FOSFOREČNAN VÁPENATÝ (CA3 (PO4) 2): STRUKTURA, VLASTNOSTI A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Fosforečnan vápenatý je anorganická sůl a terciární, jehož chemický vzorec je Ca ₃ (PO ₄) ₂. Vzorec uvádí, že složení této soli je 3: 2 pro vápník a fosfát. Toto může být vidět přímo na následujícím obrázku, kde Ca ²⁺ kation a PO ₄ ³ jsou znázorněny anion. Na každé tři Ca ²⁺ jsou dvě PO ₄ ^3- interakce s nimi.

Na druhé straně, fosforečnan vápenatý označuje řadu solí, které se liší v závislosti na poměru Ca / P, jakož i stupni hydratace a pH. Ve skutečnosti existuje mnoho typů fosforečnanů vápenatých, které existují a lze je syntetizovat. Podle nomenklatury uvedené v dopise se však fosforečnan vápenatý vztahuje pouze na trikalcium, ten, který již byl zmíněn.

Poměr a ionty fosforečnanu vápenatého. Zdroj: RicHard-59, z Wikimedia Commons

Všechny fosforečnany vápenaté, včetně Ca ₃ (PO ₄) ₂, jsou bílé pevné látky s mírně šedavými tóny. Mohou být granulované, jemné, krystalické a mají velikost částic kolem mikronů; a dokonce byly připraveny nanočástice těchto fosfátů, s nimiž jsou navrženy biokompatibilní materiály pro kosti.

Tato biologická kompatibilita je způsobena skutečností, že tyto soli se nacházejí v zubech a zkrátka v kostních tkáních savců. Například hydroxyapatit je krystalický fosforečnan vápenatý, který zase interaguje s amorfní fází stejné soli.

To znamená, že existují amorfní a krystalické fosforečnany vápenaté. Z tohoto důvodu nepřekvapuje rozmanitost a rozmanité možnosti při syntéze materiálů na bázi fosforečnanů vápenatých; materiály, v jejichž vlastnostech se vědci po celém světě každý den více zajímají o obnovu kostí.

Struktura fosforečnanu vápenatého

Fosforečnan vápenatý v minerálním whitlockitu. Zdroj: Smokefoot, z Wikimedia Commons

Horní obrázek ukazuje strukturu tribasického kalicofosfátu v podivném minerálním whitlockitu, který může jako nečistoty obsahovat hořčík a železo.

I když se na první pohled může zdát složitý, je nutné objasnit, že model předpokládá kovalentní interakce mezi atomy kyslíku fosfátů a kovovými centry vápníku.

Jako reprezentace je platná, nicméně interakce jsou elektrostatické; to znamená, že Ca ²⁺ kationty jsou přitahovány k PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3-) aniontů. S ohledem na to se rozumí, proč je na obrázku vápník (zelené koule) obklopen záporně nabitými atomy kyslíku (červené koule).

Protože existuje tolik iontů, nezanechává symetrické uspořádání nebo vzor viditelný. Ca ₃ (PO ₄) ₂, které přijme při nízkých teplotách (T <1000 ° C) jednotkové buňky odpovídající romboedrický krystalického systému; Tento polymorf je známá pod názvem P-Ca ₃ (PO ₄) ₂ (P-TCP, pro jeho zkratka v angličtině).

Při vysokých teplotách, na druhé straně, to je transformován do polymorf alfa-Ca ₃ (PO ₄) ₂ (α-TCP), jehož elementární buňka odpovídá jednoklonné krystalické systému. Při ještě vyšších teplotách, polymorf α'-Ca ₃ (PO ₄) ₂, který má hexagonální krystalické struktury, mohou také tvořit.

Amorfní fosforečnan vápenatý

Krystalové struktury byly zmíněny pro fosforečnan vápenatý, který lze očekávat od soli. Je však schopen vykazovat neuspořádané a asymetrické struktury spojené spíše s typem „fosforečnanu vápenatého“ než s krystaly v přísném smyslu jeho definice.

Když k tomu dojde, má se o fosforečnanu vápenatém amorfní struktura (ACP, amorfní fosforečnan vápenatý). Několik autorů poukazuje na tento typ struktury jako zodpovědný za biologické vlastnosti Ca ₃ (PO ₄) ₂ v kostních tkáních, přičemž je možná její oprava a biomimetizace.

Podle objasnění jeho strukturu pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR), přítomnost OH ^- a HPO ₄ ^2- ionty byl nalezen v ACP. Tyto ionty vznikají hydrolýzou jednoho z fosfátů:

PO ₄ ³ + H ₂ O <=> HPO ₄ ² + OH ^-

V důsledku toho, opravdová struktura ACP stává složitější, jehož složení jeho iontů je reprezentována vzorcem: Ca ₉ (PO ₄) _6-x (HPO ₄) _x (OH) _x. 'X' označuje stupeň hydratace, protože je-li x = 1, pak je vzorec by: Ca ₉ (PO ₄) ₅ (HPO ₄) (OH).

Různé struktury, které může mít ACP, závisí na molárních poměrech Ca / P; to znamená relativního množství vápníku a fosfátu, které mění veškeré výsledné složení.

Zbytek rodiny

Fosfáty vápenaté jsou ve skutečnosti rodinou anorganických sloučenin, které zase mohou interagovat s organickou matricí.

Ostatní fosfáty se získají „jednoduše“ změnou aniontů, které doprovázejí vápník (PO ₄ ^3-, HPO ₄ ^2-, H ₂ PO ₄ ^-, OH ^-), stejně jako typ nečistot v pevné látky. Takto může být přirozeně nebo uměle vytvořeno až jedenáct nebo více fosforečnanů vápenatých, každý s vlastní strukturou a vlastnostmi.

Některé fosfáty a jejich příslušné chemické struktury a vzorce budou uvedeny níže:

-Calcium dihydrát hydrogenfosforečnanu, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O: monoklinické.

-Calcium Monohydrát dihydrogenfosforečnanu, Ca (H ₂ PO ₄) ₂ ∙ H ₂ O: triklinický.

-Anhydrous-dikyseliny fosfát, Ca (H ₂ PO ₄) ₂: triklinický.

-Octacalcium vodík fosfát (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄) ₆: triklinický. Je to prekurzor v syntéze hydroxyapatitu.

-Hydroxyapatite, Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH: hexagonální.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Jména

- Fosforečnan vápenatý

- fosforečnan vápenatý

- Difosforečnan vápenatý

Molekulární váha

310,74 g / mol.

Fyzický popis

Je to bílá pevná látka bez zápachu.

Chuť

Bez chuti.

Bod tání

1670 ° K (1391 ° C).

Rozpustnost

- Prakticky nerozpustný ve vodě.

- Nerozpustný v ethanolu.

- Rozpustný ve zředěné kyselině chlorovodíkové a kyselině dusičné.

Hustota

3,14 g / cm ³.

Index lomu

1,629

Standardní entalpie formace

4126 kcal / mol.

Skladovací teplota

2-8 ° C

pH

6-8 ve vodné suspenzi 50 g / l fosforečnanu vápenatého.

Výcvik

Dusičnan vápenatý a hydrogenfosforečnan amonný

Existuje celá řada způsobů, jak produkovat nebo vytvářet fosforečnan vápenatý. Jeden z nich se skládá ze směsi dvou solí, Ca (NO ₃) ₂ ∙ 4H ₂ O, a (NH ₄) ₂ HPO ₄, předem rozpuštěného v absolutním alkoholu a vody, v tomto pořadí. Jedna sůl poskytuje vápník a druhá fosfát.

Z této směsi se vysráží AKT, který se potom 2 hodiny zahřívá v peci při 800 ° C. V důsledku tohoto postupu, β-Ca ₃ (PO ₄), _{se získá 2}. Pečlivou kontrolou teplot, míchání a doby kontaktu může dojít k tvorbě nanokrystalů.

K vytvoření polymorfu a-Ca ₃ (PO ₄) ₂ je nutné zahřívat fosfát nad 1000 ° C. Toto zahřívání se provádí v přítomnosti jiných kovových iontů, které dostatečně polymorfizují tento polymorf tak, aby mohl být použit při pokojové teplotě; to znamená, že zůstává ve stabilním meta stavu.

Hydroxid vápenatý a kyselina fosforečná

Fosforečnan vápenatý může být také vytvořen smícháním roztoků hydroxidu vápenatého a kyseliny fosforečné za vzniku neutralizace na bázi kyseliny a báze. Po půl dne zrání v matečných louzích a jejich řádné filtraci, promytí, sušení a prosévání se získá granulární amorfní fosfátový prášek, ACP.

Tento produkt reakce AKT při vysokých teplotách, transformovaný podle následujících chemických rovnic:

2ca ₉ (HPO ₄) (PO ₄) ₅ (OH) => 2Ca ₉ (P ₂ O ₇) _0,5 (PO ₄) ₅ (OH) + H ₂ O (při 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 (při t = 748.56 ° C)

Tímto způsobem, β-Ca ₃ (PO ₄) ₂, jeho nejběžnější a stabilní polymorf, se získá.

Aplikace

V kostní tkáni

Ca ₃ (PO ₄) ₂ je hlavní anorganická složka kostního popela. Je to součást transplantací kostní náhrady, což se vysvětluje chemickou podobností s minerály přítomnými v kosti.

Biomateriály fosforečnanu vápenatého se používají k opravě kostních defektů a při potahování protéz z titanového kovu. Na nich se ukládá fosforečnan vápenatý, který je izoluje od okolního prostředí a zpomaluje proces koroze titanu.

Fosfáty vápenaté, včetně Ca ₃ (PO ₄) ₂, se používají k výrobě keramických materiálů. Tyto materiály jsou biokompatibilní a v současné době se používají k obnově alveolární ztráty kostní hmoty v důsledku periodontálního onemocnění, endodontických infekcí a dalších stavů.

Měly by se však používat pouze k urychlení periapické opravy kostí v oblastech, kde není žádná chronická bakteriální infekce.

Fosforečnan vápenatý lze použít k opravě kostních defektů, když nelze použít autogenní kostní štěp. Může být použit samostatně nebo v kombinaci s biologicky rozložitelným a resorbovatelným polymerem, jako je kyselina polyglykolová.

Biokeramické cementy

Fosforečnan vápenatý (CPC) je další bioceramát používaný při opravě kostní tkáně. Vyrábí se smícháním prášku různých typů fosforečnanů vápenatých s vodou, čímž se vytvoří pasta. Pasta může být injikována nebo namontována na kostní defekt nebo dutinu.

Cementy jsou formovány, postupně resorbovány a nahrazovány nově vytvořenou kostí.

Lékaři

-CA ₃ (PO ₄) ₂ je základní sůl, což je důvod, proč se používá jako antacida k neutralizaci nadbytku žaludeční kyseliny a zvýšení pH. V zubních pastách poskytuje zdroj vápníku a fosfátu pro usnadnění remineralizačního procesu zubů a kostní hemostázy.

- Používá se také jako doplněk výživy, i když nejlevnější způsob, jak dodávat vápník, je jeho uhličitan a citrát.

- Fosforečnan vápenatý lze použít při léčbě tetanií, latentní hypokalcémie a udržovací terapie. Je také užitečný při doplňování vápníku během těhotenství a kojení.

- Používá se při léčbě kontaminace radioaktivním izotopovým rádiem (Ra-226) a stroncia (Sr-90). Fosforečnan vápenatý blokuje absorpci radioaktivních izotopů v zažívacím traktu, čímž omezuje jejich poškození.

Ostatní

- Fosforečnan vápenatý se používá jako krmivo pro ptáky. Kromě toho se používá v zubních pastách pro kontrolu zubního kamene.

- Používá se jako prostředek proti spékání, například k zabránění zhutnění stolní soli.

- Funguje jako bělidlo na mouku. Mezitím ve sádle zabraňuje nežádoucímu zbarvení a zlepšuje stav smažení.

Reference

1. Tung MS (1998) Fosforečnany vápenaté: struktura, složení, rozpustnost a stabilita. In: Amjad Z. (eds) Fosfáty vápenaté v biologických a průmyslových systémech. Springer, Boston, MA.
2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu a Honglian Dai. (2018). "Syntéza, charakterizace nano-P-trikalciumfosfátu a inhibice na buňkách hepatocelulárního karcinomu," Journal of Nanomaterials, sv. 2018, ID článku 7083416, 7 stran, 2018.
3. Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorfní fosforečnany vápenaté: syntéza, vlastnosti a použití v biomateriálech. Acta Biomaterialia, sv. 6 (č. 9). str. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Wikipedia. (2019). Fosforečnan vápenatý. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Abida a kol. (2017). Prášek na bázi fosforečnanu vápenatého: Příprava, charakterizace a zhutňovací schopnosti. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). Fosforečnan vápenatý. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Fosforečnan vápenatý. Science Direct. Obnoveno z: sciposedirect.com