Φωσφορικό ασβέστιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Φωσφορικό ασβέστιο
Φωσφορικό ασβέστιο
Ονόματα
Ονοματολογία IUPAC
Διφωσφορικό τριασβέστιο
Άλλα ονόματα
Φωσφορικό τριασβέστιο
Τριβασικό φωσφορικό ασβέστιο
Ορθοφωσφορικό ασβέστιο
Αναγνωριστικά
7758-87-4 YesY
ChEBI CHEBI:9679 YesY
ChemSpider 22864 YesY
Jmol 3Δ Πρότυπο Image
PubChem 516943
UNII K4C08XP666 YesY
Ιδιότητες
Ca3O8P2
Μοριακή μάζα 310,17 g·mol−1
Εμφάνιση Λευκή άμορφη σκόνη
Πυκνότητα 3,14 g/cm3
Σημείο τήξης Υγροποιείται κάτω από υψηλή πίεση στους 1670 K (1391 °C)
Διαλυτότητα στο νερό 0,002 g/100 g
Θερμοχημεία
-4126 kcal/mol (α-form)[1]
Φαρμακολογία
Κωδικοί ATC A12AA01
Κίνδυνοι
Σημείο ανάφλεξης Μη αναφλέξιμο
Σχετικές ενώσεις
Πυροφωσφορικό ασβέστιο
Φωσφορικό μαγνήσιο
Φωσφορικό νάτριο
Φωσφορικό κάλιο
Σχετικές ενώσεις
Φωσφορικό μονοασβέστιο
Φωσφορικό διασβέστιο
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).
 YesY (verify) Τι είναι YesY/N?)
Infobox references

Το φωσφορικό ασβέστιο (Tricalcium phosphate ή και TCP) είναι ένα άλας του ασβεστίου του φωσφορικού οξέος με χημικό τύπο Ca3(PO4)2. Είναι επίσης γνωστό ως τριβασικό φωσφορικό ασβέστιο (tribasic calcium phosphate). Το φωσφορικό ασβέστιο είναι ένα από τα κύρια προϊόντα καύσης των οστών. Το φωσφορικό ασβέστιο παρασκευάζεται συνήθως από ανόργανες πηγές όπως ορυκτά πετρώματα.[2]

Έχει τρία κρυσταλλικά πολύμορφα α, α' και β. Οι καταστάσεις α και α' σχηματίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Ως πέτρωμα βρίσκεται στον γουιτλοκίτη (Whitlockite).

Ορολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο όρος φωσφορικό ασβέστιο αναφέρεται σε ορυκτά που περιέχουν ιόντα ασβεστίου (Ca2+) μαζί με ορθοφωσφορικά (PO43−), μεταφωσφορικά ή πυροφωσφορικά (P2O74−) ιόντα και περιστασιακά ιόντα υδρογόνου ή υδροξειδίου. Ειδικότερα, το συνηθισμένο ορυκτό απατίτης έχει τύπο Ca5(PO4)3X, όπου το X είναι F, Cl, OH, ή μείγμα· είναι ο υδροξυαπατίτης αν το πρόσθετο ιόν είναι κυρίως υδροξείδιο. Το περισσότερο "φωσφορικό τριασβέστιο" στην αγορά είναι κονιοποιημένος υδροξυαπατίτης.

Παρασκευή του καθαρού Ca3(PO4)2[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πιστεύεται, γενικά, ότι το φωσφορικό τριασβέστιο δεν μπορεί να καταβυθιστεί άμεσα από υδατικό διάλυμα. Συνήθως, μια αντίδραση διπλής αποσύνθεσης που περιλαμβάνει ένα διαλυτά φωσφορικά άλατα και άλατα του ασβεστίου (e.g. (NH4)2HPO4 + Ca(NO3)2)[3] εκτελείται κάτω από προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες pH. Το ίζημα θα είναι ή "άμορφο φωσφορικό ασβέστιο", ATCP, ή υδροξυαπατίτης ελλιπής ασβεστίου (calcium deficient hydroxyapatite), CDHA, Ca9(HPO4)(PO4)5(OH), (σημειώστε ότι μερικές φορές το CDHA ορίζεται ως απατιτικό τριφωσφορικό ασβέστιο (apatitic calcium triphosphate)).[3][4][5] Το κρυσταλλικό φωσφορικό τριασβέστιο μπορεί να ληφθεί με πύρωση του ιζήματος. Το β-Ca3(PO4)2 σχηματίζεται γενικά. Υψηλότερες θερμοκρασίες απαιτούνται για την παραγωγή α-Ca3(PO4)2.

Μια εναλλακτική για μια υγρή μέθοδο είναι η θέρμανση ενός ξηρού μείγματος φωσφορικού ασβεστίου και ανθρακικού ασβεστίου που έχει μια γενική αναλογία Ca/P 3:2, παραδείγματος χάρη:[4]

CaCO3 + Ca2P2O7 → Ca3(PO4)2 + CO2

Κρυσταλλική δομή των πολύμορφων β-, α- και α'- του Ca3(PO4)2[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το φωσφορικό ασβέστιο έχει τρία γνωστά πολύμορφα, τη ρομβοεδρική β- μορφή και δύο μορφές σε υψηλή θερμοκρασία, το μονοκλινές α- και το εξαγωνικό α'-. Το β-φωσφορικό τριασβέστιο έχει κρυσταλλογραφική πυκνότητα 3,066 g cm−3, ενώ οι μορφές σε υψηλές θερμοκρασίες είναι λιγότερο πυκνές, το α-φωσφορικό τριασβέστιο έχει πυκνότητα 2,866 g cm−3 και το α'-φωσφορικό τριασβέστιο έχει πυκνότητα 2,702 g cm−3. Όλα έχουν σύνθετες δομές και έχουν περιγράφει ότι περιέχουν "στήλες" κατιόντων και ανιόντων. Η β-μορφή έχει δύο τύπους στηλών, που η καθεμιά της περιέχει ιόντα ασβεστίου και φωσφορικά. Κάθε μορφή υψηλής θερμοκρασίας έχει δύο τύπους στηλών, η μία περιέχει μόνο ιόντα ασβεστίου και η άλλη και ιόντα ασβεστίου και φωσφορικά.[6]

Υπάρχουν διαφορές στις χημικές και βιολογικές ιδιότητες μεταξύ των μορφών άλφα και βήτα, η μορφή α- είναι πιο διαλυτή και βιοδιασπάσιμη. Και οι δύο μορφές είναι διαθέσιμες εμπορικά και εμφανίζονται σε διαμορφώσεις που χρησιμοποιούνται σε ιατρικές και οδοντιατρικές εφαρμογές.[6]

Προέλευση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το φωσφορικό τριασβέστιο εμφανίζεται στη φύση σε πολλές μορφές, μεταξύ των οποίων:

  • ως πέτρωμα στο Μαρόκο, Ισραήλ, Φιλιππίνες, Αίγυπτο και στην Χερσόνησο Κόλα στη Ρωσία και σε πιο μικρές ποσότητες σε άλλες χώρες. Η φυσική μορφή δεν είναι πλήρως καθαρή και υπάρχουν κάποια άλλα συστατικά όπως η άμμος και ο ασβέστης που μπορούν να αλλάξουν τη σύσταση. Όσον αφορά το P2O5, τα περισσότερα πετρώματα φωσφορικού ασβεστίου έχουν περιεκτικότητα 30% με 40% P2O5 κατά βάρος.
  • στους σκελετούς και τα δόντια των σπονδυλωτών.
  • στο γάλα.

Διφασικό φωσφορικό τριασβέστιο, BCP[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το διφασικό φωσφορικό τριασβέστιο, BCP, αρχικά αναφερόταν ως φωσφορικό τριασβέστιο, αλλά οι τεχνικές με περίθλαση ακτίνων Χ έδειξαν ότι το υλικό ήταν ένα μείγμα δύο φάσεων, υδροξυαπατίτη, HA και β-φωσφορικού τριασβεστίου.[7] Είναι ένα κεραμικό.[8] Η παρασκευή περιλαμβάνει τη φρύξη προκαλώντας τη μη αναστρέψιμη αποσύνθεση των απατιτών ελλιπούς ασβεστίου,[4] που εναλλακτικά ονομάζονται μη στοιχειομετρικοί απατίτες ή βασικό φωσφορικό ασβέστιο,[9] παραδείγματος χάρη:[10]

Ca10-δ(PO4)6-δ(HPO4)δ(OH)2-δ → (1-δ)Ca10(PO4)6(OH)2 + 3δCa3(PO4)2

Το β-TCP μπορεί να περιέχει ακαθαρσίες, παραδείγματος χάρη πυροφωσφορικό ασβέστιο, CaP2O7 και απατίτη. Το β-TCP είναι βιοαπορροφήσιμο. Η βιοαποικοδόμηση του BCP περιλαμβάνει πιο γρήγορη διάλυση της φάσης του β-TCP που ακολουθείται από απάλειψη των κρυστάλλων HA. Το β-TCP δεν διαλύεται στα σωματικά υγρά σε φυσιολογικά επίπεδα pH, η διάλυση απαιτεί κυτταρική ενεργότητα που παράγει όξινο pH.[4]

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το φωσφορικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στα κονιοποιημένα μπαχαρικά ως αντισυσσωματικό μέσο. Βρίσκεται, επίσης, και σε βρεφικές πούδρες.

Το φωσφορικό ασβέστιο είναι μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή του φωσφορικού οξέος και λιπασμάτων, παραδείγματος χάρη στη νιτροφωσφορική μέθοδο. Η ποιότητα και η ποσότητα των ορυκτών φωσφορικών περιγράφεται, συχνά, ως ποσοστό BPL (bone phosphate of lime), όπου 1% BPL ισοδυναμεί με 0,458% P2O5.[11]

Το φωσφορικό ασβέστιο είναι διογκωτικό μέσο, το πρόσθετο των τροφίμων E341. Ως ορυκτό άλας που βρίσκεται σε πετρώματα και οστά, χρησιμοποιείται σε προϊόντα τυριού.

Χρησιμοποιείται, επίσης, ως διατροφικό συμπλήρωμα[12] και εμφανίζεται φυσιολογικά στο γάλα των αγελάδων, αν και οι πιο συνηθισμένες και οικονομικές μορφές για συμπληρώματα είναι το ανθρακικό ασβέστιο (που πρέπει να παίρνεται με την τροφή) και το κιτρικό ασβέστιο (που μπορεί να ληφθεί χωρίς τροφή).[13] Υπάρχουν διαφωνίες ως προς τη διαφορετική βιοδιαθεσιμότητα των αλάτων του ασβεστίου.

Χρησιμοποιείται, συνήθως, σε σκόνες πορσελάνης και δοντιών και ιατρικά ως αντιόξινο ή συμπλήρωμα ασβεστίου.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο ιστού για για την αποκατάσταση οστέινων ελαττωμάτων όταν αυτογενή οστικά μοσχεύματα δεν είναι εφικτά.[14][15][16] Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του ή σε συνδυασμό με βιοδιασπάσιμα, απορροφήσιμα πολυμερή όπως το γλυκολικό οξύ.[17] Μπορεί, επίσης, να συνδυαστεί με αυτόλογα υλικά ως οστικό μόσχευμα.[18][19]

Πορώδη ικριώματα β-φωσφορικού τριασβέστιου χρησιμοποιούνται ως συστήματα φορέων φαρμάκων για τοπική μεταφορά φαρμάκων στο οστό.[20]

Μια άλλη πρακτική εφαρμογή της ένωσης είναι η χρήση της στη γονιδιακή επιμόλυνση. Τα ιόντα ασβεστίου μπορούν να κάνουν ένα κύτταρο επαρκές ώστε να επιτρέψει εξωγενή γονίδια να εισέλθουν στο κύτταρο με διάχυση. Ένα θερμικό πλήγμα κατόπιν προκαλείται στο κύτταρο ώστε να αυτοεπιδιορθωθεί. Αυτή είναι μια γρήγορη και εύκολη μέθοδος για επιμόλυνση, αν και μια μάλλον ανεπαρκής μέθοδος.

Το φωσφορικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στην αφαίρεση φθορίου από το νερό σε συστήματα διήθησης νερού.[21]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company, σελ. A21. ISBN 0-618-94690-X. 
  2. Yacoubou, Jeanne, MS. Vegetarian Journal's Guide To Food Ingredients "Guide to Food Ingredients". The Vegetarian Resource Group, n.d. Web. 14 Sept. 2012.
  3. 3,0 3,1 Destainville, A., Champion, E., Bernache-Assollant, D., Laborde, E. (2003). «Synthesis, characterization and thermal behavior of apatitic tricalcium phosphate». Materials Chemistry and Physics 80 (1): 269–277. doi:10.1016/S0254-0584(02)00466-2. ISSN 1742-7061. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0254058402004662.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Rey, C.. Combes, C.. Drouet, C.. Grossin, D. (2011). «1.111 - Bioactive Ceramics: Physical Chemistry». Στο: Ducheyne, Paul, επιμ. Comprehensive Biomaterials. 1. Elsevier, σελ. 187–281. doi:10.1016/B978-0-08-055294-1.00178-1. ISBN 978-0-08-055294-1. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080552941000234.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  5. Dorozhkin, Sergey V. (December 2012). «Amorphous calcium (ortho)phosphates». Acta Biomaterialia 6 (12): 4457–4475. doi:10.1016/j.actbio.2010.06.031. ISSN 1742-7061. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706110002977.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  6. 6,0 6,1 Carrodeguas, R.G.; De Aza, S. (2011). «α-Tricalcium phosphate: Synthesis, properties and biomedical applications». Acta Biomaterialia 7 (10): 3536–3546. doi:10.1016/j.actbio.2011.06.019. ISSN 1742-7061. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174270611100256X.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  7. Daculsi, G.. Legeros, R. (2008). «17 - Tricalcium phosphate/hydroxyapatite biphasic ceramics». Στο: Kokubo, Tadashi, επιμ. Bioceramics and their Clinical Applications. Woodhead Publishing, σελ. 395–423. doi:10.1533/9781845694227.2.395. ISBN 978-1-84569-204-9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978184569204950017X.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  8. Salinas, Antonio J.; Vallet-Regi, Maria (2013). «Bioactive ceramics: from bone grafts to tissue engineering». RSC Advances (Royal Society of Chemistry) 3 (28): 11116–11131. doi:10.1039/C3RA00166K. http://dx.doi.org/10.1039/C3RA00166K. Ανακτήθηκε στις 15 February 2015. 
  9. Elliott, J.C. (1994). «3 - Hydroxyapatite and Nonstoichiometric Apatites». Studies in Inorganic Chemistry. 18. Elsevier, σελ. 111–189. doi:10.1016/B978-0-444-81582-8.50008-0. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444815828500080. Ανακτήθηκε στις 15 February 2015.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  10. Vallet-Regí, M.;Rodríguez-Lorenzo, L.M. (November 1997). «Synthesis and characterisation of calcium deficient apatite». Solid State Ionics 101–103, Part 2: 1279–1285. doi:10.1016/S0167-2738(97)00213-0. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273897002130.  Πρότυπο:Subscription or libraries
  11. Ober, JA, Phosphate Rock: U.S. Geological Survey Mineral Information, http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/540496.pdf 
  12. «Calcium-enriched foods and bone mass growth in prepubertal girls: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial». J. Clin. Invest. 99 (6): 1287–94. March 1997. doi:10.1172/JCI119287. PMID 9077538. 
  13. Straub DA (June 2007). «Calcium supplementation in clinical practice: a review of forms, doses, and indications». Nutr Clin Pract 22 (3): 286–96. doi:10.1177/0115426507022003286. PMID 17507729. http://ncp.sagepub.com/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=17507729. 
  14. «Major bone defect treatment with an osteoconductive bone substitute». Musculoskelet Surg 93 (2): 89–96. September 2009. doi:10.1007/s12306-009-0028-0. PMID 19711008. 
  15. «The evaluation of a biphasic calcium phosphate ceramic for use in grafting long-bone diaphyseal defects». Journal of Orthopaedic Research 5 (3): 356–65. 1987. doi:10.1002/jor.1100050307. PMID 3040949. 
  16. «Granular tricalcium phosphate in large cancellous defects». Annals of Clinical and Laboratory Science 16 (6): 467–72. 1986. PMID 3541772. 
  17. «A biodegradable porous composite scaffold of PGA/beta-TCP for bone tissue engineering». Bone 46 (2): 386–95. September 2009. doi:10.1016/j.bone.2009.09.031. PMID 19800045. 
  18. «Potential of an ultraporous beta-tricalcium phosphate synthetic cancellous bone void filler and bone marrow aspirate composite graft». European Spine Journal 10 Suppl 2: S141–6. October 2001. doi:10.1007/s005860100287. PMID 11716011. 
  19. «Evaluation of hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate mixed with bone marrow aspirate as a bone graft substitute for posterolateral spinal fusion». Indian Journal of Orthopaedics 43 (3): 234–9. July 2009. doi:10.4103/0019-5413.49387. PMID 19838344. 
  20. Kundu, B; Lemos A; Soundrapandian C; Sen PS; Datta S; Ferreira JMF; Basu D (2010). «Development of porous HAp and β-TCP scaffolds by starch consolidation with foaming method and drug-chitosan bilayered scaffold based drug delivery system». J Mater. Sci. Mater. Med. 21 (11): 2955–69. doi:10.1007/s10856-010-4127-0. PMID 20644982. http://www.springerlink.com/content/92659025267n6482/. 
  21. He, GL, Assessment of Fluoride Removal From Drinking Water by Calcium Phosphate Systems, http://www.fluorideresearch.org/294/files/FJ1996_v29_n4_p212-216.pdf.pdf