- Kalsiumfosfaatin rakenne
- Amorfinen kalsiumfosfaatti
- Muu perhe
- Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
- nimet
- Molekyylipaino
- Fyysinen kuvaus
- Maku
- Sulamispiste
- Liukoisuus
- Tiheys
- Taitekerroin
- Muodostumisen tavanomainen entalpia
- Säilytyslämpötila
- pH
- koulutus
- Kalsiumnitraatti ja ammoniumvetyfosfaatti
- Kalsiumhydroksidi ja fosforihappo
- Sovellukset
- Luukudoksessa
- Biokeraamiset sementit
- lääkärit
- toiset
- Viitteet
Kalsiumfosfaatti on epäorgaaninen suola ja tertiäärisen, joiden kemiallinen kaava on Ca 3 (PO 4) 2. Kaavan mukaan tämän suolan koostumus on 3: 2 kalsiumille ja fosfaateille, vastaavasti. Tämä voidaan nähdä suoraan alla olevassa kuvassa, jossa Ca 2+ kationi ja PO 4 3 anioni on esitetty. Jokaista kolmen Ca 2+: n suhteen on kaksi PO 4 3: ta, jotka ovat vuorovaikutuksessa heidän kanssaan.
Toisaalta kalsiumfosfaatti viittaa sarjaan suoloja, jotka vaihtelevat Ca / P-suhteen, samoin kuin nesteytyksen asteen ja pH: n mukaan. Itse asiassa on olemassa erityyppisiä kalsiumfosfaatteja, jotka voidaan syntetisoida. Kirjaimellisen nimikkeistön jälkeen kalsiumfosfaatti viittaa kuitenkin vain jo mainittuun trikalsiumiin.
Trikalsiumfosfaatin osuus ja ionit. Lähde: RicHard-59, Wikimedia Commonsista
Kaikki kalsiumfosfaatit, mukaan lukien Ca 3 (PO 4) 2, ovat valkoisia kiinteitä aineita, joilla on lievät harmahtaiset sävyt. Ne voivat olla rakeisia, hienoja, kiteisiä ja niiden hiukkaskoko on noin mikronia; ja jopa näiden fosfaattien nanohiukkaset on valmistettu, joiden kanssa luustoille suunnitellaan bioyhteensopivia materiaaleja.
Tämä biologinen yhteensopivuus johtuu tosiasiasta, että näitä suoloja löytyy hampaista ja lyhyesti sanottuna nisäkkäiden luukudoksista. Esimerkiksi hydroksiapatiitti on kiteinen kalsiumfosfaatti, joka vuorovaikutuksessa vuorovaikuttaa saman suolan amorfisen faasin kanssa.
Tämä tarkoittaa, että on olemassa amorfisia ja kiteisiä kalsiumfosfaatteja. Tästä syystä ei ole yllättävää monimuotoisuus ja useat vaihtoehdot syntetisoitaessa kalsiumfosfaatteihin perustuvia materiaaleja; materiaalit, joiden ominaisuudet päivittäin tutkijat ovat kiinnostuneempia ympäri maailmaa keskittymään luiden palauttamiseen.
Kalsiumfosfaatin rakenne
Kalsiumfosfaatti mineraalivalkoisessa whitlockiitissa. Lähde: Smokefoot, Wikimedia Commonsista
Yläkuvassa näkyy emäksisen kalikofosfaatin rakenne omituisessa mineraalivalkoisessa whitlockiitissa, joka voi sisältää epäpuhtauksina magnesiumia ja rautaa.
Vaikka ensi silmäyksellä se voi vaikuttaa monimutkaiselta, on tarpeen selventää, että mallissa oletetaan kovalenttiset vuorovaikutukset fosfaattien happiatomien ja kalsiummetallikeskuksien välillä.
Esityksenä se on pätevä, mutta vuorovaikutukset ovat sähköstaattisia; toisin sanoen Ca2 + -kationeja houkutellaan PO 4 3- (Ca 2+ - O-PO 3 3) -anioneihin. Tätä silmällä pitäen ymmärretään, miksi kuvassa kalsiumia (vihreät pallot) ympäröivät negatiivisesti varautuneet happiatomit (punaiset pallot).
Koska ioneja on niin paljon, se ei jätä symmetristä järjestelyä tai kuviota näkyväksi. Ca 3 (PO 4) 2 omaa alhaisissa lämpötiloissa (T <1000 ° C) yksikkösolun, joka vastaa romboedista kiteistä järjestelmää; Tämä polymorfi tunnetaan nimellä β-Ca 3 (PO 4) 2 (β-TCP, sen lyhenne on Englanti).
Toisaalta korkeissa lämpötiloissa se muuttuu polymorfiksi a-Ca 3 (PO 4) 2 (a-TCP), jonka yksikkösolu vastaa monokliinistä kiteistä järjestelmää. Vieläkin korkeammissa lämpötiloissa, polymorfin α'-Ca 3 (PO 4) 2, jossa on kuusikulmainen kiderakenne, voivat myös muodostaa.
Amorfinen kalsiumfosfaatti
Kiderakenteet on mainittu kalsiumfosfaatille, jota on odotettavissa suolalta. Se kykenee kuitenkin esittämään epäjärjestyneitä ja epäsymmetrisiä rakenteita, jotka liittyvät enemmän "kalsiumfosfaattilasityyppiin" kuin kiteisiin sen määritelmän suppeassa merkityksessä.
Kun tätä tapahtuu, kalsiumfosfaatin sanotaan olevan amorfinen rakenne (ACP, amorfinen kalsiumfosfaatti). Useat kirjoittajat huomauttavat tämän tyyppisestä rakenteesta vastuullisena Ca 3 (PO 4) 2: n biologisista ominaisuuksista luukudoksissa, sen korjaamisen ja biomimetization ollessa mahdollista.
Selvittämällä sen rakenne ydinmagneettisen resonanssin (NMR), OH: n läsnäollessa - ja HPO 4 2 -ioneja on havaittu AKT. Nämä ionit muodostuvat hydrolysoimalla yhtä fosfaateista:
PO 4 3- + H 2 O <=> HPO 4 2- + OH -
Seurauksena ACP: n todellinen rakenne tulee monimutkaisemmaksi, jonka ionien koostumus esitetään kaavalla: Ca 9 (PO 4) 6-x (HPO 4) x (OH) x. 'X' osoittaa hydraatioastetta, koska jos x = 1, niin kaava olisi: Ca 9 (PO 4) 5 (HPO 4) (OH).
Erilaiset rakenteet, joilla ACP voi olla, riippuvat Ca / P-moolisuhteista; toisin sanoen kalsiumin ja fosfaatin suhteellisista määristä, jotka muuttavat kaiken sen tuloksena olevan koostumuksen.
Muu perhe
Kalsiumfosfaatit ovat itse asiassa epäorgaanisten yhdisteiden ryhmä, joka puolestaan voi olla vuorovaikutuksessa orgaanisen matriisin kanssa.
Muut fosfaatit saadaan "yksinkertaisesti" vaihtamalla kalsiumin mukana tulevat anionit (PO 4 3, HPO 4 2, H 2 PO 4 -, OH -) samoin kuin kiinteän aineen epäpuhtauksien tyyppi. Siten korkeintaan yksitoista tai enemmän kalsiumfosfaatteja, joilla on oma rakenne ja ominaisuudet, voivat olla peräisin luonnosta tai keinotekoisesti.
Jotkut fosfaatit ja niiden kemialliset rakenteet ja kaavat mainitaan jäljempänä:
-Kalsiumvetyfosfaattidihydraatti, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monokliiniset.
-Kalsiumdivetyfosfaattimonohydraatti, Ca (H 2 PO 4) 2 ∙ H 2 O: trikliini.
-Anhydrous dihapon fosfaatti, Ca (H 2 PO 4) 2: trikliininen.
-Octacalcium vetyfosfaatti (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4) 6: trikliininen. Se on edeltäjä hydroksiapatiitin synteesissä.
-Hydroxyapatite, Ca 5 (PO 4) 3 OH: kuusikulmainen.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
nimet
-Kalsiumfosfaatti
-Trikalsiumfosfaatti
-Tikalsiumdifosfaatti
Molekyylipaino
310,74 g / mol.
Fyysinen kuvaus
Se on hajuton valkoinen kiinteä aine.
Maku
Mauton.
Sulamispiste
1670 ° K (1391 ° C).
Liukoisuus
-Käytännössä liukenematon veteen.
- Ei liukene etanoliin.
-Liukenee laimeaan suolahappoon ja typpihappoon.
Tiheys
3,14 g / cm 3.
Taitekerroin
1629
Muodostumisen tavanomainen entalpia
4126 kcal / mol.
Säilytyslämpötila
2 - 8 ° C.
pH
6-8 vesisuspensiossa, jossa on 50 g / l kalsiumfosfaattia.
koulutus
Kalsiumnitraatti ja ammoniumvetyfosfaatti
Kalsiumfosfaatin tuottamiseksi tai muodostamiseksi on olemassa lukuisia menetelmiä. Yksi niistä koostuu seoksesta, kahden suolan, Ca (NO 3) 2 ∙ 4H 2 O, ja (NH 4) 2 HPO 4, joka oli aikaisemmin liuotettu absoluuttista alkoholia ja vettä, vastaavasti. Yksi suola tarjoaa kalsiumia ja toinen fosfaattia.
Tästä seoksesta ACP saostuu, joka sitten lämmitetään uunissa 800 ° C: ssa 2 tunnin ajan. Seurauksena tämän menettelyn, β-Ca 3 (PO 4) 2 saadaan. Säätämällä lämpötiloja, sekoitusta ja kosketusaikoja huolellisesti, nanokiteiden muodostuminen voi tapahtua.
Α-Ca 3 (PO 4) 2 -polymorfin muodostamiseksi on tarpeen kuumentaa fosfaatti yli 1000 ° C: seen. Tämä kuumennus suoritetaan muiden metalli-ionien läsnä ollessa, jotka stabiloivat tämän polymorfin niin, että sitä voidaan käyttää huoneenlämpötilassa; eli se pysyy vakaassa meta-tilassa.
Kalsiumhydroksidi ja fosforihappo
Kalsiumfosfaattia voidaan myös muodostaa sekoittamalla kalsiumhydroksidin ja fosforihapon liuoksia, jolloin saadaan aikaan happo-emäsneutralointi. Kun puoli päivää on kypsytetty emäliuoksissa ja niiden asianmukainen suodatus, pesu, kuivaus ja seulonta, saadaan rakeinen amorfinen fosfaattijauhe, ACP.
Tämä korkeiden lämpötilojen AKT-reaktioiden tuote, joka muuttuu seuraavien kemiallisten yhtälöiden mukaan:
2ca 9 (HPO 4) (PO 4) 5 (OH) => 2ca 9 (P 2 O 7) 0,5 (PO 4) 5 (OH) + H 2 O (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 (T = 748,56 ° C)
Tällä tavoin, β-Ca 3 (PO 4) 2, sen yleisin ja stabiilein polymorfi, saadaan.
Sovellukset
Luukudoksessa
Ca 3 (PO 4) 2 on luiden tuhkan tärkein epäorgaaninen aineosa. Se on osa luun korvaussiirtoja, mikä selitetään sen kemiallisella samankaltaisudella luussa olevien mineraalien kanssa.
Kalsiumfosfaattibiomateriaaleja käytetään luuvirheiden korjaamiseen ja titaanimetalliproteesien päällystämiseen. Niille kerrostuu kalsiumfosfaattia, joka eristää ne ympäristöstä ja hidastaa titaanikorroosioprosessia.
Kalsiumfosfaatteja, mukaan lukien Ca 3 (PO 4) 2, käytetään keraamisten materiaalien valmistukseen. Nämä materiaalit ovat biologisesti yhteensopivia, ja niitä käytetään tällä hetkellä alveolaarisen luukatoisuuden palauttamiseen periodontaalisen taudin, endodontisten infektioiden ja muiden tilojen seurauksena.
Niitä tulisi kuitenkin käyttää vain periapikalisen luun korjaamisen nopeuttamiseen alueilla, joilla ei ole kroonista bakteeri-infektiota.
Kalsiumfosfaattia voidaan käyttää luuvirheiden korjaamiseen, kun autogeenistä luusiirtettä ei voida käyttää. Sitä voidaan käyttää yksinään tai yhdessä biohajoavan ja resorboituvan polymeerin, kuten polyglykolihapon kanssa.
Biokeraamiset sementit
Kalsiumfosfaattisementti (CPC) on toinen biokeramiikka, jota käytetään luukudoksen korjaamiseen. Se valmistetaan sekoittamalla erityyppisten kalsiumfosfaattien jauhetta veden kanssa, jolloin muodostuu tahna. Tahna voidaan injektoida tai kiinnittää luuvaurioon tai onteloon.
Sementit muovataan, resorboidaan asteittain ja korvataan vasta muodostetulla luulla.
lääkärit
-Ca 3 (PO 4) 2 on emäksinen suola, joten sitä käytetään antasidi neutraloimiseksi mahahapon ja lisäys pH: ssa. Hammastahnoissa se tarjoaa kalsium- ja fosfaattilähteen helpottamaan hampaiden ja luuhemostaasin remineralisaatioprosessia.
- Sitä käytetään myös ravintolisänä, vaikka halvin tapa toimittaa kalsiumia on käyttää sen karbonaattia ja sitraattia.
-Kalsiumfosfaattia voidaan käyttää tetanian, piilevän hypokalsemian ja ylläpitohoidon hoidossa. Se on myös hyödyllinen kalsiumlisäravinteina raskauden ja imetyksen aikana.
- Sitä käytetään radioaktiivisten radioaktiivisten isotooppien (Ra-226) ja strontiumin (Sr-90) aiheuttaman kontaminaation hoidossa. Kalsiumfosfaatti estää radioaktiivisten isotooppien imeytymisen ruuansulatuksessa rajoittaen siten niiden aiheuttamia vaurioita.
toiset
-Kalsiumfosfaattia käytetään lintujen rehuna. Lisäksi sitä käytetään hammastahnoissa tartunnan hallitsemiseksi.
- Sitä käytetään paakkuuntumisenestoaineena esimerkiksi estämään ruokasuolan tiivistyminen.
-Se toimii jauhojen valkaisuaineena. Sitä vastoin sianliha estää ei-toivottua väritystä ja parantaa paistamisolosuhteita.
Viitteet
- Tung MS (1998) kalsiumfosfaatit: rakenne, koostumus, liukoisuus ja stabiilisuus. Julkaisussa: Amjad Z. (toim.) Kalsiumfosfaatit biologisissa ja teollisissa järjestelmissä. Springer, Boston, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu ja Honglian Dai. (2018). "Nano-β-trikalsiumfosfaatin synteesi, karakterisointi ja estäminen maksasolukarsinoomasoluissa", Journal of Nanomaterials, voi. 2018, artikkeli ID 7083416, 7 sivua, 2018.
- Kammat, Kristus ja Rey, kristitty. (2010). Amorfiset kalsiumfosfaatit: synteesi, ominaisuudet ja käyttö biomateriaaleissa. Acta Biomaterialia, voi. 6 (nro 9). ss. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipedia. (2019). Trikalsiumfosfaatti. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Abida et ai. (2017). Trikalsiumfosfaattijauhe: valmistus-, karakterisointi- ja tiivistyskyky. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71 - 76.
- Pubchem. (2019). Kalsiumfosfaatti. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019). Kalsiumfosfaatti. Science Direct. Palautettu osoitteesta: sciencedirect.com