KALCIUMFOSFAT (CA3 (PO4) 2): STRUKTUR, EGENSKAPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den kalciumfosfat är ett oorganiskt salt och tertiär vars kemiska formel är Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . Formeln säger att sammansättningen av detta salt är 3: 2 för kalcium respektive fosfat. Detta kan ses direkt på bilden nedan, där Ca 2 ⁺ -katjonen och PO ₄ ^3- anjonen visas . För varje tre Ca ²⁺ är det två PO ₄ ^{3- som} interagerar med dem.

Å andra sidan hänvisar kalciumfosfat till en serie salter som varierar beroende på Ca / P-förhållandet, liksom graden av hydrering och pH. Det finns faktiskt många typer av kalciumfosfater som finns och kan syntetiseras. Efter nomenklaturen till bokstaven hänvisar emellertid kalciumfosfat endast till tricalcium, det som redan nämnts.

Andel och joner i trikalciumfosfat. Källa: RicHard-59, från Wikimedia Commons

Alla kalciumfosfater, inklusive Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , är vita fasta ämnen med lätt gråtoner. De kan vara korniga, fina, kristallina och har partikelstorlekar på omkring mikron; och till och med nanopartiklar av dessa fosfater har framställts, med vilka biokompatibla material för ben är utformade.

Denna biokompatibilitet beror på att dessa salter finns i tänderna och kort sagt i benvävnaderna hos däggdjur. Exempelvis är hydroxiapatit ett kristallint kalciumfosfat, som i sin tur samverkar med en amorf fas av samma salt.

Detta innebär att det finns amorfa och kristallina kalciumfosfater. Av det skälet överraskar det inte mångfalden och flera alternativ när man syntetiserar material baserade på kalciumfosfater; material i vars egenskaper varje dag forskare är mer intresserade över hela världen att fokusera på återställande av ben.

Struktur av kalciumfosfat

Kalciumfosfat i mineralen whitlockite. Källa: Smokefoot, från Wikimedia Commons

Den övre bilden visar strukturen av tribasic calico fosfat i den konstiga mineral whitlockite, som kan innehålla magnesium och järn som föroreningar.

Även om det vid första anblicken kan verka komplex, är det nödvändigt att klargöra att modellen antar kovalenta interaktioner mellan syreatomerna i fosfater och metallcentrumen för kalcium.

Som en representation är det giltigt, men interaktionerna är elektrostatiska; det vill säga, Ca ^{2 +} katjoner lockas till PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3- ) anjoner . Med detta i åtanke förstås varför i bilden är kalcium (gröna sfärer) omgiven av de negativt laddade syreatomerna (röda sfärer).

Eftersom det finns så många joner, lämnar det inte ett symmetriskt arrangemang eller mönster synligt. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , anpassar vid låga temperaturer (T <1000 ° C) en enhetscell som motsvarar en romboedrisk kristallsystem; Denna polymorf är känd under namnet β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (ß-TCP, för dess akronym på engelska).

Vid höga temperaturer, å andra sidan, omvandlar den till polymorfen α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP), vars enhetscell motsvarar en monoklinisk kristallin system. Vid ännu högre temperaturer, polymorfen α'-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , som har en hexagonal kristallstruktur , kan också bilda .

Amorf kalciumfosfat

Kristallstrukturer har nämnts för kalciumfosfat, vilket kan förväntas från ett salt. Det är emellertid kapabelt att uppvisa störda och asymmetriska strukturer, kopplade mer till en typ av "kalciumfosfatglas" än till kristaller i den strikt mening som den definierar.

När detta inträffar sägs kalciumfosfat ha en amorf struktur (ACP, amorf kalciumfosfat). Flera författare pekar på denna typ av struktur som ansvarig för de biologiska egenskaperna hos Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ i benvävnader, eftersom dess reparation och biomimetisering är möjlig.

Genom att belysa dess struktur genom kärnmagnetisk resonans (NMR), närvaron av OH ^- och HPO ₄ ^2- joner har visat sig i AVS. Dessa joner bildas genom hydrolys av ett av fosfaterna:

PO ₄ ^3- + H ₂ O <=> HPO ₄ ^2- + OH ^-

Som ett resultat blir den sanna strukturen av AVS mer komplex, vars sammansättning av dess joner representeras av formeln: Ca ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _x (OH) _x . 'X' anger graden av hydratisering, eftersom om x = 1, sedan formeln skulle vara: Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH).

De olika strukturerna som ACP kan ha beror på Ca / P-molförhållandena; det vill säga av de relativa mängderna kalcium och fosfat, som ändrar hela dess resulterande sammansättning.

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 fosfater erhålles "helt enkelt" genom att ändra anjoner som åtföljer kalcium (PO ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- ), liksom den typ av föroreningar i den fasta substansen. Således kan upp till elva eller fler kalciumfosfater, var och en med sin egen struktur och egenskaper, vara naturligt eller konstgjorda.

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

-Kalcium vätefosfat dihydrat, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O: monoklin.

-Kalcium divätefosfat-monohydrat, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O: triklinisk.

-Anhydrous disyra fosfat, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : triklinisk.

-Octacalcium vätefosfat (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : triklinisk. Det är en föregångare i syntesen av hydroxiapatit.

-Hydroxyapatite, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH: sexkantiga.

Fysiska och kemiska egenskaper

namn

-Kalciumfosfat

-Trikalciumfosfat

-Tikalciumdifosfat

Molekylvikt

310,74 g / mol.

Fysisk beskrivning

Det är ett luktfritt vitt fast ämne.

Smak

Smaklös.

Smältpunkt

1670 ° K (1391 ° C).

löslighet

-Praktiskt olösligt i vatten.

-Olöslig i etanol.

-Löslig i utspädd saltsyra och salpetersyra.

Densitet

3,14 g / cm ^{^} .

Brytningsindex

1629

Standard entalpi av bildningen

4126 kcal / mol.

Förvaringstemperatur

2-8 ° C

pH

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

Träning

Kalciumnitrat och ammoniumvätefosfat

Det finns många metoder för att kunna producera eller bilda kalciumfosfat. En av dem består av en blandning av två salter, Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O och (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ , tidigare löst i absolut alkohol och vatten, respektive. Ett salt ger kalcium, och det andra fosfat.

Från denna blandning utfälls ACP, som sedan underkastas uppvärmning i en ugn vid 800 ° C under 2 timmar. Som ett resultat av detta förfarande, β-Ca ₃ (PO ₄ ) _{är 2 erhålls} . Genom att noggrant kontrollera temperaturer, omrörning och kontakttider kan nanokristallbildning uppstå.

För att bilda den α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ polymorf det är nödvändigt att värma fosfaten ovan 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 syrabas-neutralisering. Efter en halv dag mognad i moderlutarna, och deras tillräckliga filtrering, tvättning, torkning och siktning erhålls ett granulärt amorft fosfatpulver, ACP.

Denna ACP reagerar produkt med höga temperaturer, transformerande enligt följande kemiska ekvationer:

2ca ₉ (HPO ₄ ) (PO ₄ ) ₅ (OH) => 2ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0,5 (PO ₄ ) ₅ (OH) + H ₂ O (vid T = 446,60 ° C)

2ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0,5 (PO ₄ ) ₅ (OH) => 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 0,5 ₂ O (vid T = 748,56 ° C)

På detta sätt, β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , sin vanligaste och stabil polymorf, erhålles .

tillämpningar

I benvävnad

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ är den huvudsakliga oorganiska beståndsdelen i benaska. Det är en del av benersättningstransplantationer, vilket förklaras av dess kemiska likhet med mineralerna i benet.

Kalciumfosfatbiomaterial används för att korrigera benfel och vid beläggning av titanmetallproteser. Kalciumfosfat avsätts på dem, isolerar dem från miljön och bromsar titankorrosionsprocessen.

Kalciumfosfater, inklusive Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , 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 emellertid endast användas för att påskynda periapisk 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.

Bioceramiska cement

Kalciumfosfatcement (CPC) är en annan bioceramik som används vid reparation av benvävnad. Det tillverkas genom att blanda pulvret i olika typer av kalciumfosfater med vatten och bilda en pasta. Pastan kan injiceras eller monteras på bendefekten eller kaviteten.

Cement formas, resorberas gradvis och ersätts av nybildade ben.

läkare

-CA ₃ (PO ₄ ) ₂ är ett basiskt salt, vilket är varför det används som ett antacidum för att neutralisera överskott av magsyra och höja pH-värdet. I tandkräm ger det en källa till kalcium och fosfat för att underlätta remineraliseringsprocessen för tänderna och benhemostas.

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

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

-Det används vid behandling av kontaminering med radioaktiva isotoper radio (Ra-226) och strontium (Sr-90). Kalciumfosfat blockerar absorptionen av radioaktiva isotoper i matsmältningskanalen, vilket begränsar skadan orsakad av dem.

Övriga

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

-Det används som ett antikroppmedel, till exempel för att förhindra bordsalt från att komprimera.

-Det fungerar som ett mjölblekmedel. Samtidigt förhindrar det oönskad färg i späcken och förbättrar stekningen.

referenser

1. Tung MS (1998) Kalciumfosfater: struktur, sammansättning, löslighet och stabilitet. I: Amjad Z. (eds) 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, karaktärisering av nano-p-trikalciumfosfat och hämningen på hepatocellulära karcinomceller," Journal of Nanomaterials, vol. 2018, artikel ID 7083416, 7 sidor, 2018.
3. Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorfa kalciumfosfater: syntes, egenskaper och användningar i biomaterial. Acta Biomaterialia, vol. 6 (n ° 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Trikalciumfosfat. Återställd från: en.wikipedia.org
5. Abida et al. (2017). Tricalciumfosfatpulver: Förberedelser, karakterisering och kompakteringsförmåga. 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