- A kalcium-foszfát felépítése
- Amorf kalcium-foszfát
- A család többi tagja
- Fizikai és kémiai tulajdonságok
- nevek
- Molekuláris tömeg
- Fizikai leírás
- Íz
- Olvadáspont
- Oldhatóság
- Sűrűség
- Törésmutató
- A kialakulás standard entalpia
- Tárolási hőmérséklet
- pH
- Kiképzés
- Kalcium-nitrát és ammónium-hidrogén-foszfát
- Kalcium-hidroxid és foszforsav
- Alkalmazások
- A csontszövetben
- Biokeramikus cementek
- Az orvosok
- Egyéb
- Irodalom
A kalcium-foszfát egy szervetlen só és tercier só, amelynek kémiai képlete Ca 3 (PO 4) 2. A képlet szerint ez a só összetétele 3: 2 kalciumra és foszfátra. Ez közvetlenül az alábbi képen látható, ahol a Ca 2+ kation és a PO 4 3- anion látható. Minden három Ca 2+ -ra két PO 4 3- kölcsönhatásba lép velük.
Másrészt, a kalcium-foszfát olyan sók sorozatára utal, amelyek a Ca / P aránytól, valamint a hidratáltságtól és a pH-tól függően változnak. Valójában sokféle kalcium-foszfát létezik és szintetizálható. A nómenklatúrát követve a kalcium-foszfát csak a már említett trikalciumra utal.
Arány és az ionok a trikalcium-foszfátban. Forrás: RicHard-59, a Wikimedia Commonsból
Az összes kalcium-foszfát, beleértve a Ca 3-ot (PO 4) 2, fehér szilárd anyag, enyhén szürkés árnyalattal. Ezek lehetnek szemcsés, finom, kristályosak, mikronuk körülbelül kb. és e foszfátok nanorészecskéit is elkészítették, amelyekkel a csontokhoz biokompatibilis anyagokat terveznek.
Ez a bio-összeférhetőség annak a ténynek köszönhető, hogy ezek a sók megtalálhatók a fogakban és röviden az emlősök csontszöveteiben. Például a hidroxiapatit egy kristályos kalcium-foszfát, amely viszont kölcsönhatásba lép ugyanazon só amorf fázisával.
Ez azt jelenti, hogy vannak amorf és kristályos kalcium-foszfátok. Ezért nem meglepő a sokféleség és a többféle lehetőség, ha kalcium-foszfátokon alapuló anyagokat szintetizálunk; olyan anyagok, amelyek tulajdonságaiban a kutatók világszerte jobban érdeklődnek a csontok helyreállítására összpontosítva.
A kalcium-foszfát felépítése
Kalcium-foszfát az ásványi whitlockitban. Forrás: Smokefoot, a Wikimedia Commonsból
A felső kép a hármas fázisú kalcium-foszfát szerkezetét ábrázolja a furcsa ásványi whitlockitban, amely szennyeződéseket tartalmazhat magnéziumot és vasat.
Bár első pillantásra bonyolultnak tűnhet, tisztázni kell, hogy a modell kovalens kölcsönhatásokat feltételez a foszfátok oxigénatomjai és a kalcium fémcentrumai között.
Reprezentációként érvényes, azonban az interakciók elektrosztatikusak; azaz, a Ca 2+ kationok vonzódnak PO 4 3- (Ca 2+ - O-PO 3 3-) anionok. Ezt szem előtt tartva érthető, hogy a képen miért veszik körül a kalciumot (zöld gömbök) a negatív töltésű oxigénatomok (piros gömbök).
Mivel annyi ion van, ez nem hagy láthatóvá szimmetrikus elrendezést vagy mintázatot. Ca 3 (PO 4) 2 alacsony hőmérsékleten (T <1000 ° C) egy rombométer kristályos rendszernek megfelelő egységcellát vesz fel; Ez a polimorf β-Ca 3 (PO 4) 2 néven ismert (β-TCP, angol betűszóként).
Magas hőmérsékleten viszont az α-Ca 3 (PO 4) 2 (α-TCP) polimorfré alakul át, amelynek egységsejtje monoklinikus kristályrendszernek felel meg. A még magasabb hőmérsékleteken, a polimorf α'-Ca 3 (PO 4) 2, amely egy hexagonális kristályos szerkezetű, is képezhetnek.
Amorf kalcium-foszfát
A kristályszerkezeteket megemlítették a kalcium-foszfát esetében, amely a sótól elvárható. Ugyanakkor képes rendezetlen és aszimmetrikus struktúrákat mutatni, amelyek inkább egy „kalcium-foszfát üveg” típusúhoz kapcsolódnak, mint a kristályokhoz, annak meghatározása szűk értelemben.
Amikor ez bekövetkezik, a kalcium-foszfátról azt mondják, hogy amorf szerkezetű (ACP, amorf kalcium-foszfát). Számos szerző rámutat arra, hogy az ilyen típusú szerkezet felelős a csontszövetekben a Ca 3 (PO 4) 2 biológiai tulajdonságaiból, ennek helyreállítása és biomimetizálása lehetséges.
Megvilágította a szerkezetét mágneses magrezonancia (NMR), a jelenléte OH - és HPO 4 2- ionok találtuk az ACP. Ezek az ionok az egyik foszfát hidrolízisével képződnek:
PO 4 3- + H 2 O <=> HPO 4 2- + OH -
Ennek eredményeként, a valódi szerkezetét ACP egyre összetettebbé válik, amelynek ion készítményt képlettel: Ca 9 (PO 4) 6-x (HPO 4) x (OH) x. Az 'x' jelzi a hidratáció fokát, mivel ha x = 1, akkor az alábbi képlet lenne: Ca 9 (PO 4) 5 (HPO 4) (OH).
Az ACP különböző struktúrái a Ca / P mólaránytól függenek; vagyis a kalcium és a foszfát relatív mennyiségét, amelyek megváltoztatják a kapott összetételét.
A család többi tagja
A kalcium-foszfátok valójában szervetlen vegyületek egy családja, amelyek viszont kölcsönhatásba léphetnek egy szerves mátrixszal.
A többi foszfátot "egyszerűen" állítják elő a kalciumhoz kapcsolódó anionok (PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, OH -), valamint a szilárd anyag szennyeződéseinek megváltoztatásával. Így akár tizenegy vagy több kalcium-foszfát, amelyek mindegyikének megvan a maga szerkezete és tulajdonságai, természetesen vagy mesterségesen származhat.
Néhány foszfátot és azok megfelelő kémiai szerkezetét és képleteit az alábbiakban említjük:
-Kálcium-hidrogén-foszfát-dihidrát, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monoklinikus.
-Kalcium-dihidrogén-foszfát-monohidrát, Ca (H 2 PO 4) 2 ∙ H 2 O: triklinika.
-Vízmentes diacid-foszfát, Ca (H 2 PO 4) 2: triklinika.
-Octacalcium-hidrogén-foszfát (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4) 6: triklin. Előfutára a hidroxiapatit szintézisében.
-Hidroxi-apatit, Ca 5 (PO 4) 3 OH: hatszögletű.
Fizikai és kémiai tulajdonságok
nevek
-Kalcium-foszfát
-Trikalcium-foszfát
-Tikalcium-difoszfát
Molekuláris tömeg
310,74 g / mol.
Fizikai leírás
Szagtalan fehér szilárd anyag.
Íz
Ízléstelen.
Olvadáspont
1670 ° K (1391 ° C).
Oldhatóság
- Gyakorlatilag vízben nem oldódik.
- Etanolban nem oldódik.
-Hígítható sósavban és salétromsavban oldódik.
Sűrűség
3,14 g / cm 3.
Törésmutató
1629
A kialakulás standard entalpia
4126 kcal / mol.
Tárolási hőmérséklet
2-8 ° C
pH
6-8. Oldószer 50 g / l kalcium-foszfát vizes szuszpenziójában.
Kiképzés
Kalcium-nitrát és ammónium-hidrogén-foszfát
Számos módszer létezik a kalcium-foszfát előállítására vagy előállítására. Az egyik két só, Ca (NO 3) 2 ∙ 4H 2 O és (NH 4) 2 HPO 4 keverékéből áll, amelyeket korábban abszolút alkoholban és vízben oldottak. Az egyik só biztosítja a kalciumot, a másik a foszfátot.
Ebből a keverékből az ACP kicsapódik, majd melegítjük kemencében 800 ° C-on 2 órán át. Ezen eljárás eredményeként β-Ca 3 (PO 4) 2-t kapunk. A hőmérsékletek, a keverés és az érintkezési idő gondos ellenőrzésével nanokristályok képződhetnek.
Az α-Ca 3 (PO 4) 2 polimorf kialakulásához a foszfátot 1000 ° C fölé kell hevíteni. A hevítést más fémionok jelenlétében hajtják végre, amelyek annyira stabilizálják ezt a polimorfot, hogy szobahőmérsékleten felhasználhatók legyenek; vagyis stabil meta állapotban marad.
Kalcium-hidroxid és foszforsav
A kalcium-foszfát úgy is előállítható, hogy a kalcium-hidroxid és a foszforsav oldatát összekeverik, és sav-bázis semlegesítést eredményeznek. Az anyalúgok fél napos érlelése és az azok megfelelő kiszűrése, mosása, szárítása és szitálása után granulált amorf foszfátport (ACP) kapunk.
Ez az AKCS-reakció magas hőmérsékletű termék, amely a következő kémiai egyenletek szerint transzformálódik:
2Ca 9 (HPO 4) (PO 4) 5 (OH) => 2Ca 9 (P 2 O 7) 0,5 (PO 4) 5 (OH) + H 2 O (T = 446,60 ° C)
2Ca 9 (P 2 O 7) 0,5 (PO 4) 5 (OH) => 3ca 3 (PO 4) 2 + 0,5H 2 O (T = 748,56 ° C)
Ilyen módon a β-Ca 3 (PO 4) 2-et, a leggyakoribb és stabil polimorf formáját kapjuk.
Alkalmazások
A csontszövetben
Ca 3 (PO 4) 2 a csonthamu fő szervetlen alkotóeleme. Ez a csontpótlások egyik alkotóeleme, ezt magyarázza annak kémiai hasonlósága a csontokban található ásványi anyagokkal.
A kalcium-foszfát biológiai anyagokat a csonthibák kijavítására és a titán-fém protézisek bevonására használják. A kalcium-foszfát lerakódik rajtuk, elkülönítve őket a környezettől és lelassítva a titán korróziós folyamatát.
A kalcium-foszfátokat, beleértve a Ca 3 (PO 4) 2-t is, kerámia anyagok előállításához használják. Ezek az anyagok biokompatibilisek, és jelenleg alkalmazzák a periodontális betegségből, endodontikus fertőzésekből és egyéb állapotokból származó alveoláris csontvesztés helyreállítását.
Ezeket azonban csak a periapikális csontjavítás felgyorsítására szabad felhasználni olyan területeken, ahol nincs krónikus bakteriális fertőzés.
A kalcium-foszfát felhasználható a csonthibák kijavítására, ha egy autogenikus csont graft nem használható. Használható önmagában vagy biológiailag lebontható és felszívódó polimerrel, például poliglikolsavval kombinálva.
Biokeramikus cementek
A kalcium-foszfát-cement (CPC) egy másik biokerámia, amelyet a csontszövet javításához használnak. A készítéshez különféle típusú kalcium-foszfátok porát keverik össze vízzel, és pasztát képeznek. A paszta befecskendezhető vagy illeszthető a csont defektusához vagy üregéhez.
A cementeket öntik, fokozatosan felszívják és helyettesítik az újonnan kialakult csonttal.
Az orvosok
A -Ca 3 (PO 4) 2 egy bázikus só, ezért antacidként használják a fölösleges gyomorsav semlegesítésére és a pH növelésére. A fogkrémekben kalcium- és foszfátforrást biztosítanak, hogy megkönnyítsék a fogak remineralizációs folyamatát és a csont hemosztázisát.
- Táplálékkiegészítőként is használják, bár a kalcium ellátásának legolcsóbb módja a karbonát és a citrát felhasználása.
-A kalcium-foszfát felhasználható tetania, rejtett hypocalcaemia és fenntartó terápia kezelésére. Ezenkívül hasznos a kalcium-kiegészítés terhesség és szoptatás ideje alatt.
-A radioaktív izotópokkal (Ra-226) és stronciummal (Sr-90) történő szennyezés kezelésére használják. A kalcium-foszfát gátolja a radioaktív izotópok felszívódását az emésztőrendszerben, korlátozva ezzel az általuk okozott károkat.
Egyéb
-A kalcium-foszfátot takarmányként használják madarak számára. Ezen felül fogkrémekben használják a fogkő ellenőrzésére.
- Csomósodásgátlóként használják, például az asztali só tömörödésének megakadályozására.
- Lisztfehérítő szerként működik. Eközben a szalonna megakadályozza a nem kívánt elszíneződést és javítja a sütés állapotát.
Irodalom
- Tung MS (1998) kalcium-foszfátok: szerkezet, összetétel, oldhatóság és stabilitás. In: Amjad Z. (szerk.) Kalcium-foszfátok biológiai és ipari rendszerekben. Springer, Boston, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu és Honglian Dai. (2018). "A nano-β-trikalcium-foszfát szintézise, jellemzése és gátlása a hepatocelluláris carcinoma sejteken", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Cikkszám 7083416, 7 oldal, 2018.
- Combes, Krisztus és Rey, keresztény. (2010). Amorf kalcium-foszfátok: szintézis, tulajdonságok és felhasználás a biológiai anyagokban. Acta Biomaterialia, vol. 6 (n ° 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipedia. (2019). Trikalcium-foszfát. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Abida és mtsai. (2017). Trikalcium-foszfát por: Előkészítési, jellemzési és tömörítési képességek. Mediterranean Journal of Chemistry, 2017, 6 (3), 71-76.
- Pubchem. (2019). Kalcium-foszfát. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019). Kalcium-foszfát. Science Direct. Helyreállítva: sciencedirect.com