- Kalcija fosfāta struktūra
- Amorfs kalcija fosfāts
- Pārējā ģimene
- Fizikālās un ķīmiskās īpašības
- Vārdi
- Molekulārais svars
- Izskata apraksts
- Garša
- Kušanas punkts
- Šķīdība
- Blīvums
- Refrakcijas indekss
- Standarta veidošanās entalpija
- Uzglabāšanas temperatūra
- pH
- Apmācība
- Kalcija nitrāts un amonija hidrogēnfosfāts
- Kalcija hidroksīds un fosforskābe
- Lietojumprogrammas
- Kaulu audos
- Biokeramikas cementi
- Ārsti
- Citi
- Atsauces
Kalcija fosfāts ir neorganisks sāls un terciārā kura ķīmiskā formula ir Ca 3 (PO 4 ) 2 . Formulā teikts, ka šī sāls sastāvs ir attiecīgi 3: 2 kalcijam un fosfātam. To var redzēt tieši attēlā zemāk, kur parādīts Ca 2+ katjons un PO 4 3- anjons . Katriem trim Ca 2+ ir divi PO 4 3 - mijiedarbojas ar tiem.
No otras puses, kalcija fosfāts attiecas uz virkni sāļu, kas mainās atkarībā no Ca / P attiecības, kā arī no hidratācijas pakāpes un pH. Faktiski pastāv daudz veidu kalcija fosfātu, kas pastāv un kurus var sintezēt. Tomēr, ievērojot burtu nomenklatūru, kalcija fosfāts attiecas tikai uz jau pieminēto trikalciju.
Proporcija un joni trikalcija fosfātā. Avots: RicHard-59, no Wikimedia Commons
Visi kalcija fosfāti, ieskaitot Ca 3 (PO 4 ) 2 , ir baltas cietas vielas ar viegli pelēcīgiem toņiem. Tās var būt granulētas, smalkas, kristāliskas un ar daļiņu izmēru aptuveni mikroni; un ir sagatavotas pat šo fosfātu nanodaļiņas, ar kurām tiek veidoti bioloģiski saderīgi materiāli kauliem.
Šī bioloģiskā saderība ir saistīta ar faktu, ka šie sāļi ir atrodami zobos un, īsi sakot, zīdītāju kaulu audos. Piemēram, hidroksiapatīts ir kristālisks kalcija fosfāts, kas, savukārt, mijiedarbojas ar tā paša sāls amorfo fāzi.
Tas nozīmē, ka ir amorfi un kristāliski kalcija fosfāti. Šī iemesla dēļ nav sintezējot materiālu, kuru pamatā ir kalcija fosfāti, daudzveidību un vairākas iespējas; materiāli, kuru īpašībās katru dienu pētnieki visā pasaulē ir vairāk ieinteresēti, lai pievērstos kaulu atjaunošanai.
Kalcija fosfāta struktūra
Kalcija fosfāts minerālā whitlockite. Avots: Smokefoot, no Wikimedia Commons
Augšējā attēlā parādīta divkājainā kalikofosfāta struktūra dīvainajā minerālvati, kas kā piemaisījumus var saturēt magniju un dzelzi.
Lai arī no pirmā acu uzmetiena tas var šķist sarežģīts, ir jāprecizē, ka modelis pieņem kovalentu mijiedarbību starp fosfātu skābekļa atomiem un kalcija metāla centriem.
Kā attēlojums tas ir derīgs, tomēr mijiedarbība ir elektrostatiska; tas ir, Ca 2+ katjonus piesaista PO 4 3- (Ca 2+ - O-PO 3 3- ) anjoni . Paturot to prātā, saprotams, kāpēc attēlā kalciju (zaļās sfēras) ieskauj negatīvi lādēti skābekļa atomi (sarkanās sfēras).
Tā kā jonu ir tik daudz, tas neatstāj redzamu simetrisku izkārtojumu vai zīmējumu. Ca 3 (PO 4 ) 2 zemā temperatūrā (T <1000 ° C) pieņem šūnu elementu, kas atbilst romboedro kristāliskajai sistēmai; Šis polimorfs ir pazīstams ar nosaukumu β-Ca 3 (PO 4 ) 2 (β-TCP, tā akronīms angļu valodā).
No otras puses, augstā temperatūrā tas pārvēršas par polimorfu α-Ca 3 (PO 4 ) 2 (α-TCP), kura vienības šūna atbilst monokliniskajai kristāliskajai sistēmai. Pie vēl augstākām temperatūrām var veidoties arī polimorfs α'-Ca 3 (PO 4 ) 2 , kam ir sešstūra kristāliska struktūra.
Amorfs kalcija fosfāts
Kristāla struktūras ir minētas kalcija fosfātam, kas sagaidāms no sāls. Tomēr tai ir iespējamas nesakārtotas un asimetriskas struktūras, kas vairāk saistītas ar “kalcija fosfāta stikla” tipu nekā ar kristāliem tā definīcijas tiešā nozīmē.
Kad tas notiek, tiek uzskatīts, ka kalcija fosfātam ir amorfa struktūra (ACP, amorfs kalcija fosfāts). Vairāki autori norāda uz šāda veida struktūru kā atbildīgu par Ca 3 (PO 4 ) 2 bioloģiskajām īpašībām kaulu audos, un ir iespējama tā atjaunošana un biomimetizācija.
Noskaidrojot tā struktūru ar kodolmagnētisko rezonansi (NMR), ACP - un HPO 4 2- jonu klātbūtne ir konstatēta . Šie joni veidojas hidrolizējot vienu no fosfātiem:
PO 4 3- + H 2 O <=> HPO 4 2- + OH -
Tā rezultātā īstā ACP struktūra kļūst sarežģītāka, kuras jonu sastāvu attēlo formula: Ca 9 (PO 4 ) 6-x (HPO 4 ) x (OH) x . 'X' norāda hidratācijas pakāpi, jo, ja x = 1, tad formula būtu šāda: Ca 9 (PO 4 ) 5 (HPO 4 ) (OH).
Dažādās struktūras, kurām var būt ACP, ir atkarīgas no Ca / P molārajām attiecībām; tas ir, no kalcija un fosfāta relatīvā daudzuma, kas maina visu tā iegūto sastāvu.
Pārējā ģimene
Kalcija fosfāti faktiski ir neorganisku savienojumu saime, kas savukārt var mijiedarboties ar organisko matricu.
Pārējos fosfātus iegūst "vienkārši", mainot anjonus, kas pievienoti kalcijam (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , OH - ), kā arī piemaisījumu veidu cietajā vielā. Tādējādi dabiski vai mākslīgi var rasties ne vairāk kā vienpadsmit vai vairāk kalcija fosfātu, kuriem katram ir sava struktūra un īpašības.
Daži fosfāti un to attiecīgās ķīmiskās struktūras un formulas tiks minētas turpmāk:
-Kalcija hidrogēnfosfāta dihidrāts, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monoklinika.
-Kalcija dihidrogēnfosfāta monohidrāts, Ca (H 2 PO 4 ) 2 ∙ H 2 O: triklīnika.
- Bezūdens diacīds fosfāts, Ca (H 2 PO 4 ) 2 : triklīne.
-Octacalcium hidrogēnfosfāts (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 : triclinic. Tas ir priekštecis hidroksiapatīta sintēzē.
-Hidroksiapatīts, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH: sešstūrains.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Vārdi
-Kalcija fosfāts
-Tricikalcija fosfāts
-Tikalcija difosfāts
Molekulārais svars
310,74 g / mol.
Izskata apraksts
Tā ir balta cieta viela bez smaržas.
Garša
Bez garšas.
Kušanas punkts
1670 ° K (1391 ° C).
Šķīdība
-Praktiski nešķīst ūdenī.
-Nešķīst etanolā.
-Šķīst atšķaidītā sālsskābē un slāpekļskābē.
Blīvums
3,14 g / cm 3 .
Refrakcijas indekss
1,629
Standarta veidošanās entalpija
4126 kcal / mol.
Uzglabāšanas temperatūra
2–8 ° C.
pH
6-8 ūdens suspensijā ar 50 g / l kalcija fosfāta.
Apmācība
Kalcija nitrāts un amonija hidrogēnfosfāts
Kalcija fosfāta iegūšanai vai veidošanai ir vairākas metodes. Viens no tiem sastāv no divu sāļu, Ca (NO 3 ) 2 ∙ 4H 2 O un (NH 4 ) 2 HPO 4 , maisījuma , kas iepriekš izšķīdināts attiecīgi absolūtā spirtā un ūdenī. Viens sāls nodrošina kalciju, bet otrs - fosfātu.
No šī maisījuma izgulsnējas ACP, kuru pēc tam 2 stundas karsē cepeškrāsnī 800 ° C temperatūrā. Šīs procedūras rezultātā iegūst β-Ca 3 (PO 4 ) 2 . Rūpīgi kontrolējot temperatūru, uzbudinājumu un kontakta laiku, var veidoties nanokristāli.
Lai veidotu α-Ca 3 (PO 4 ) 2 polimorfu, fosfātu nepieciešams sildīt virs 1000 ° C. Šo karsēšanu veic citu metāla jonu klātbūtnē, kas pietiekami stabilizē šo polimorfu, lai to varētu izmantot istabas temperatūrā; tas ir, tas paliek stabilā meta stāvoklī.
Kalcija hidroksīds un fosforskābe
Kalcija fosfātu var iegūt arī, sajaucot kalcija hidroksīda un fosforskābes šķīdumus, radot skābes bāzes neitralizāciju. Pēc pusgadu nogatavināšanas mātes šķidrumos un to pienācīgas filtrēšanas, mazgāšanas, žāvēšanas un sijāšanas iegūst granulētu amorfu fosfāta pulveri, ACP.
Šis augstas temperatūras ĀKK reakciju produkts, pārveidojot pēc šādiem ķīmiskajiem vienādojumiem:
2Ca 9 (HPO 4 ) (PO 4 ) 5 (OH) => 2Ca 9 (P 2 O 7 ) 0,5 (PO 4 ) 5 (OH) + H 2 O (pie 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 (pie T = 748.56 ° C)
Tādā veidā iegūst β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , tā visizplatītāko un stabilāko polimorfu.
Lietojumprogrammas
Kaulu audos
Ca 3 (PO 4 ) 2 ir galvenā kaulu pelnu neorganiskā sastāvdaļa. Tas ir kaulu aizvietotāju transplantācijas elements, kas izskaidrojams ar tā ķīmisko līdzību ar kaulos esošajiem minerāliem.
Kaulu defektu novēršanai un titāna metāla protēžu pārklāšanai izmanto kalcija fosfāta biomateriālus. Uz tiem nogulsnējas kalcija fosfāts, izolējot tos no apkārtējās vides un palēninot titāna korozijas procesu.
Kalcija fosfāti, ieskaitot Ca 3 (PO 4 ) 2 , tiek izmantoti keramikas materiālu ražošanā. Šie materiāli ir bioloģiski saderīgi, un tos pašlaik izmanto, lai atjaunotu alveolu kaulu zudumu periodonta slimības, endodontisko infekciju un citu apstākļu dēļ.
Tomēr tie jāizmanto tikai paātrināt periapisko kaulu atjaunošanos vietās, kur nav hroniskas baktēriju infekcijas.
Kalcija fosfātu var izmantot, lai labotu kaulu defektus, ja nevar izmantot autogēnu kaulu transplantātu. To var izmantot atsevišķi vai kopā ar bioloģiski noārdāmu un resorbējošu polimēru, piemēram, poliglikolskābi.
Biokeramikas cementi
Kalcija fosfāta cements (CPC) ir vēl viena biokeramika, ko izmanto kaulu audu atjaunošanā. To ražo, sajaucot dažādu veidu kalcija fosfātu pulveri ar ūdeni, veidojot pastu. Pastas var ievadīt vai ievietot kaulu defektā vai dobumā.
Cementi tiek veidoti, pakāpeniski resorbēti un aizstāti ar jaunizveidotu kaulu.
Ārsti
-Ca 3 (PO 4 ) 2 ir pamata sāls, tāpēc to lieto kā antacīdu, lai neitralizētu kuņģa skābes pārpalikumu un paaugstinātu pH. Zobu pastās tas nodrošina kalcija un fosfāta avotu, lai atvieglotu zobu un kaulu hemostāzes remineralizācijas procesu.
-To lieto arī kā uztura bagātinātāju, lai arī lētākais kalcija piegādes veids ir tā karbonāta un citrāta izmantošana.
-Kalcija fosfātu var izmantot stingumkrampju, latentas hipokalciēmijas un uzturošās terapijas ārstēšanā. Tas ir noderīgi arī kalcija papildināšanai grūtniecības un zīdīšanas laikā.
-To izmanto piesārņojuma ārstēšanā ar radioaktīvajiem izotopiem radio (Ra-226) un stronciju (Sr-90). Kalcija fosfāts bloķē radioaktīvo izotopu absorbciju gremošanas traktā, tādējādi ierobežojot to nodarīto kaitējumu.
Citi
-Kalcija fosfāts tiek izmantots kā barība putniem. Turklāt to izmanto zobu pastās, lai kontrolētu zobakmeni.
-To izmanto kā pretsalipes līdzekli, piemēram, lai novērstu galda sāls sablīvēšanos.
-Tas darbojas kā miltu balināšanas līdzeklis. Tikmēr taukos tas novērš nevēlamu krāsošanos un uzlabo cepšanas stāvokli.
Atsauces
- Tunga MS (1998) kalcija fosfāti: struktūra, sastāvs, šķīdība un stabilitāte. In: Amjad Z. (red.) Kalcija fosfāti bioloģiskās un rūpnieciskās sistēmās. Springers, Bostona, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu un Honglian Dai. (2018). "Nano-β-trikalcija fosfāta sintēze, raksturojums un kavēšana hepatocelulārā karcinoma šūnās," Journal of Nanomaterials, vol. 2018. gads, izstrādājuma ID 7083416, 7 lapas, 2018. gads.
- Combes, Kristus un Rejs, kristietis. (2010). Amorfie kalcija fosfāti: sintēze, īpašības un pielietojums biomateriālos. Acta Biomaterialia, 3. sēj. 6 (Nr. 9). lpp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipedia. (2019. gads). Trikalcija fosfāts. Atgūts no: en.wikipedia.org
- Abida et al. (2017). Trikalcija fosfāta pulveris: sagatavošanas, raksturošanas un sablīvēšanas spējas. Vidusjūras reģiona žurnāls par ķīmiju, 2017, 6 (3), 71.-76.
- PubChem. (2019. gads). Kalcija fosfāts. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019. gads). Kalcija fosfāts. Science Direct. Atgūts no: sciencedirect.com