FOSFOREČNAN VÁPENATÝ (CA3 (PO4) 2): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI A POUŽITIE - CHÉMIA - 2024

Fosforečnan vápenatý je anorganická soľ a terciárne, ktorého chemický vzorec je Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . Vzorec uvádza, že zloženie tejto soli je 3: 2 pre vápnik a fosfát. Toto môže byť vidieť priamo na nasledujúcom obrázku, kde Ca ²⁺ katión a PO ₄ ³ sú znázornené anión . Na každé tri Ca ²⁺ sú dve PO ₄ ^3- interakcie s nimi.

Na druhej strane, fosforečnan vápenatý sa týka radu solí, ktoré sa líšia v závislosti od pomeru Ca / P, ako aj od stupňa hydratácie a pH. V skutočnosti existuje veľa typov fosforečnanov vápenatých, ktoré existujú a môžu sa syntetizovať. Podľa nomenklatúry uvedenej v písmene sa však fosforečnan vápenatý vzťahuje iba na trikalcium, už uvedené.

Pomer a ióny fosforečnanu vápenatého. Zdroj: RicHard-59, z Wikimedia Commons

Všetky fosforečnany vápenaté, zahŕňajúce Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , sú biele pevné látky s miernymi sivasto tónmi. Môžu byť granulované, jemné, kryštalické a môžu mať veľkosť častíc okolo mikrónov; a dokonca boli pripravené nanočastice týchto fosfátov, pomocou ktorých sú navrhnuté biokompatibilné materiály pre kosti.

Táto biologická kompatibilita je spôsobená skutočnosťou, že tieto soli sa nachádzajú v zuboch a skrátene v kostných tkanivách cicavcov. Napríklad hydroxyapatit je kryštalický fosforečnan vápenatý, ktorý zasa interaguje s amorfnou fázou rovnakej soli.

To znamená, že existujú amorfné a kryštalické fosforečnany vápenaté. Z tohto dôvodu nie je prekvapujúce, že pri syntéze materiálov na báze fosforečnanov vápenatých je rozmanitosť a viac možností; materiály, o ktorých vlastnosti sa vedci zaujímajú po celom svete každý deň, aby sa zamerali na obnovu kostí.

Štruktúra fosforečnanu vápenatého

Fosforečnan vápenatý v minerálnom whitlockite. Zdroj: Smokefoot, z Wikimedia Commons

Horný obrázok ukazuje štruktúru tribasického kalicofosfátu v podivnom minerálnom whitlockite, ktorý môže ako nečistoty obsahovať horčík a železo.

Aj keď sa na prvý pohľad môže zdať zložité, je potrebné objasniť, že model predpokladá kovalentné interakcie medzi atómami kyslíka fosforečnanov a kovovými centrami vápnika.

Ako reprezentácia je platná, interakcie sú elektrostatické; to znamená, že Ca ²⁺ katióny sú priťahované k PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3- ) aniónov . Z tohto dôvodu je zrejmé, že na obrázku sú vápnik (zelené gule) obklopené záporne nabitými atómami kyslíka (červené gule).

Pretože existuje toľko iónov, nezanecháva viditeľné symetrické usporiadanie alebo vzor. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , ktoré prijme pri nízkych teplotách (T <1000 ° C) jednotkové bunky zodpovedajúce romboedrický kryštalického systému; Tento polymorfov je známa pod názvom P-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (P-TCP, pre jeho skratka v angličtine).

Pri vysokých teplotách, na druhej strane, sa premieňa na polymorfné α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP), ktorého základný bunka zodpovedá jednoklonové kryštalickej systému. Pri ešte vyšších teplotách, polymorfov α'-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , ktorý má hexagonálne kryštalickej štruktúry , môžu tiež tvoriť .

Amorfný fosforečnan vápenatý

Pre fosforečnan vápenatý sú uvedené kryštálové štruktúry, ktoré sa dajú očakávať od soli. Je však schopný vykazovať neusporiadané a asymetrické štruktúry spojené viac s typom „skla fosforečnanu vápenatého“ ako s kryštálmi v užšom zmysle svojej definície.

V takomto prípade má fosforečnan vápenatý amorfnú štruktúru (ACP, amorfný fosforečnan vápenatý). Niektorí autori poukazujú na tento typ štruktúry, ktorý je zodpovedný za biologické vlastnosti Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ v kostných tkanivách, pričom je možná jeho oprava a biomimetizácia.

Podľa objasnenie jeho štruktúru pomocou nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR), prítomnosť OH ^- a HPO ₄ ^2- ióny bol nájdený v ACP. Tieto ióny sa tvoria hydrolýzou jedného z fosfátov:

PO ₄ ³ + H ₂ O <=> HPO ₄ ² + OH ^-

V dôsledku toho, ozajstná štruktúra ACP stáva zložitejší, ktorého zloženie jeho iónov je reprezentovaná vzorcom: Ca ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _x (OH) _x . 'X' označuje stupeň hydratácie, pretože ak je x = 1, potom je vzorec by: Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH).

Rôzne štruktúry, ktoré môže mať ACP, závisia od molárnych pomerov Ca / P; to znamená relatívnych množstiev vápnika a fosfátu, ktoré menia celé výsledné zloženie.

Zvyšok rodiny

Fosforečnany vápenaté sú v skutočnosti skupinou anorganických zlúčenín, ktoré zase môžu interagovať s organickou matricou.

Ostatné fosfáty sa získajú "jednoducho" zmenou aniónov, ktoré sprevádzajú vápnik (PO ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- ), rovnako ako typ nečistôt v pevnej látky. Takto môže byť prirodzene alebo umelo vytvorených až jedenásť alebo viac fosforečnanov vápenatých, z ktorých každý má svoju vlastnú štruktúru a vlastnosti.

Niektoré fosfáty a ich príslušné chemické štruktúry a vzorce budú uvedené nižšie:

-Calcium dihydrát fosforečnanu, CAHP ₄ ∙ 2H ₂ O: monoklinickej.

-Calcium Monohydrát dihydrogenfosforečnanu, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O: triklinický.

-Anhydrous-dikyseliny fosfát, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : triklinický.

-Octacalcium vodík fosfát (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : triklinický. Je to prekurzor v syntéze hydroxyapatitu.

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

Fyzikálne a chemické vlastnosti

mená

- fosforečnan vápenatý

- fosforečnan vápenatý

- difosforečnan vápenatý

Molekulová hmotnosť

310,74 g / mol.

Fyzický popis

Je to biela tuhá látka bez zápachu.

príchuť

Chuti.

Bod topenia

1670 ° K (1391 ° C).

rozpustnosť

- Prakticky nerozpustný vo vode.

- Nerozpustný v etanole.

- Rozpustný v zriedenej kyseline chlorovodíkovej a kyseline dusičnej.

Hustota

3,14 g / cm ³ .

Index lomu

1629

Štandardná entalpia formácie

4126 kcal / mol.

Skladovacia teplota

2-8 ° C

pH

6-8 vo vodnej suspenzii 50 g / l fosforečnanu vápenatého.

výcvik

Dusičnan vápenatý a hydrogénfosforečnan amónny

Existuje veľa metód na výrobu alebo tvorbu fosforečnanu vápenatého. Jeden z nich sa skladá zo zmesi dvoch solí, Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O, a (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ , vopred rozpusteného v absolútnom alkohole a vody, v tomto poradí. Jedna soľ poskytuje vápnik a druhá fosfát.

Z tejto zmesi sa vyzráža AKT, ktorý sa potom 2 hodiny zahrieva v sušiarni pri 800 ° C. V dôsledku tohto postupu, β-Ca ₃ (PO ₄ ), _{sa získa 2} . Starostlivou reguláciou teplôt, miešania a kontaktných časov môže dôjsť k tvorbe nanokryštálov.

Pre vytvorenie α-Ca ₃ (PO ₄ ) _2, polymorfov, že je nutné zahrievať fosfátu ako 1000 ° C, Toto zahrievanie sa uskutočňuje v prítomnosti iných iónov kovu, ktoré dostatočne stabilizujú tento polymorf, aby sa mohol použiť pri teplote miestnosti; to znamená, že zostáva v stabilnom meta stave.

Hydroxid vápenatý a kyselina fosforečná

Fosforečnan vápenatý sa môže vytvoriť aj zmiešaním roztokov hydroxidu vápenatého a kyseliny fosforečnej, čím sa dosiahne neutralizácia kyselina-báza. Po pol dni dozrievania v materských lúhoch a po ich náležitej filtrácii, premytí, sušení a preosievaní sa získa granulárny amorfný fosfátový prášok, ACP.

Tento produkt reakcie AKT pri vysokých teplotách sa transformuje podľa nasledujúcich chemických rovníc:

2CA ₉ (HPO ₄ ) (PO ₄ ) ₅ (OH) => 2Ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0,5 (PO ₄ ) ₅ (OH) + H ₂ O (pri t = 446.60 ° C)

2CA ₉ (P ₂ O ₇ ) _0,5 (PO ₄ ) ₅ (OH) => 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 0,5 H ₂ O (pri t = 748.56 ° C)

Týmto spôsobom, β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , jeho najbežnejšie a stabilné polymorfov, sa získa .

aplikácia

V kostnom tkanive

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ je hlavnou anorganickou zložkou kostného popola. Je súčasťou transplantátov na náhradu kosti, čo sa vysvetľuje chemickou podobnosťou s minerálmi prítomnými v kosti.

Biomateriály fosforečnanu vápenatého sa používajú na nápravu kostných defektov a na poťahovanie protéz z kovového titánu. Na nich sa ukladá fosforečnan vápenatý, ktorý ich izoluje od okolitého prostredia a spomaľuje proces korózie titánu.

Fosfáty vápenaté, vrátane Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , sa používajú na výrobu keramických materiálov. Tieto materiály sú biologicky kompatibilné a v súčasnosti sa používajú na obnovenie alveolárnej kostnej straty v dôsledku periodontálneho ochorenia, endodontických infekcií a ďalších stavov.

Mali by sa však používať iba na urýchlenie periapikálnej opravy kostí v oblastiach, kde neexistuje žiadna chronická bakteriálna infekcia.

Fosforečnan vápenatý sa môže použiť na opravu kostných defektov, keď nie je možné použiť autogénny kostný štep. Môže sa použiť samotný alebo v kombinácii s biodegradovateľným a resorbovateľným polymérom, ako je kyselina polyglykolová.

Biokeramické cementy

Fosforečnan vápenatý (CPC) je ďalší bioceramát používaný na opravu kostného tkaniva. Vyrába sa zmiešaním prášku rôznych typov fosforečnanov vápenatých s vodou, čím sa vytvorí pasta. Pasta sa môže vstreknúť alebo pripevniť na kostnú defekt alebo dutinu.

Cementy sa formujú, postupne vstrebávajú a nahradzujú novovytvorenou kosťou.

Lekári

-CA ₃ (PO ₄ ) ₂ je základnou soľ, a preto sa používa ako antacidá na neutralizáciu nadbytku žalúdočnej kyseliny a zvýšenie pH. V zubných pastách poskytuje zdroj vápnika a fosfátov na uľahčenie remineralizačného procesu zubov a kostnej hemostázy.

- Používa sa tiež ako doplnok výživy, aj keď najlacnejším spôsobom, ako dodávať vápnik, je jeho uhličitan a citrát.

- Fosforečnan vápenatý sa môže použiť na liečbu tetánie, latentnej hypokalciémie a udržiavacej liečby. Je tiež užitočný pri suplementácii vápnikom počas tehotenstva a laktácie.

- Používa sa na ošetrenie kontaminácie rádioaktívnymi rádioaktívnymi izotopmi (Ra-226) a stroncia (Sr-90). Fosforečnan vápenatý blokuje absorpciu rádioaktívnych izotopov v zažívacom trakte, čím obmedzuje ich poškodenie.

iní

- Fosforečnan vápenatý sa používa ako krmivo pre vtáky. Okrem toho sa používa v zubných pástach na kontrolu zubného kameňa.

- Používa sa ako prostriedok proti spekaniu, napríklad na zabránenie zhutnenia stolovej soli.

- Funguje ako bielidlo na múku. Medzitým zabraňuje nechcenému sfarbeniu a zlepšuje stav vyprážania.

Referencie

1. Tung MS (1998) Fosforečnany vápenaté: štruktúra, zloženie, rozpustnosť a stabilita. In: Amjad Z. (eds) Fosforečnany vápenaté v biologických a priemyselných systémoch. Springer, Boston, MA.
2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu a Honglian Dai. (2018). "Syntéza, charakterizácia nano-P-trikalciumfosfátu a inhibícia na bunkách hepatocelulárneho karcinómu," Journal of Nanomaterials, zv. 2018, ID článku 7083416, 7 strán, 2018.
3. Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorfné fosforečnany vápenaté: syntéza, vlastnosti a použitie v biomateriáloch. Acta Biomaterialia, zv. 6 (č. 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Fosforečnan vápenatý. Obnovené z: en.wikipedia.org
5. Abida a kol. (2017). Prášok fosforečnanu vápenatého: schopnosti prípravy, charakterizácie a zhutnenia. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Fosforečnan vápenatý. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Fosforečnan vápenatý. Science Direct. Obnovené z: sciposedirect.com