je od środowiska i spowalniając proces korozji tytanu.

Fosforany wapnia, w tym Ca.3(PO4)2, Służą do produkcji materiałów ceramicznych. Materiały te są biokompatybilne i są obecnie stosowane do przywracania utraty kości wyrostka zębodołowego, wynikającej z chorób przyzębia, infekcji endodontycznych i innych stanów..

Jednak powinny być one stosowane tylko w celu przyspieszenia naprawy kości okołowierzchołkowej w obszarach, w których nie występuje przewlekła infekcja bakteryjna.

Fosforan wapnia można stosować w naprawie ubytków kości, gdy nie jest możliwe zastosowanie autogennego przeszczepu kości. Możliwe jest stosowanie go samodzielnie lub w połączeniu z biodegradowalnym i resorbowalnym polimerem, takim jak kwas poliglikolowy.

Cementy bioceramiczne

Cement fosforanowo-wapniowy (CPC) jest kolejnym bioceramiką stosowaną w naprawie tkanki kostnej. Jest wytwarzany przez zmieszanie proszku różnych rodzajów fosforanów wapnia z wodą, tworząc pastę. Pastę można wstrzykiwać lub dostosowywać do ubytku kości lub jamy.

Cementy są formowane, stopniowo resorbowane i zastępowane przez nowo utworzoną kość.

Lekarze

-Ca3(PO4)2 Jest solą podstawową, więc jest stosowany jako środek zobojętniający kwasy, aby zneutralizować nadmiar kwasu żołądkowego i zwiększyć pH. W paście do zębów stanowi źródło wapnia i fosforanu, aby ułatwić proces remineralizacji zębów i hemostazy kości.

-Jest również stosowany jako suplement diety, chociaż najtańszym sposobem zastąpienia wapnia jest użycie jego węglanu i cytrynianu..

-Fosforan wapnia można stosować w leczeniu tężyczki, utajonej hipokalcemii i terapii podtrzymującej. Ponadto jest przydatny w suplementacji wapnia w czasie ciąży i laktacji.

-Służy do leczenia skażenia radioaktywnymi izotopami radiowymi (Ra-226) i strontem (Sr-90). Fosforan wapnia blokuje absorpcję radioaktywnych izotopów w przewodzie pokarmowym, ograniczając w ten sposób spowodowane przez nie uszkodzenia.

Inni

-Fosforan wapnia jest stosowany jako pasza dla ptaków. Ponadto stosuje się go w pastach do zębów do kontroli kamienia nazębnego.

-Jest stosowany jako środek przeciwzbrylający, na przykład w celu zapobiegania zagęszczaniu soli kuchennej.

-Działa jako środek wybielający mąkę. Natomiast w smalcu świni zapobiega niepożądanemu zabarwieniu i poprawia stan smażenia.

Referencje

  1. Tung M.S. (1998) Fosforany wapnia: struktura, skład, rozpuszczalność i stabilność. W: Amjad Z. (eds) Fosforany wapnia w systemach biologicznych i przemysłowych. Springer, Boston, MA.
  2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu i Honglian Dai. (2018). „Synteza, charakterystyka Nano-β-fosforanu trójwapniowego i inhibicja komórek raka wątrobowokomórkowego”, Journal of Nanomaterials, tom. 2018, numer artykułu 7083416, 7 stron, 2018. 
  3. Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorficzne fosforany wapnia: synteza, właściwości i zastosowania w biomateriałach. Acta Biomaterialia, tom. 6 (nr 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
  4. Wikipedia. (2019). Fosforan trójwapniowy. Źródło: en.wikipedia.org
  5. Abida i in. (2017). Proszek fosforanu trójwapniowego: zdolności przygotowania, charakteryzacji i zagęszczania. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
  6. PubChem. (2019). Fosforan wapnia. Źródło: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  7. Elsevier (2019). Fosforan wapnia. Science Direct. Źródło: sciencedirect.com