סידן פוספט (CA3 (PO4) 2): מבנה, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

סידן פוספט הוא מלח אורגני שליישונים אשר נוסח כימי היא Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . הנוסחה קובעת כי הרכב המלח הזה הוא 3: 2 לסידן ולפוספט, בהתאמה. ניתן לראות זאת ישירות בתמונה למטה, שם מוצגים הקטיון Ca ²⁺ והאיון PO ₄ ^3- . עבור כל שלוש Ca ²⁺ יש שני פו _{4 -} ³ המתקשרים איתם.

מצד שני, סידן פוספט מתייחס לסדרה של מלחים המשתנים בהתאם ליחס Ca / P, כמו גם לדרגת ההידרציה וה- pH. למעשה ישנם סוגים רבים של סידן פוספטים שקיימים וניתן לסנתז אותם. עם זאת, בעקבות המינוח למכתב, סידן פוספט מתייחס רק לטריקסיום, זה שכבר הוזכר.

חלק ויונים בטריקסיום פוספט. מקור: RicHard-59, מתוך Wikimedia Commons

כל הסידן פוספטים, כולל Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , הם מוצקים לבנים עם גוונים אפרפרים קלים. הם יכולים להיות גרגירים, עדינים, גבישיים, ובעלי גודל חלקיקים של בערך מיקרון; ואף הוכנו חלקיקים של חלקיקים של פוספטים אלה, בעזרתם מיועדים חומרים ביו תואמים לעצמות.

תאימות ביולוגית זו נובעת מכך שמלחים אלה נמצאים בשיניים ובקיצור ברקמות העצם של יונקים. לדוגמא, הידרוקסיאפטיט הוא פוספט גבישי, אשר בתורו מתקשר עם שלב אמורפי של אותו מלח.

המשמעות היא שיש פוספטים אמורפיים וקריסטליים גבישיים. מסיבה זו אין זה מפתיע את המגוון ואת האפשרויות המרובות בעת סינתזת חומרים על בסיס סידן פוספטים; חומרים שבתכונותיהם מדי יום מתעניינים החוקרים ברחבי העולם להתמקד בשיקום העצמות.

מבנה סידן פוספט

סידן פוספט במינרל הוויטלוקיט. מקור: Smokefoot, מ- Wikimedia Commons

התמונה העליונה מציגה את מבנה הפוספט הקליקו השבטי במלבנה המינרלי המוזר, שיכול להכיל מגנזיום וברזל כזיהומים.

למרות שבמבט ראשון זה אולי נראה מורכב, יש צורך להבהיר כי המודל מניח אינטראקציות קוולנטיות בין אטומי החמצן של פוספטים למרכזי המתכת של הסידן.

כמצג, זה תקף, עם זאת, האינטראקציות הן אלקטרוסטטיות; כלומר, קטיונים Ca ²⁺ נמשכים לאניוני PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ - O-PO ₃ ^3- ). מתוך מחשבה זו מובן מדוע בתמונה מוקפים הסידן (הספירות הירוקות) אטומי החמצן הטעונים לשלילה (תחומים אדומים).

מכיוון שיש כל כך הרבה יונים, זה לא משאיר סידור או תבנית סימטריים גלויים. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ מאמצת בטמפרטורות נמוכות (T <1000 מעלות צלזיוס) תא יחידה המתאים למערכת גבישית רומית-דרומית; פולימורף זה ידוע בשם β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (β-TCP, על ראשי תיבותיו באנגלית).

בטמפרטורות גבוהות, לעומת זאת, הוא הופך לפולימורף α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP), שתא היחידה שלו תואם מערכת גבישית מונוקולינית. בטמפרטורות גבוהות עוד יותר יכול להיווצר גם הפולימורף α'-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , שיש לו מבנה גבישי משושה.

סידן פוספט אמורפי

מבנים קריסטליים הוזכרו עבור סידן פוספט, שצפוי לו ממלח. עם זאת, הוא מסוגל להציג מבנים לא-סימטריים מופרדים, הקשורים יותר לסוג של "זכוכית פוספט זכוכית" מאשר לקריסטלים במובן הקפדני של הגדרתה.

כאשר זה מתרחש, נאמר כי סידן פוספט הוא בעל מבנה אמורפי (ACP, סידן פוספט אמורפי). כמה מחברים מצביעים על מבנה מסוג זה כאחראי לתכונות הביולוגיות של Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ברקמות העצם, כאשר ניתן יהיה לתקן את הבימימציה והביו-מימטיזציה שלו.

על ידי הבהרת מבנהו על ידי תהודה מגנטית גרעינית (NMR), נמצאה נוכחות של OH ^- ו- HPO ₄ ^2- ב- ACP. יונים אלה נוצרים על ידי הידרוליזה של אחד מהפוספטים:

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

כתוצאה מכך, המבנה האמיתי של ACP הופך מורכב יותר, אשר הרכב היונים שלו מיוצג על ידי הנוסחה: Ca ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _x (OH) _x . ה- 'x' מציין את דרגת ההידרציה, מכיוון שאם x = 1, הנוסחה תהיה: Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH).

המבנים השונים שיש ל- ACP תלויים ביחס המולארי Ca / P; כלומר מהכמויות היחסיות של סידן ופוספט המשנים את כל ההרכב שהתקבל.

שאר בני המשפחה

סידן פוספטים הם למעשה משפחה של תרכובות אורגניות, שבתורן יכולות ליצור אינטראקציה עם מטריקס אורגני.

הפוספטים האחרים מתקבלים "בפשטות" על ידי שינוי האנונים המלווים סידן (PO ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- ), וכן את סוג הזיהומים במוצק. לפיכך, עד אחד עשר או יותר סידן פוספטים, שלכל אחד מהם מבנה ותכונות משלו, יכולים להיות מקורם באופן טבעי או מלאכותי.

להלן כמה פוספטים והמבנים הכימיים והנוסחאות שלהם.

-סידן מימן פוספט דיאטראט, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O: מונוקליני.

-סידן דו-מימן פוספט מונוהידראט, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O: טריקלין.

-פוספט מים נטול מים, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : טריקליני.

-Octacalcium מימן פוספט (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : טריקלין. זהו מבשר בסינתזה של הידרוקסיאפטיט.

-הידרוקסיאפיטיט, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH: משושה.

תכונות פיזיקליות וכימיות

שמות

-סידן פוספט

-טריקסיום פוספט

-טיפוס סידן דיפוספט

משקל מולקולרי

310.74 גרם למול.

תיאור פיזי

זהו מוצק לבן ללא ריח.

טַעַם

חֲסַר טַעַם.

נקודת המסה

1670 מעלות צלזיוס (1391 מעלות צלזיוס).

מְסִיסוּת

מסיסים במים באופן מעשי.

-מסיס באתנול.

-מסיסים בחומצה הידרוכלורית וחומצה חנקתית.

צְפִיפוּת

3.14 גרם / ס"מ ³ .

מדד שבירה

1,629

אנטלפיה סטנדרטית של היווצרות

4126 קק"ל / מול.

טמפרטורת אחסון

2-8 מעלות צלזיוס

pH

6-8 במתלה מימית של 50 גר '/ ל סידן פוספט.

הַדְרָכָה

סידן חנקתי ואמוניום מימן פוספט

ישנן שיטות רבות שיכולות לייצר או ליצור סידן פוספט. אחד מהם מורכב מתערובת של שני מלחים, Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O, ו- (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ , מומסים בעבר באלכוהול מוחלט ומים, בהתאמה. מלח אחד מספק את הסידן, והשני את הפוספט.

מתערובת זו משקעים ה- ACP, אשר לאחר מכן הוא נתון לחימום בתנור בחום של 800 מעלות למשך שעתיים. כתוצאה מהליך זה _מתקבל β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . על ידי בקרה מדוקדקת על טמפרטורות, תסיסה וזמני מגע, יכול להיווצר היווצרות ננו-קריסטל.

כדי ליצור את הפולימורף α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ יש צורך לחמם את הפוספט מעל 1000 מעלות צלזיוס. חימום זה מתבצע בנוכחות יוני מתכת אחרים, המייצבים את הפולימורף הזה מספיק כדי שניתן יהיה להשתמש בו בטמפרטורת החדר; כלומר הוא נשאר במצב מטא יציב.

סידן הידרוקסיד וחומצה זרחתית

סידן פוספט יכול להיווצר גם על ידי ערבוב של תמיסות של סידן הידרוקסיד וחומצה זרחתית, ויצירת נטרול בסיס חומצה. לאחר חצי יום התבגרות בחומרי האם, וסינון הניתוח שלהם, שטיפה, ייבוש ומסננת מתקבלת אבקת פוספט אמורפית גרגרית, ACP.

ACP זה מגיב תוצר של טמפרטורות גבוהות, והופך לפי המשוואות הכימיות הבאות:

2Ca ₉ (HPO ₄ ) (PO ₄ ) ₅ (OH) => 2Ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0.5 (PO ₄ ) ₅ (OH) + H ₂ O (ב T = 446.60 מעלות צלזיוס)

2Ca ₉ (P ₂ O ₇ ) _0.5 (PO ₄ ) ₅ (OH) => 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 0.5H ₂ O (ב T = 748.56 ° C)

בדרך זו מתקבל β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , הפולימורף הנפוץ והיציב ביותר שלו.

יישומים

ברקמת העצם

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ הוא המרכיב האורגני העיקרי של אפר העצם. זהו מרכיב בהשתלות החלפת עצם, והדבר מוסבר על ידי הדמיון הכימי שלו עם המינרלים הקיימים בעצם.

חומרים ביו-חומרים מסידן פוספט משמשים לתיקון פגמים בעצמות ובציפוי של תותבות מתכות טיטניום. סידן פוספט מופקד עליהם, מבודד אותם מהסביבה ומאט את תהליך קורוזיה הטיטניום.

סידן פוספטים, כולל Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ , משמשים לייצור חומרים קרמיים. חומרים אלה ניתנים לתאום ביולוגי ומשמשים כיום להשבת אובדן עצם alveolar כתוצאה ממחלת חניכיים, זיהומים אנדודונטיים ומצבים אחרים.

עם זאת, יש להשתמש בהם רק כדי להאיץ את תיקון העצם הפריאפלית, באזורים בהם אין זיהום חיידקי כרוני.

ניתן להשתמש בסידן פוספט לתיקון מומים בעצמות כאשר לא ניתן להשתמש בהשתלת עצם אוטוגנית. ניתן להשתמש בו לבד או בשילוב עם פולימר מתכלה וספיגה, כמו חומצה פוליגליקולית.

מלטים ביו-קרמיים

מלט סידן פוספט (CPC) הוא ביו-קרמיקה נוסף המשמש לתיקון רקמות העצם. זה נעשה על ידי ערבוב אבקה מסוגים שונים של סידן פוספטים במים, ויצירת משחה. ניתן להזריק את העיסה או להתאים אותה למום העצם או לחלל.

מלטים מעוצבים, חוזרים בהדרגה ומחליפים עצם שהוקמה לאחרונה.

רופאים

-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ הוא מלח בסיסי, וזו הסיבה שהוא משמש כחומר נוגד חומצה לנטרול עודף חומצת הקיבה ולהעלאת החומציות. במשחות שיניים הוא מספק מקור לסידן ופוספט כדי להקל על תהליך הזכרת השיניים והמוסטאז העצם.

זה משמש גם כתוסף תזונה, אם כי הדרך הזולה ביותר לספק סידן היא באמצעות הפחמן והציטרט שלו.

ניתן להשתמש בסידן פוספט לטיפול בטטני, היפוקלקסמיה סמויה וטיפול בתחזוקה. כמו כן, הוא מועיל בתוסף סידן במהלך ההיריון וההנקה.

הוא משמש לטיפול בזיהום ברדיו איזוטופים רדיואקטיביים (Ra-226) וסטרונציום (Sr-90). סידן פוספט חוסם את ספיגת האיזוטופים הרדיואקטיביים בדרכי העיכול ובכך מגביל את הנזק שנגרם על ידיהם.

אחרים

סידן פוספט משמש כמזון לציפורים. בנוסף, הוא משמש במשחות שיניים לשליטה על אבנית.

-משמש כחומר אנטי-עוגת, למשל כדי למנוע מלח מלח שולחני.

-זה עובד כחומר הלבנת קמח. בינתיים, בשומן, הוא מונע צבע לא רצוי ומשפר את מצב הטיגון.

הפניות

1. Tung MS (1998) סידן פוספטים: מבנה, הרכב, מסיסות ויציבות. בתוך: אמג'ד ז. (עורכים) פוספטים סידן במערכות ביולוגיות ותעשייתיות. שפרינגר, בוסטון, מ.א.
2. לנגלנג ליו, יאנזנג וו, צ'או שו, סוכון יו, שיאופי וו, והונגליאן דאי. (2018). "סינתזה, אפיון נפטא-ß-Tricalcium פוספט והעכבה לתאי קרצינומה הפטוציולולרית", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, תעודת זהות 7083416, 7 עמודים, 2018.
3. קומבים, כריסטוס וריי, כריסטיאן. (2010). זרחן סידן אמורפי: סינתזה, תכונות ושימושים בחומרים ביו-חומרים. Acta Biomaterialia, כרך א ' 6 (n ° 9). עמ. 3362-3378. ISSN 1742-7061
4. ויקיפדיה. (2019). טריקסיום פוספט. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. עבידה ואח '. (2017). אבקת טריקסיום פוספט: יכולות הכנה, אפיון ודחיסה. כתב העת הים תיכוני לכימיה 2017, 6 (3), 71-76.
6. PubChem. (2019). סידן פוספט. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. אלזביאר. (2019). סידן פוספט. מדע ישיר. התאושש מ: sciencedirect.com