- Struktura fosforanu wapnia
- Amorficzny fosforan wapnia
- Reszta rodziny
- Fizyczne i chemiczne właściwości
- Nazwy
- Waga molekularna
- Opis fizyczny
- Smak
- Temperatura topnienia
- Rozpuszczalność
- Gęstość
- Współczynnik załamania światła
- Standardowa entalpia formacji
- Temperatura przechowywania
- pH
- Trening
- Azotan wapnia i wodorofosforan amonu
- Wodorotlenek wapnia i kwas fosforowy
- Aplikacje
- W tkance kostnej
- Cementy bioceramiczne
- Lekarze
- Inni
- Bibliografia
Fosforan wapnia jest solą nieorganiczną i trzeciorzędowe, którego wzór chemiczny jest Ca 3 (PO 4 ) 2 . Wzór podaje, że skład tej soli wynosi 3: 2 odpowiednio dla wapnia i fosforanu. Można to zobaczyć bezpośrednio na poniższym obrazku, na którym pokazano kation Ca 2+ i anion PO 4 3 . Na każde trzy Ca 2+ przypadają dwa współdziałające z nimi PO 4 3 .
Z drugiej strony, fosforan wapnia odnosi się do szeregu soli, które różnią się w zależności od stosunku Ca / P, a także stopnia uwodnienia i pH. W rzeczywistości istnieje wiele rodzajów fosforanów wapnia, które istnieją i można je syntetyzować. Jednak zgodnie z nomenklaturą co do litery, fosforan wapnia odnosi się tylko do wspomnianego już triwapnia.
Udział i jony w fosforanie trójwapniowym. Źródło: RicHard-59, źródło Wikimedia Commons
Wszystkie fosforany wapnia, w tym Ca 3 (PO 4 ) 2 , są białymi ciałami stałymi z lekko szarawymi odcieniami. Mogą być ziarniste, drobne, krystaliczne i mieć rozmiary cząstek około mikronów; Przygotowano nawet nanocząstki tych fosforanów, z których zaprojektowano biokompatybilne materiały do kości.
Ta biokompatybilność wynika z faktu, że sole te znajdują się w zębach i, krótko mówiąc, w tkankach kostnych ssaków. Na przykład hydroksyapatyt jest krystalicznym fosforanem wapnia, który z kolei oddziałuje z amorficzną fazą tej samej soli.
Oznacza to, że istnieją amorficzne i krystaliczne fosforany wapnia. Z tego powodu nie jest zaskakujące różnorodność i liczne opcje syntezy materiałów na bazie fosforanów wapnia; materiały, których właściwościami każdego dnia naukowcy na całym świecie są bardziej zainteresowani skupieniem się na odbudowie kości.
Struktura fosforanu wapnia
Fosforan wapnia w mineralnym whitlokicie. Źródło: Smokefoot, źródło Wikimedia Commons
Górny obraz przedstawia strukturę trójzasadowego fosforanu perkalu w dziwnym minerale whitlockite, który może zawierać magnez i żelazo jako zanieczyszczenia.
Chociaż na pierwszy rzut oka może się to wydawać skomplikowane, konieczne jest wyjaśnienie, że model zakłada kowalencyjne interakcje między atomami tlenu fosforanów a metalowymi centrami wapnia.
Jako przedstawienie jest ważne, jednak interakcje są elektrostatyczne; to znaczy, kationy Ca 2+ są przyciągane do anionów PO 4 3- (Ca 2+ - O-PO 3 3- ). Mając to na uwadze, należy rozumieć, dlaczego na obrazie wapń (zielone kule) są otoczone przez ujemnie naładowane atomy tlenu (czerwone kule).
Ponieważ jest tak wiele jonów, nie wykazuje symetrycznego ułożenia ani wzoru. Ca 3 (PO 4 ) 2 przyjmuje w niskich temperaturach (T <1000 ° C) komórkę elementarną odpowiadającą romboedrycznemu układowi krystalicznemu; Ten polimorf jest znany pod nazwą β-Ca 3 (PO 4 ) 2 (β-TCP, od angielskiego akronimu).
Z drugiej strony w wysokich temperaturach przekształca się w polimorf α-Ca 3 (PO 4 ) 2 (α-TCP), którego komórka elementarna odpowiada jednoskośnemu układowi krystalicznemu. W jeszcze wyższych temperaturach może również tworzyć się polimorf α'-Ca 3 (PO 4 ) 2 , który ma heksagonalną strukturę krystaliczną.
Amorficzny fosforan wapnia
Wspomniano o strukturach krystalicznych fosforanu wapnia, czego należy się spodziewać po soli. Jednak może wykazywać nieuporządkowane i asymetryczne struktury, związane bardziej z rodzajem „szkła fosforanu wapnia” niż z kryształami w ścisłym znaczeniu jego definicji.
W takim przypadku mówi się, że fosforan wapnia ma strukturę amorficzną (ACP, amorficzny fosforan wapnia). Kilku autorów wskazuje na tego typu strukturę jako odpowiedzialną za właściwości biologiczne Ca 3 (PO 4 ) 2 w tkankach kostnych, możliwość jego naprawy i biomimetyzacji.
Wyjaśniając jego strukturę za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), stwierdzono obecność jonów OH - i HPO 4 2 w ACP. Jony te powstają w wyniku hydrolizy jednego z fosforanów:
PO 4 3- + H 2 O <=> HPO 4 2- + OH -
W rezultacie prawdziwa struktura ACP staje się bardziej złożona, którego skład jonowy reprezentuje wzór: Ca 9 (PO 4 ) 6-x (HPO 4 ) x (OH) x . „X” oznacza stopień uwodnienia, ponieważ jeśli x = 1, to wzór byłby następujący: Ca 9 (PO 4 ) 5 (HPO 4 ) (OH).
Różne struktury, które może mieć ACP, zależą od stosunków molowych Ca / P; to znaczy względnych ilości wapnia i fosforanu, które zmieniają cały jego skład.
Reszta rodziny
Fosforany wapnia to w rzeczywistości rodzina związków nieorganicznych, które z kolei mogą wchodzić w interakcje z matrycą organiczną.
Pozostałe fosforany uzyskuje się „po prostu” poprzez zmianę anionów towarzyszących wapniowi (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , OH - ), a także rodzaju zanieczyszczeń w ciele stałym. Zatem do jedenastu lub więcej fosforanów wapnia, z których każdy ma swoją własną strukturę i właściwości, może być pochodzenia naturalnego lub sztucznego.
Niektóre fosforany i ich odpowiednie struktury chemiczne i wzory zostaną wymienione poniżej:
-Wodorofosforan wapnia, dwuwodny, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: jednoskośny.
-Monohydrat diwodorofosforanu wapnia, Ca (H 2 PO 4 ) 2 ∙ H 2 O: trójskośny.
-Bezwodny dikwas fosforanowy, Ca (H 2 PO 4 ) 2 : trójskośny.
-Wodorofosforan oktakwapniowy (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 : trójskośny. Jest prekursorem w syntezie hydroksyapatytu.
-Hydroksyapatyt, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH: heksagonalny.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Nazwy
-Fosforan wapniowy
-Fosforan trójwapniowy
-Difosforan wapnia
Waga molekularna
310,74 g / mol.
Opis fizyczny
Jest to bezwonna, biała substancja stała.
Smak
Bez smaku.
Temperatura topnienia
1670 ° K (1391 ° C).
Rozpuszczalność
-Praktycznie nierozpuszczalny w wodzie.
-Nierozpuszczalny w etanolu.
-Rozpuszczalny w rozcieńczonym kwasie solnym i kwasie azotowym.
Gęstość
3,14 g / cm 3 .
Współczynnik załamania światła
1,629
Standardowa entalpia formacji
4126 kcal / mol.
Temperatura przechowywania
2-8 ° C
pH
6-8 w wodnej zawiesinie 50 g / l fosforanu wapnia.
Trening
Azotan wapnia i wodorofosforan amonu
Istnieje wiele metod produkcji lub formowania fosforanu wapnia. Jedna z nich składa się z mieszaniny dwóch soli Ca (NO 3 ) 2 ∙ 4H 2 O i (NH 4 ) 2 HPO 4 , wcześniej rozpuszczonych odpowiednio w alkoholu absolutnym i wodzie. Jedna sól dostarcza wapnia, a druga fosforanu.
Z tej mieszaniny wytrąca się ACP, który jest następnie ogrzewany w piecu w 800 ° C przez 2 godziny. W wyniku tej procedury otrzymuje się β-Ca 3 (PO 4 ) 2 . Poprzez staranne kontrolowanie temperatury, mieszania i czasów kontaktu może dojść do tworzenia się nanokryształów.
Aby utworzyć polimorf α-Ca 3 (PO 4 ) 2 , konieczne jest ogrzanie fosforanu do temperatury powyżej 1000 ° C. Ogrzewanie to przeprowadza się w obecności innych jonów metali, które stabilizują ten polimorf na tyle, że można go stosować w temperaturze pokojowej; to znaczy, pozostaje w stabilnym stanie meta.
Wodorotlenek wapnia i kwas fosforowy
Fosforan wapnia można również wytworzyć przez zmieszanie roztworów wodorotlenku wapnia i kwasu fosforowego, co prowadzi do zobojętnienia kwasowo-zasadowego. Po półdniowym dojrzewaniu w ługach macierzystych i ich odpowiedniej filtracji, przemyciu, wysuszeniu i przesiewaniu otrzymuje się granulowany bezpostaciowy proszek fosforanowy ACP.
Ten ACP jest produktem reakcji wysokich temperatur, przekształcając się zgodnie z następującymi równaniami chemicznymi:
2Ca 9 (HPO 4 ) (PO 4 ) 5 (OH) => 2Ca 9 (P 2 O 7 ) 0,5 (PO 4 ) 5 (OH) + H 2 O (przy 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 (przy T = 748,56 ° C)
W ten sposób otrzymuje się β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , jego najpowszechniejszy i stabilny polimorf.
Aplikacje
W tkance kostnej
Ca 3 (PO 4 ) 2 jest głównym nieorganicznym składnikiem popiołu kostnego. Jest składnikiem przeszczepów kościozastępczych, co tłumaczy się jego chemicznym podobieństwem do minerałów obecnych w kości.
Biomateriały z fosforanu wapnia są stosowane do korygowania ubytków kości oraz do powlekania protez tytanowo-metalowych. Osadza się na nich fosforan wapnia, izolując je od środowiska i spowalniając proces korozji tytanu.
Fosforany wapnia, w tym Ca 3 (PO 4 ) 2 , są używane do produkcji materiałów ceramicznych. Materiały te są biokompatybilne i są obecnie używane do przywracania utraty kości wyrostka zębodołowego w wyniku chorób przyzębia, infekcji endodontycznych i innych schorzeń.
Należy je jednak stosować tylko w celu przyspieszenia naprawy kości okołowierzchołkowej, na obszarach, gdzie nie ma przewlekłej infekcji bakteryjnej.
Fosforan wapnia może być stosowany do naprawy ubytków kości, gdy nie można zastosować autogennego przeszczepu kostnego. Może być stosowany samodzielnie lub w połączeniu z biodegradowalnym i resorbowalnym polimerem, takim jak kwas poliglikolowy.
Cementy bioceramiczne
Cement fosforanowo-wapniowy (CPC) to kolejna bioceramika stosowana w naprawie tkanki kostnej. Powstaje poprzez zmieszanie proszku różnych rodzajów fosforanów wapnia z wodą, tworząc pastę. Pastę można wstrzyknąć lub dopasować do ubytku lub ubytku kości.
Cementy są formowane, stopniowo wchłaniane i zastępowane nowo uformowaną kością.
Lekarze
-Ca 3 (PO 4 ) 2 to sól zasadowa, dlatego jest stosowana jako środek zobojętniający kwas w celu zneutralizowania nadmiaru kwasu żołądkowego i podwyższenia pH. W pastach do zębów jest źródłem wapnia i fosforanów ułatwiających proces remineralizacji zębów i hemostazy kości.
-Jest również stosowany jako suplement diety, chociaż najtańszym sposobem dostarczania wapnia jest użycie jego węglanu i cytrynianu.
-Fosforan wapnia może być stosowany w leczeniu tężyczki, utajonej hipokalcemii i terapii podtrzymującej. Jest również przydatny w suplementacji wapnia w okresie ciąży i laktacji.
-Służy do leczenia skażeń radioaktywnymi izotopami radioaktywnymi (Ra-226) i strontem (Sr-90). Fosforan wapnia blokuje wchłanianie radioaktywnych izotopów w przewodzie pokarmowym, ograniczając w ten sposób powodowane przez nie szkody.
Inni
-Fosforan wapnia jest stosowany jako pasza dla ptaków. Ponadto jest stosowany w pastach do zębów do zwalczania kamienia nazębnego.
-Służy jako środek przeciwzbrylający, na przykład w celu zapobiegania zbrylaniu się soli kuchennej.
- Działa jako środek wybielający mąkę. Tymczasem w smalcu zapobiega niepożądanemu zabarwieniu i poprawia stan smażenia.
Bibliografia
- Tung MS (1998) Calcium Phosphates: Structure, Composition, Solubility, and Stability. W: Amjad Z. (red.) Calcium Phosphates in Biological and Industrial Systems. Springer, Boston, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu i Honglian Dai. (2018). „Synthesis, Characterisation of Nano-β-Tricalcium Phosphate and the Inhibition on Hepatocellular Carcinoma Cells”, Journal of Nanomaterials, tom. 2018, identyfikator artykułu 7083416, 7 stron, 2018.
- Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorficzne fosforany wapnia: synteza, właściwości i zastosowania w biomateriałach. Acta Biomaterialia, vol. 6 (nr 9). s. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipedia. (2019). Fosforan trójwapniowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
- Abida i in. (2017). Proszek fosforanu trójwapniowego: przygotowanie, charakteryzacja i zdolność zagęszczania. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71–76.
- PubChem. (2019). Fosforan wapniowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019). Fosforan wapniowy. Science Direct. Odzyskany z: sciencedirect.com