KALSIYUM FOSFAT (CA3 (PO4) 2): YAPISI, ÖZELLIKLERI VE KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Kalsiyum fosfat , kimyasal formülü Ca bir inorganik tuz ve üçüncül ₃ (PO ₄ ) ₂ . Formül, bu tuzun bileşiminin sırasıyla kalsiyum ve fosfat için 3: 2 olduğunu belirtir. Bu, doğrudan Ca2 ⁺ katyonunun ve PO ₄ ^3- anyonunun gösterildiği aşağıdaki resimde görülebilir . Her üç Ca2 ⁺ için onlarla etkileşim halindeki iki PO ₄ ^3- vardır.

Öte yandan, kalsiyum fosfat, Ca / P oranının yanı sıra hidrasyon ve pH derecesine bağlı olarak değişen bir dizi tuz anlamına gelir. Aslında, var olan ve sentezlenebilen birçok kalsiyum fosfat türü vardır. Bununla birlikte, harfin adlandırılmasından sonra, kalsiyum fosfat yalnızca daha önce bahsedilen trikalsiyum anlamına gelir.

Trikalsiyum fosfatta oran ve iyonlar. Kaynak: RicHard-59, Wikimedia Commons'tan

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ dahil tüm kalsiyum fosfatlar, hafif grimsi tonlara sahip beyaz katılardır. Tanecikli, ince, kristalli olabilirler ve yaklaşık mikronluk tanecik boyutlarına sahip olabilirler; ve hatta bu fosfatların nanopartikülleri hazırlandı, bunlarla kemikler için biyolojik olarak uyumlu malzemeler tasarlandı.

Bu biyolojik uyumluluk, bu tuzların memelilerin dişlerinde ve kısaca kemik dokularında bulunmasından kaynaklanmaktadır. Örneğin, hidroksiapatit, aynı tuzun amorf bir fazıyla etkileşime giren kristalin bir kalsiyum fosfattır.

Bu, amorf ve kristalin kalsiyum fosfatların olduğu anlamına gelir. Bu nedenle kalsiyum fosfat bazlı materyalleri sentezlerken çeşitlilik ve çoklu seçenekler şaşırtıcı değildir; Araştırmacıların her gün özelliklerini dünya çapında kemiklerin restorasyonuna odaklanmak için daha fazla ilgilendiği malzemeler.

Kalsiyum fosfatın yapısı

Mineral whitlockitte kalsiyum fosfat. Kaynak: Smokefoot, Wikimedia Commons'tan

Üstteki resim, tuhaf mineral whitlockite içindeki tribazik patiska fosfatın yapısını göstermektedir; bu, safsızlık olarak magnezyum ve demir içerebilir.

İlk bakışta karmaşık görünse de, modelin fosfatların oksijen atomları ile kalsiyumun metal merkezleri arasında kovalent etkileşimler varsaydığını açıklığa kavuşturmak gerekir.

Temsil olarak, geçerlidir, ancak etkileşimler elektrostatiktir; yani Ca ²⁺ katyonları PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3- ) anyonlarına çekilir . Bunu akılda tutarak, görüntüde kalsiyumun (yeşil küreler) neden negatif yüklü oksijen atomları (kırmızı küreler) ile çevrili olduğu anlaşılıyor.

Çok fazla iyon olduğu için simetrik bir düzenleme veya desen bırakmaz. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ düşük sıcaklıklarda aday olarak (T <1000 ° C), bir paralelkenar kristalin sistemine tekabül eden bir birim hücre; Bu polimorf, β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (β-TCP, İngilizce kısaltması için ) adıyla bilinir .

Yüksek sıcaklıklarda ise birim hücresi monoklinik kristal sisteme karşılık gelen α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP) polimorfuna dönüşür . Daha da yüksek sıcaklıklarda, polimorf α'-Ca- ₃ (PO ₄ ) ₂ , altıgen kristal yapıya sahip olan , aynı zamanda oluşabilir .

Amorf kalsiyum fosfat

Bir tuzdan beklenen kalsiyum fosfat için kristal yapılardan bahsedilmiştir. Bununla birlikte, tanımının tam anlamıyla kristallerden çok bir tür "kalsiyum fosfat camı" ile bağlantılı olan düzensiz ve asimetrik yapılar sergileyebilir.

Bu meydana geldiğinde, kalsiyum fosfatın amorf bir yapıya (ACP, amorf kalsiyum fosfat) sahip olduğu söylenir. Birkaç yazar, bu tür bir yapının kemik dokularındaki Ca ₃ (PO ₄ ) _2'nin biyolojik özelliklerinden sorumlu olduğuna işaret ediyor , onarımı ve biyomimetizasyonu mümkün.

Yapısını nükleer manyetik rezonans (NMR) ile aydınlatarak, ACP'de OH ^- ve HPO ₄ ^2- iyonlarının varlığı bulunmuştur . Bu iyonlar, fosfatlardan birinin hidrolizi ile oluşur:

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

Ca: Sonuç olarak, ACP gerçek yapısı, bileşimi iyonlarına ait formül ile temsil edilir, daha karmaşık hale gelir ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _X (OH) _x . X = 1 ise, o zaman formül olacaktır çünkü 'x', hidrasyon derecesine işaret etmektedir: Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH).

ACP'nin sahip olabileceği farklı yapılar, Ca / P molar oranlarına bağlıdır; yani, sonuçta ortaya çıkan tüm bileşimini değiştiren nispi miktarlarda kalsiyum ve fosfat.

Ailenin geri kalanı

Kalsiyum fosfatlar aslında bir organik matris ile etkileşime girebilen bir inorganik bileşikler ailesidir.

Diğer fosfatlar, kalsiyuma eşlik eden anyonların (PO ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- ) yanı sıra katıdaki safsızlıkların tipi değiştirilerek "basitçe" elde edilir . Böylece, her biri kendi yapısı ve özelliklerine sahip on bir veya daha fazla kalsiyum fosfat, doğal veya yapay olarak elde edilebilir.

Bazı fosfatlar ve bunların kimyasal yapıları ve formülleri aşağıda belirtilecektir:

-Kalsiyum hidrojen fosfat dihidrat, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O: monoklinik.

-Kalsiyum dihidrojen fosfat monohidrat, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O: triklinik.

- Susuz diasit fosfat, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : triklinik.

-Octacalcium hidrojen fosfat (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : triklinik. Hidroksiapatit sentezinde bir öncüdür.

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

Fiziksel ve kimyasal özellikler

İsimler

-Kalsiyum fosfat

-Trikalsiyum fosfat

-Tikalsiyum difosfat

Moleküler ağırlık

310,74 g / mol.

Fiziksel tanım

Kokusuz beyaz bir katıdır.

Damak zevki

Tatsız.

Erime noktası

1670 ° K (1391 ° C).

Çözünürlük

Suda pratik olarak çözünmez.

-Etanolde çözünmez.

- Seyreltik hidroklorik asit ve nitrik asitte çözünür.

Yoğunluk

3.14 g / cm ³ .

Kırılma indisi

1629

Standart oluşum entalpisi

4126 kcal / mol.

Depolama sıcaklığı

2-8 ° C

pH

50 g / L kalsiyum fosfat sulu süspansiyonunda 6-8.

Eğitim

Kalsiyum nitrat ve amonyum hidrojen fosfat

Kalsiyum fosfat üretebilmek veya oluşturabilmek için çok sayıda yöntem vardır. Bunlardan biri , sırasıyla mutlak alkol ve suda çözünmüş iki tuzun, Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O ve (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ karışımından oluşur . Bir tuz kalsiyum sağlarken diğeri fosfat sağlar.

Bu karışımdan ACP çökelir ve daha sonra 2 saat 800 ° C'de bir fırında ısıtmaya tabi tutulur. Bu işlemin bir sonucu olarak β-Ca ₃ (PO ₄ ) _{2 elde edilir} . Sıcaklık, çalkalama ve temas sürelerini dikkatlice kontrol ederek nanokristal oluşumu meydana gelebilir.

Α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ polimorfunu oluşturmak için fosfatı 1000 ° C'nin üzerinde ısıtmak gerekir. Bu ısıtma, bu polimorfu oda sıcaklığında kullanılabilmesi için yeterince stabilize eden diğer metal iyonlarının mevcudiyetinde gerçekleştirilir; yani, kararlı bir meta durumunda kalır.

Kalsiyum hidroksit ve fosforik asit

Kalsiyum fosfat ayrıca kalsiyum hidroksit ve fosforik asit çözeltilerinin karıştırılmasıyla da oluşturulabilir, bu da bir asit-baz nötralizasyonuna neden olur. Ana likörlerde yarım günlük olgunlaşmadan ve bunların filtrasyonundan, yıkanmasından, kurutulmasından ve elenmesinden sonra, granüler amorf bir fosfat tozu, ACP elde edilir.

Bu ACP reaksiyonları, aşağıdaki kimyasal denklemlere göre dönüşen yüksek sıcaklıkların ürünüdür:

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'de)

2Ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0.5 (PO ₄ ) ₅ (OH) => 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 0.5H ₂ O (T = 748.56 ° C'de)

Bu şekilde en yaygın ve kararlı polimorfu olan β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ elde edilir .

Uygulamalar

Kemik dokusunda

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , kemik külünün ana inorganik bileşenidir. Kemik replasman naklinin bir bileşenidir ve bu, kemikte bulunan minerallerle kimyasal benzerliği ile açıklanmaktadır.

Kalsiyum fosfat biyomalzemeler kemik kusurlarını düzeltmek için ve titanyum metal protezlerin kaplamasında kullanılır. Kalsiyum fosfat üzerlerinde birikerek onları çevreden izole eder ve titanyum korozyon sürecini yavaşlatır.

Seramik malzemeler yapmak için Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ dahil olmak üzere kalsiyum fosfatlar kullanılır. Bu malzemeler biyouyumludur ve şu anda periodontal hastalık, endodontik enfeksiyonlar ve diğer durumlardan kaynaklanan alveolar kemik kaybını düzeltmek için kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, kronik bakteriyel enfeksiyonun olmadığı bölgelerde sadece periapikal kemik onarımını hızlandırmak için kullanılmalıdır.

Otojen kemik grefti kullanılamadığında kemik kusurlarını onarmak için kalsiyum fosfat kullanılabilir. Tek başına veya poliglikolik asit gibi biyolojik olarak parçalanabilen ve yeniden emilebilen bir polimer ile kombinasyon halinde kullanılabilir.

Biyoseramik çimentolar

Kalsiyum fosfat çimentosu (CPC), kemik dokusunun onarımında kullanılan bir başka biyoseramiktir. Farklı türlerdeki kalsiyum fosfatların tozunun su ile karıştırılmasıyla bir macun oluşturularak yapılır. Macun, kemik kusuruna veya boşluğuna enjekte edilebilir veya yerleştirilebilir.

Çimentolar kalıplanır, kademeli olarak emilir ve yeni oluşan kemikle değiştirilir.

Doktorlar

-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ bazik bir tuzdur, bu nedenle fazla mide asidini nötralize etmek ve pH'ı artırmak için bir antasit olarak kullanılır. Diş macunlarında dişlerin remineralizasyon sürecini ve kemik hemostazını kolaylaştırmak için bir kalsiyum ve fosfat kaynağı sağlar.

-Kalsiyum sağlamanın en ucuz yolu karbonat ve sitrat kullanmak olsa da besin takviyesi olarak da kullanılır.

-Kalsiyum fosfat tetani, latent hipokalsemi ve idame tedavisinde kullanılabilir. Ayrıca hamilelik ve emzirme döneminde kalsiyum desteğinde faydalıdır.

-Radyoaktif izotoplar radyo (Ra-226) ve stronsiyum (Sr-90) ile kontaminasyon tedavisinde kullanılır. Kalsiyum fosfat, sindirim sistemindeki radyoaktif izotopların emilimini bloke ederek, bunların neden olduğu hasarı sınırlar.

Diğerleri

-Kalsiyum fosfat kuşlar için yem olarak kullanılır. Ayrıca diş macunlarında da tartarı kontrol altına almak için kullanılır.

-Örneğin sofra tuzunun sıkışmasını önlemek için topaklanmayı önleyici bir madde olarak kullanılır.

- Un ağartıcı olarak çalışır. Bu arada domuz yağıda istenmeyen renklenmeyi önler ve kızartma durumunu iyileştirir.

Referanslar

1. Tung MS (1998) Kalsiyum Fosfatlar: Yapı, Bileşim, Çözünürlük ve Kararlılık. In: Amjad Z. (eds) Biyolojik ve Endüstriyel Sistemlerde Kalsiyum Fosfatlar. Springer, Boston, MA.
2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu ve Honglian Dai. (2018). "Nano-β-Trikalsiyum Fosfatın Sentezi, Karakterizasyonu ve Hepatoselüler Karsinom Hücrelerinde İnhibisyon", Journal of Nanomaterials, cilt. 2018, Makale Kimliği 7083416, 7 sayfa, 2018.
3. Combes, Christ and Rey, Christian. (2010). Amorf kalsiyum fosfatlar: biyomalzemelerde sentez, özellikler ve kullanım alanları. Açta Biomaterialia, cilt. 6 (n ° 9). s. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. Vikipedi. (2019). Trikalsiyum fosfat. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
5. Abida vd. (2017). Trikalsiyum fosfat tozu: Hazırlama, karakterizasyon ve sıkıştırma yetenekleri. Akdeniz Kimya Dergisi 2017, 6 (3), 71-76.
6. Pubchem. (2019). Kalsiyum fosfat. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Elsevier. (2019). Kalsiyum fosfat. Science Direct. Kurtarıldı: sciencedirect.com