ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ (CA3 (PO4) 2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Фосфат кальция представляет собой неорганическую соль и третичного химическая формула которого Са ₃ (PO ₄ ) ₂ . В формуле указано, что состав этой соли составляет 3: 2 для кальция и фосфата соответственно. Это видно непосредственно на изображении ниже, где показаны катион Ca ²⁺ и анион PO ₄ ^3- . На каждые три Ca ²⁺ приходится два PO ₄ ^3-, взаимодействующих с ними.

С другой стороны, фосфат кальция относится к ряду солей, которые варьируются в зависимости от соотношения Ca / P, а также степени гидратации и pH. На самом деле существует много типов фосфатов кальция, которые можно синтезировать. Однако, если следовать номенклатуре до буквы, фосфат кальция относится только к трикальцию, уже упомянутому.

Соотношение и ионы в трикальцийфосфате. Источник: RicHard-59, Wikimedia Commons.

Все фосфаты кальция, включая Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , представляют собой твердые вещества белого цвета с легким сероватым оттенком. Они могут быть гранулированными, мелкими, кристаллическими и иметь размер частиц около микрон; и даже были приготовлены наночастицы этих фосфатов, из которых созданы биосовместимые материалы для костей.

Эта биосовместимость связана с тем, что эти соли находятся в зубах и, короче, в костных тканях млекопитающих. Например, гидроксиапатит представляет собой кристаллический фосфат кальция, который, в свою очередь, взаимодействует с аморфной фазой той же соли.

Это означает, что существуют аморфные и кристаллические фосфаты кальция. По этой причине неудивительно, что при синтезе материалов на основе фосфатов кальция существует разнообразие и множество вариантов; материалы, свойства которых с каждым днем ​​все больше интересуются исследователям во всем мире, чтобы сосредоточиться на восстановлении костей.

Структура фосфата кальция

Фосфат кальция в минерале витлоките. Источник: Smokefoot, Wikimedia Commons.

На верхнем изображении показана структура трехосновного ситцевого фосфата в странном минерале витлоките, который может содержать магний и железо в качестве примесей.

Хотя на первый взгляд это может показаться сложным, необходимо уточнить, что модель предполагает ковалентные взаимодействия между атомами кислорода фосфатов и металлическими центрами кальция.

Как представление, это действительно так, однако взаимодействия электростатические; то есть катионы Ca ²⁺ притягиваются к анионам PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3- ). Имея это в виду, понятно, почему на изображении кальций (зеленые сферы) окружены отрицательно заряженными атомами кислорода (красные сферы).

Поскольку ионов так много, симметричное расположение или узор не остается видимым. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ принимает при низких температурах (T <1000 ° C) элементарную ячейку, соответствующую ромбоэдрической кристаллической системе; Этот полиморф известен под названием β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (β-TCP, аббревиатура на английском языке).

С другой стороны, при высоких температурах он превращается в полиморф α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP), элементарная ячейка которого соответствует моноклинной кристаллической системе. При еще более высоких температурах также может образовываться полиморф α'-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , который имеет гексагональную кристаллическую структуру.

Аморфный фосфат кальция

Кристаллические структуры были упомянуты для фосфата кальция, которого следует ожидать от соли. Однако он способен проявлять неупорядоченные и асимметричные структуры, связанные больше с типом «кальций-фосфатного стекла», чем с кристаллами в строгом смысле его определения.

Когда это происходит, говорят, что фосфат кальция имеет аморфную структуру (ACP, аморфный фосфат кальция). Некоторые авторы указывают на этот тип структуры как ответственный за биологические свойства Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ в костных тканях, возможность его восстановления и биомиметизации.

Путем выяснения его структуры с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) было обнаружено присутствие ионов OH ^- и HPO ₄ ² - в ACP. Эти ионы образуются в результате гидролиза одного из фосфатов:

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

В результате истинная структура ACP становится более сложной, чей состав ионов представлен формулой: Ca ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _x (OH) _x . «X» указывает степень гидратации, так как если x = 1, то формула будет следующей: Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH).

Различные структуры, которые может иметь ACP, зависят от молярных соотношений Ca / P; то есть относительных количеств кальция и фосфата, которые изменяют весь его состав.

Остальная часть семьи

Фосфаты кальция на самом деле представляют собой семейство неорганических соединений, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать с органической матрицей.

Другие фосфаты получают «просто» путем изменения анионов, которые сопровождают кальций (PO ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- ), а также типа примесей в твердом веществе. Таким образом, до одиннадцати или более фосфатов кальция, каждый со своей структурой и свойствами, могут быть получены естественным или искусственным путем.

Некоторые фосфаты и их соответствующие химические структуры и формулы будут упомянуты ниже:

-Дигидрат гидрофосфата кальция, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O: моноклинный.

-Моногидрат дигидрофосфата кальция, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O: триклинная.

-Безводный двухосновный фосфат, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : триклин.

-Октакальций гидрофосфат (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : триклин. Это предшественник в синтезе гидроксиапатита.

-Гидроксиапатит, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH: гексагональный.

Физические и химические свойства

имена

-Фосфат кальция

-Трикальций фосфат

-Дифосфат тикальция

Молекулярный вес

310,74 г / моль.

Физическое описание

Это белое твердое вещество без запаха.

Вкус

Безвкусно.

Температура плавления

1670 ° К (1391 ° С).

Растворимость

-Практически не растворим в воде.

-Нерастворим в этаноле.

-Растворим в разбавленной соляной и азотной кислотах.

плотность

3,14 г / см ³ .

Показатель преломления

1629

Стандартная энтальпия образования

4126 ккал / моль.

Температура хранилища

2-8 ° С.

pH

6-8 в водной суспензии 50 г / л фосфата кальция.

Повышение квалификации

Нитрат кальция и гидрофосфат аммония

Существует множество способов производства или образования фосфата кальция. Одна из них состоит из смеси двух солей, Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O и (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ , предварительно растворенных в абсолютном спирте и воде соответственно. Одна соль обеспечивает кальций, а другая - фосфат.

Из этой смеси осаждается ACP, который затем подвергается нагреванию в печи при 800 ° C в течение 2 часов. В результате этой процедуры _{получается} β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . При тщательном контроле температуры, перемешивания и времени контакта может произойти образование нанокристаллов.

Для образования полиморфа α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ необходимо нагреть фосфат выше 1000 ° C. Это нагревание осуществляется в присутствии ионов других металлов, которые достаточно стабилизируют этот полиморф, чтобы его можно было использовать при комнатной температуре; то есть он остается в стабильном мета-состоянии.

Гидроксид кальция и фосфорная кислота

Фосфат кальция также может быть образован путем смешивания растворов гидроксида кальция и фосфорной кислоты, что приводит к кислотно-щелочной нейтрализации. После полудня созревания в маточных растворах и их надлежащей фильтрации, промывки, сушки и просеивания получают гранулированный порошок аморфного фосфата АСФ.

Это продукт реакции ACP при высоких температурах, преобразующийся согласно следующим химическим уравнениям:

2Ca ₉ (HPO ₄ ) (PO ₄ ) ₅ (OH) => 2Ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0,5 (PO ₄ ) ₅ (OH) + H ₂ O (при 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 (при T = 748,56 ° C)

Таким образом получают β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , его наиболее распространенный и стабильный полиморф.

Приложения

В костной ткани

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ - основной неорганический компонент костной золы. Это компонент трансплантатов для замены костной ткани, что объясняется его химическим сходством с минералами, присутствующими в кости.

Биоматериалы фосфата кальция используются для исправления дефектов костей и покрытия протезов из металла титана. На них откладывается фосфат кальция, изолируя их от окружающей среды и замедляя процесс коррозии титана.

Фосфаты кальция, включая Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , используются для изготовления керамических материалов. Эти материалы являются биосовместимыми и в настоящее время используются для восстановления потери альвеолярной кости в результате пародонтоза, эндодонтических инфекций и других состояний.

Однако их следует использовать только для ускорения восстановления периапикальной кости в областях, где нет хронической бактериальной инфекции.

Фосфат кальция можно использовать для восстановления костных дефектов, когда нельзя использовать аутогенный костный трансплантат. Его можно использовать отдельно или в сочетании с биоразлагаемым и рассасывающимся полимером, таким как полигликолевая кислота.

Биокерамические цементы

Кальцийфосфатный цемент (CPC) - еще одна биокерамика, используемая для восстановления костной ткани. Его получают путем смешивания порошка различных типов фосфатов кальция с водой с образованием пасты. Пасту можно вводить инъекцией или подгонять к костному дефекту или полости.

Цемент формируется, постепенно рассасывается и заменяется вновь сформированной костью.

Врачи

-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ - это основная соль, поэтому ее используют в качестве антацида для нейтрализации избытка желудочной кислоты и повышения pH. В зубных пастах он является источником кальция и фосфата для облегчения процесса реминерализации зубов и гемостаза костей.

-Он также используется в качестве пищевой добавки, хотя самый дешевый способ снабжения кальцием - использовать его карбонат и цитрат.

-Фосфат кальция может использоваться при лечении тетании, скрытой гипокальциемии и поддерживающей терапии. Кроме того, он полезен в качестве добавок кальция во время беременности и кормления грудью.

-Он используется при очистке от радиоактивных изотопов (Ra-226) и стронция (Sr-90). Фосфат кальция блокирует всасывание радиоактивных изотопов в пищеварительном тракте, тем самым ограничивая наносимый ими ущерб.

другие

-Фосфат кальция используется в качестве корма для птиц. Кроме того, он используется в зубных пастах для борьбы с зубным камнем.

-Он используется в качестве средства, препятствующего слеживанию, например, для предотвращения уплотнения поваренной соли.

-Он работает как отбеливатель муки. Между тем, в сале он предотвращает нежелательную окраску и улучшает условия жарки.

Ссылки

1. Tung MS (1998) Фосфаты кальция: структура, состав, растворимость и стабильность. В: Амджад З. (ред.) Фосфаты кальция в биологических и промышленных системах. Спрингер, Бостон, Массачусетс.
2. Ланглан Лю, Янцзэн У, Чао Сю, Сучун Ю, Сяопэй Ву и Хунлянь Дай. (2018). «Синтез, характеристика нано-β-трикальцийфосфата и ингибирование клеток гепатоцеллюлярной карциномы», Journal of Nanomaterials, vol. 2018 г., идентификатор статьи 7083416, 7 стр., 2018 г.
3. Гребень, Христос и Рей, Кристиан. (2010). Аморфные фосфаты кальция: синтез, свойства и применение в биоматериалах. Acta Biomaterialia, т. 6 (№ 9). стр. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Фосфат трикальция. Получено с: en.wikipedia.org
5. Abida et al. (2017). Порошок трикальцийфосфата: подготовка, характеристика и уплотнение. Средиземноморский химический журнал 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Фосфат кальция. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Фосфат кальция. Science Direct. Получено с: sciencedirect.com