- Struktur von Calciumphosphat
- Amorphes Calciumphosphat
- Der Rest der Familie
- Physikalische und chemische Eigenschaften
- Namen
- Molekulargewicht
- Physische Beschreibung
- Geschmack
- Schmelzpunkt
- Löslichkeit
- Dichte
- Brechungsindex
- Standard-Bildungsenthalpie
- Lagertemperatur
- pH
- Ausbildung
- Calciumnitrat und Ammoniumhydrogenphosphat
- Calciumhydroxid und Phosphorsäure
- Anwendungen
- Im Knochengewebe
- Biokeramische Zemente
- Ärzte
- Andere
- Verweise
Das Calciumphosphat ist ein anorganisches Salz und Tertiär, dessen chemische Formel Ca 3 (PO 4 ) 2 lautet . Die Formel besagt, dass die Zusammensetzung dieses Salzes für Calcium bzw. Phosphat 3: 2 beträgt. Dies ist direkt in der Abbildung unten zu sehen, in der das Ca 2+ -Kation und das PO 4 3 -Anion dargestellt sind . Für jeweils drei Ca 2+ interagieren zwei PO 4 3- mit ihnen.
Andererseits bezieht sich Calciumphosphat auf eine Reihe von Salzen, die in Abhängigkeit vom Ca / P-Verhältnis sowie dem Hydratationsgrad und dem pH-Wert variieren. Tatsächlich gibt es viele Arten von Calciumphosphaten, die existieren und synthetisiert werden können. Nach der Nomenklatur des Buchstabens bezieht sich Calciumphosphat jedoch nur auf Tricalcium, das bereits erwähnte.
Anteil und Ionen in Tricalciumphosphat. Quelle: RicHard-59, aus Wikimedia Commons
Alle Calciumphosphate, einschließlich Ca 3 (PO 4 ) 2 , sind weiße Feststoffe mit leichten Grautönen. Sie können körnig, fein und kristallin sein und Partikelgrößen von etwa Mikrometern aufweisen. und sogar Nanopartikel dieser Phosphate wurden hergestellt, mit denen biokompatible Materialien für Knochen entworfen werden.
Diese Biokompatibilität beruht auf der Tatsache, dass diese Salze in den Zähnen und kurz gesagt im Knochengewebe von Säugetieren gefunden werden. Beispielsweise ist Hydroxylapatit ein kristallines Calciumphosphat, das wiederum mit einer amorphen Phase desselben Salzes wechselwirkt.
Dies bedeutet, dass es amorphe und kristalline Calciumphosphate gibt. Aus diesem Grund ist es nicht überraschend, wie vielfältig und vielfältig die Synthese von Materialien auf der Basis von Calciumphosphaten ist. Materialien, deren Eigenschaften täglich Forscher weltweit mehr daran interessiert sind, sich auf die Wiederherstellung von Knochen zu konzentrieren.
Struktur von Calciumphosphat
Calciumphosphat im Mineral Whitlockit. Quelle: Smokefoot, aus Wikimedia Commons
Das obere Bild zeigt die Struktur von tribasischem Kalikophosphat im seltsamen Mineral Whitlockit, das Magnesium und Eisen als Verunreinigungen enthalten kann.
Obwohl es auf den ersten Blick komplex erscheinen mag, muss klargestellt werden, dass das Modell kovalente Wechselwirkungen zwischen den Sauerstoffatomen von Phosphaten und den Metallzentren von Calcium annimmt.
Als Darstellung gilt jedoch, dass die Wechselwirkungen elektrostatisch sind; Das heißt, Ca 2+ -Kationen werden von PO 4 3- (Ca 2+ -O-PO 3 3- ) -Anionen angezogen . In diesem Sinne versteht es sich, warum im Bild das Kalzium (grüne Kugeln) von den negativ geladenen Sauerstoffatomen (rote Kugeln) umgeben ist.
Da es so viele Ionen gibt, bleibt keine symmetrische Anordnung oder ein symmetrisches Muster sichtbar. Ca 3 (PO 4 ) 2 nimmt bei niedrigen Temperaturen (T <1000 ° C) eine Einheitszelle an, die einem rhomboedrischen kristallinen System entspricht; Dieses Polymorph ist unter dem Namen β-Ca 3 (PO 4 ) 2 (β-TCP, für sein Akronym in Englisch) bekannt.
Bei hohen Temperaturen wandelt es sich dagegen in das polymorphe α-Ca 3 (PO 4 ) 2 (α-TCP) um, dessen Elementarzelle einem monoklinen kristallinen System entspricht. Bei noch höheren Temperaturen kann sich auch das polymorphe α'-Ca 3 (PO 4 ) 2 bilden , das eine hexagonale Kristallstruktur aufweist.
Amorphes Calciumphosphat
Für Calciumphosphat wurden Kristallstrukturen erwähnt, die von einem Salz zu erwarten sind. Es ist jedoch in der Lage, ungeordnete und asymmetrische Strukturen aufzuweisen, die eher mit einer Art „Calciumphosphatglas“ als mit Kristallen im engeren Sinne seiner Definition verbunden sind.
In diesem Fall soll Calciumphosphat eine amorphe Struktur haben (ACP, amorphes Calciumphosphat). Mehrere Autoren weisen darauf hin, dass diese Art von Struktur für die biologischen Eigenschaften von Ca 3 (PO 4 ) 2 in Knochengeweben verantwortlich ist, wobei dessen Reparatur und Biomimetisierung möglich ist.
Durch die Aufklärung ihrer Struktur durch magnetische Kernresonanz (NMR), das Vorhandensein von OH - und HPO 4 2- Ionen ist gefunden worden , in ACP. Diese Ionen werden durch Hydrolyse eines der Phosphate gebildet:
PO 4 3- + H 2 O HPO 4 2- + OH -
Infolgedessen wird die wahre Struktur von ACP komplexer, deren Zusammensetzung durch die Formel dargestellt wird: Ca 9 (PO 4 ) 6-x (HPO 4 ) x (OH) x . Das 'x' gibt den Hydratationsgrad an, denn wenn x = 1 ist, lautet die Formel: Ca 9 (PO 4 ) 5 (HPO 4 ) (OH).
Die verschiedenen Strukturen, die ACP haben kann, hängen von den Ca / P-Molverhältnissen ab; das heißt, von den relativen Mengen an Calcium und Phosphat, die die gesamte resultierende Zusammensetzung verändern.
Der Rest der Familie
Calciumphosphate sind in der Tat eine Familie anorganischer Verbindungen, die wiederum mit einer organischen Matrix interagieren können.
Die anderen Phosphate werden "einfach" erhalten, indem die Anionen, die Calcium begleiten (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , OH - ), sowie die Art der Verunreinigungen im Feststoff geändert werden. Somit können bis zu elf oder mehr Calciumphosphate mit jeweils eigener Struktur und eigenen Eigenschaften auf natürliche oder künstliche Weise hergestellt werden.
Einige Phosphate und ihre jeweiligen chemischen Strukturen und Formeln werden nachstehend erwähnt:
-Calciumhydrogenphosphatdihydrat, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monoklin.
-Calciumdihydrogenphosphat-Monohydrat, Ca (H 2 PO 4 ) 2 ∙ H 2 O: triklin.
- Wasserfreies Disäurephosphat, Ca (H 2 PO 4 ) 2 : triklin.
-Octacalciumhydrogenphosphat (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 : triklin. Es ist ein Vorläufer bei der Synthese von Hydroxylapatit.
-Hydroxyapatit, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH: hexagonal.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Namen
-Calciumphosphat
-Tricalciumphosphat
-Ticalciumdiphosphat
Molekulargewicht
310,74 g / mol.
Physische Beschreibung
Es ist ein geruchloser weißer Feststoff.
Geschmack
Geschmacklos.
Schmelzpunkt
1670 ° K (1391 ° C).
Löslichkeit
-Praktisch in Wasser unlöslich.
-Unlöslich in Ethanol.
-Löslich in verdünnter Salzsäure und Salpetersäure.
Dichte
3,14 g / cm 3 .
Brechungsindex
1,629
Standard-Bildungsenthalpie
4126 kcal / mol.
Lagertemperatur
2-8 ° C.
pH
6-8 in einer wässrigen Suspension von 50 g / l Calciumphosphat.
Ausbildung
Calciumnitrat und Ammoniumhydrogenphosphat
Es gibt zahlreiche Verfahren, um Calciumphosphat herstellen oder bilden zu können. Eines davon besteht aus einer Mischung von zwei Salzen, Ca (NO 3 ) 2 · 4H 2 O und (NH 4 ) 2 HPO 4 , die zuvor in absolutem Alkohol bzw. Wasser gelöst wurden. Ein Salz liefert das Kalzium und das andere das Phosphat.
Aus dieser Mischung fällt das ACP aus, das dann 2 Stunden in einem Ofen auf 800 ° C erhitzt wird. Als Ergebnis dieses Verfahrens wird β-Ca 3 (PO 4 ) 2 erhalten . Durch sorgfältige Kontrolle von Temperaturen, Bewegung und Kontaktzeiten kann es zur Bildung von Nanokristallen kommen.
Um das α-Ca 3 (PO 4 ) 2 -Polymorph zu bilden, muss das Phosphat über 1000 ° C erhitzt werden. Dieses Erhitzen wird in Gegenwart anderer Metallionen durchgeführt, die dieses Polymorph ausreichend stabilisieren, so dass es bei Raumtemperatur verwendet werden kann; Das heißt, es bleibt in einem stabilen Metazustand.
Calciumhydroxid und Phosphorsäure
Calciumphosphat kann auch durch Mischen der Lösungen von Calciumhydroxid und Phosphorsäure gebildet werden, wodurch eine Säure-Base-Neutralisation erzeugt wird. Nach einem halben Tag Reifung in den Mutterlaugen und deren ordnungsgemäßer Filtration, Waschen, Trocknen und Sieben wird ein körniges amorphes Phosphatpulver, ACP, erhalten.
Dieses ACP reagiert mit hohen Temperaturen und wandelt sich nach folgenden chemischen Gleichungen um:
2Ca 9 (HPO 4 ) (PO 4 ) 5 (OH) => 2Ca 9 (P 2 O 7 ) 0,5 (PO 4 ) 5 (OH) + H 2 O (bei 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 (bei T = 748,56 ° C)
Auf diese Weise wird β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , sein häufigstes und stabilstes Polymorph, erhalten .
Anwendungen
Im Knochengewebe
Ca 3 (PO 4 ) 2 ist der anorganische Hauptbestandteil von Knochenasche. Es ist ein Bestandteil von Knochenersatztransplantationen, was durch seine chemische Ähnlichkeit mit den im Knochen vorhandenen Mineralien erklärt wird.
Calciumphosphat-Biomaterialien werden zur Korrektur von Knochendefekten und zur Beschichtung von Titanmetallprothesen verwendet. Auf ihnen lagert sich Calciumphosphat ab, das sie von der Umwelt isoliert und den Titankorrosionsprozess verlangsamt.
Calciumphosphate, einschließlich Ca 3 (PO 4 ) 2 , werden zur Herstellung von Keramikmaterialien verwendet. Diese Materialien sind biokompatibel und werden derzeit zur Wiederherstellung des alveolären Knochenverlusts infolge von Parodontitis, endodontischen Infektionen und anderen Erkrankungen verwendet.
Sie sollten jedoch nur zur Beschleunigung der periapikalen Knochenreparatur in Bereichen verwendet werden, in denen keine chronische bakterielle Infektion vorliegt.
Calciumphosphat kann zur Reparatur von Knochendefekten verwendet werden, wenn ein autogenes Knochentransplantat nicht verwendet werden kann. Es kann allein oder in Kombination mit einem biologisch abbaubaren und resorbierbaren Polymer wie Polyglykolsäure verwendet werden.
Biokeramische Zemente
Calciumphosphat-Zement (CPC) ist eine weitere Biokeramik, die zur Reparatur von Knochengewebe verwendet wird. Es wird hergestellt, indem das Pulver verschiedener Arten von Calciumphosphaten mit Wasser gemischt wird, wobei eine Paste gebildet wird. Die Paste kann injiziert oder an den Knochendefekt oder die Höhle angepasst werden.
Zemente werden geformt, allmählich resorbiert und durch neu gebildeten Knochen ersetzt.
Ärzte
-Ca 3 (PO 4 ) 2 ist ein basisches Salz, weshalb es als Antazida verwendet wird, um überschüssige Magensäure zu neutralisieren und den pH-Wert zu erhöhen. In Zahnpasten liefert es eine Quelle für Kalzium und Phosphat, um den Remineralisierungsprozess der Zähne und die Knochenhämostase zu erleichtern.
-Es wird auch als Nahrungsergänzungsmittel verwendet, obwohl die billigste Art der Kalziumversorgung die Verwendung von Carbonat und Citrat ist.
-Calciumphosphat kann zur Behandlung von Tetanie, latenter Hypokalzämie und Erhaltungstherapie eingesetzt werden. Es ist auch nützlich bei der Kalziumergänzung während der Schwangerschaft und Stillzeit.
-Es wird zur Behandlung von Kontaminationen mit radioaktiven Isotopen Radio (Ra-226) und Strontium (Sr-90) verwendet. Calciumphosphat blockiert die Absorption radioaktiver Isotope im Verdauungstrakt und begrenzt so die durch sie verursachten Schäden.
Andere
-Calciumphosphat wird als Futtermittel für Vögel verwendet. Darüber hinaus wird es in Zahnpasten zur Bekämpfung von Zahnstein verwendet.
-Es wird als Antibackmittel verwendet, um beispielsweise das Verdichten von Speisesalz zu verhindern.
-Es wirkt als Mehlbleichmittel. In Schmalz verhindert es unerwünschte Färbungen und verbessert den Bratzustand.
Verweise
- Tung MS (1998) Calciumphosphate: Struktur, Zusammensetzung, Löslichkeit und Stabilität. In: Amjad Z. (Hrsg.) Calciumphosphate in biologischen und industriellen Systemen. Springer, Boston, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu und Honglian Dai. (2018). "Synthese, Charakterisierung von Nano-β-Tricalciumphosphat und die Hemmung von hepatozellulären Karzinomzellen", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Artikel-ID 7083416, 7 Seiten, 2018.
- Combes, Christus und Rey, Christian. (2010). Amorphe Calciumphosphate: Synthese, Eigenschaften und Verwendung in Biomaterialien. Acta Biomaterialia, vol. 6 (Nr. 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipedia. (2019). Tricalciumphosphat. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
- Abida et al. (2017). Tricalciumphosphatpulver: Herstellungs-, Charakterisierungs- und Verdichtungsfähigkeiten. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
- PubChem. (2019). Calciumphosphat. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019). Calciumphosphat. Science Direct. Wiederhergestellt von: sciencedirect.com