КАЛЦИЕВ ФОСФАТ (CA3 (PO4) 2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В калциев фосфат е неорганична сол и третичен чиято химична формула е Са ₃ (РО ₄) ₂. Формулата гласи, че съставът на тази сол е 3: 2 съответно за калций и фосфат. Това може да бъде наблюдаван директно в изображението по-долу, където Са ²⁺ катион и PO ₄ ^3- са показани анион. За всеки три Са ²⁺ има две PO ₄ ^3- взаимодействащи с тях.

От друга страна, калциевият фосфат се отнася до серия от соли, които варират в зависимост от съотношението Ca / P, както и степента на хидратация и рН. Всъщност има много видове калциеви фосфати, които съществуват и могат да бъдат синтезирани. Въпреки това, следвайки номенклатурата на буквата, калциевият фосфат се отнася само до трикалциев, този, който вече беше споменат.

Пропорция и йони в трикалциев фосфат. Източник: RicHard-59, от Wikimedia Commons

Всички калциеви фосфати, включително Ca ₃ (PO ₄) ₂, са бели твърди частици с леки сивкави тонове. Те могат да бъдат зърнести, фини, кристални и да имат размер на частиците около микрони; и дори са получени наночастици от тези фосфати, с които са проектирани биосъвместими материали за костите.

Тази биосъвместимост се дължи на факта, че тези соли се намират в зъбите и, накратко, в костните тъкани на бозайниците. Например, хидроксиапатитът е кристален калциев фосфат, който от своя страна взаимодейства с аморфна фаза на същата сол.

Това означава, че има аморфни и кристални калциеви фосфати. Поради тази причина не е изненадващо многообразието и множеството възможности при синтезиране на материали на базата на калциеви фосфати; материали, чиито свойства всеки ден изследователите са по-заинтересовани по целия свят, за да се съсредоточат върху възстановяването на костите.

Структура на калциев фосфат

Калциев фосфат в минерала whitlockite. Източник: Smokefoot, от Wikimedia Commons

Горното изображение показва структурата на триосновния каликофосфат в странния минерален бетлокит, който може да съдържа магнезий и желязо като примеси.

Въпреки че на пръв поглед може да изглежда сложен, е необходимо да се изясни, че моделът предполага ковалентни взаимодействия между кислородните атоми на фосфатите и металните центрове на калция.

Като представителство е валидно, обаче, взаимодействията са електростатични; това е, Са ²⁺ катиони са привлечени PO ₄ ^3- (Са ²⁺ - O-PO ₃ ^3-) аниони. Като се има предвид това, се разбира защо в изображението калция (зелените сфери) са заобиколени от отрицателно заредените кислородни атоми (червени сфери).

Тъй като има толкова много йони, това не оставя видима симетрична подредба или модел. Ca ₃ (PO ₄) ₂ приема при ниски температури (T <1000 ° C) единична клетка, съответстваща на ромбоедрична кристална система; Този полиморф е известен с името на β-Са ₃ (PO ₄) ₂ (β-TCP, за съкращението му на английски).

При висока температура, от друга страна, той се трансформира в полиморфа α-Ca ₃ (PO ₄) ₂ (α-TCP), чиято единична клетка съответства на моноклинна кристална система. При още по-високи температури може да се образува и полиморфът α'-Ca ₃ (PO ₄) ₂, който има шестоъгълна кристална структура.

Аморфен калциев фосфат

Споменати са кристални структури за калциев фосфат, което може да се очаква от сол. Въпреки това, той е в състояние да проявява неуредици и асиметрични структури, свързани повече с тип „калциево фосфатно стъкло“, отколкото с кристали в строгия смисъл на неговата дефиниция.

Когато това се случи, се казва, че калциевият фосфат има аморфна структура (АСР, аморфен калциев фосфат). Няколко автори посочват този тип структура като отговорна за биологичните свойства на Са ₃ (PO ₄) ₂ в костните тъкани, като е възможно да се възстанови и биомиметизира.

Чрез изясняване на неговата структура чрез ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), в АКТБ е открито присъствието на OH ^- и HPO ₄ ^2- йони. Тези йони се образуват при хидролизата на един от фосфатите:

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

В резултат на това истинската структура на ACP става по-сложна, чийто състав на нейните йони е представен с формулата: Ca ₉ (PO ₄) _6-x (HPO ₄) _x (OH) _x. 'X' показва степента на хидратация, тъй като ако x = 1, то формулата ще бъде: Ca ₉ (PO ₄) ₅ (HPO ₄) (OH).

Различните структури, които АСР могат да имат, зависят от моларните съотношения Са / Р; тоест на относителните количества калций и фосфат, които променят целия произтичащ от него състав.

Останалата част от семейството

Калциевите фосфати всъщност са семейство неорганични съединения, които от своя страна могат да взаимодействат с органична матрица.

Останалите фосфати се получават "просто" чрез промяна на анионите, които придружават калция (PO ₄ ^3-, HPO ₄ ^2-, H ₂ PO ₄ ^-, OH ^-), както и вида на примесите в твърдото вещество. По този начин, до единадесет или повече калциеви фосфати, всеки със собствена структура и свойства, могат да произхождат естествено или изкуствено.

Някои фосфати и съответните им химични структури и формули ще бъдат споменати по-долу:

Калциев хидроген фосфат дихидрат, CaHPO ₄ ∙ 2Н ₂ О: моноклинна.

-Калциев дихидроген фосфат монохидрат, Ca (H ₂ PO ₄) ₂ ∙ H ₂ O: триклинични.

-Безводен диациден фосфат, Ca (H ₂ PO ₄) ₂: триклиничен.

-Octacalcium хидрогенфосфат (ОСР), Са ₈ Н ₂ (РО ₄) ₆: триклинен. Той е предшественик в синтеза на хидроксиапатит.

-Хидроксиапатит, Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH: шестоъгълен.

Физични и химични свойства

Имена

-Калциев фосфат

-Трилциев фосфат

-Тикалциев дифосфат

Молекулно тегло

310,74 g / mol.

Физическо описание

Това е бяло твърдо вещество без мирис.

вкус

Вкус.

Точка на топене

1670 ° К (1391 ° С).

разтворимост

-Практически неразтворим във вода.

-Неразтворим в етанол.

-Разтворим в разредена солна и азотна киселина.

плътност

3,14 g / cm ³.

Рефракционен индекс

1629

Стандартна енталпия на формацията

4126 kcal / mol.

Температура на съхранение

2-8 ° C.

рН

6-8 във водна суспензия от 50 g / L калциев фосфат.

обучение

Калциев нитрат и амониев хидрогенфосфат

Съществуват многобройни методи за получаване или образуване на калциев фосфат. Един от тях се състои от смес от два соли, Ca (NO ₃) ₂ ∙ 4Н ₂ О и (NH ₄) ₂ HPO ₄, предварително разтворен в абсолютен алкохол и вода, съответно. Едната сол осигурява калция, а другата фосфат.

От тази смес се утаява ACP, който след това се подлага на загряване във фурна при 800 ° С в продължение на 2 часа. В резултат на тази процедура се получава β-Са ₃ (PO ₄) ₂. Чрез внимателно контролиране на температурите, възбуда и времена на контакт може да се получи нанокристално образуване.

За да се образува полиморфа α-Ca ₃ (PO ₄) ₂ е необходимо фосфатът да се нагрява над 1000 ° C. Това нагряване се извършва в присъствието на други метални йони, които стабилизират достатъчно тази полиморфа, така че да може да се използва при стайна температура; тоест остава в стабилно мета състояние.

Калциев хидроксид и фосфорна киселина

Калциевият фосфат може също да се образува чрез смесване на разтворите на калциев хидроксид и фосфорна киселина, като се получава киселинно-алкална неутрализация. След половин ден съзряване в майчините течности и тяхното дължимо филтриране, измиване, сушене и пресяване се получава гранулиран аморфен фосфат на прах, АСР.

Този продукт от АКТБ от реакции на високи температури, трансформира се съгласно следните химични уравнения:

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)

По този начин се получава β-Са ₃ (PO ₄) ₂, неговата най-често срещана и стабилна полиморфа.

Приложения

В костната тъкан

Са ₃ (PO ₄) ₂ е основната неорганична съставка на костната пепел. Той е компонент на костно-заместителните трансплантации, което се обяснява с химичното му сходство с минералите, присъстващи в костите.

Биоматериалите от калциев фосфат се използват за коригиране на костни дефекти и в покритието на протези от титанов метал. Калциевият фосфат се отлага върху тях, изолирайки ги от околната среда и забавя процеса на корозия на титан.

Калциевите фосфати, включително Са ₃ (PO ₄) ₂, се използват за направата на керамични материали. Тези материали са биосъвместими и понастоящем се използват за възстановяване на загубата на алвеоларна кост в резултат на пародонтоза, ендодонтски инфекции и други състояния.

Те обаче трябва да се използват само за ускоряване на периапичното възстановяване на костите, в райони, където няма хронична бактериална инфекция.

Калциевият фосфат може да се използва за отстраняване на костни дефекти, когато не може да се използва автогенна костна присадка. Може да се използва самостоятелно или в комбинация с биоразградим и резорбируем полимер, като полигликолова киселина.

Биокерамични цименти

Калциево фосфатният цимент (CPC) е друга биокерамика, използвана при възстановяването на костната тъкан. Произвежда се чрез смесване на праха от различни видове калциеви фосфати с вода, образувайки паста. Пастата може да се инжектира или монтира към костния дефект или кухина.

Циментите се формоват, постепенно се резорбират и се заменят с новообразуваната кост.

Лекари

-Ca ₃ (РО ₄) ₂ е основна сол, поради което се използва като антиацид за неутрализиране на излишната стомашна киселина и увеличаване на рН. В пастите за зъби той осигурява източник на калций и фосфат, за да улесни процеса на реминерализация на зъбите и костната хемостаза.

-Използва се и като хранителна добавка, въпреки че най-евтиният начин за доставяне на калций е чрез използването на неговия карбонат и цитрат.

-Калциевият фосфат може да се използва за лечение на тетания, латентна хипокалцемия и поддържаща терапия. Също така, той е полезен при добавката на калций по време на бременност и кърмене.

-Използва се при лечението на замърсяване с радиоактивни изотопи радио (Ra-226) и стронций (Sr-90). Калциевият фосфат блокира абсорбцията на радиоактивни изотопи в храносмилателния тракт, като по този начин ограничава щетите, причинени от тях.

Други

-Калциевият фосфат се използва като храна за птици. В допълнение, той се използва в пасти за зъби за контрол на зъбен камък.

-Използва се като средство против слепване, например за предотвратяване на уплътняването на трапезната сол.

-Тя работи като избелващо брашно средство. Междувременно в свинската мас той предотвратява нежеланото оцветяване и подобрява състоянието на пържене.

Препратки

1. Tung MS (1998) калциеви фосфати: структура, състав, разтворимост и стабилност. В: Amjad Z. (eds) Калциеви фосфати в биологични и индустриални системи. Спрингер, Бостън, МА.
2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu и Honglian Dai. (2018). "Синтез, характеристика на нано-β-трикалциевия фосфат и инхибирането на клетките на хепатоцелуларен карцином", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, артикул ID 7083416, 7 страници, 2018.
3. Combes, Христос и Рей, християнин. (2010 г.). Аморфни калциеви фосфати: синтез, свойства и приложения в биоматериалите. Acta Biomaterialia, vol. 6 (n ° 9). стр. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Трикалциев фосфат. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Abida et al. (2017). Трикалциев фосфат на прах: Възможности за приготвяне, характеризиране и уплътняване. Средиземноморски вестник по химия 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Калциев фосфат. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Калциев фосфат. Science Direct. Възстановено от: sciencedirect.com