Fosfato de cálcio (Ca3 (PO4) 2): estrutura, propriedades e usos

O fosfato de cálcio é um sal inorgânico e terciária cuja fórmula química é Ca 3 (PO 4 ) 2 . A fórmula afirma que a composição deste sal é 3: 2 para cálcio e fosfato, respectivamente. Isso pode ser visto diretamente na imagem abaixo, onde o cátion Ca 2+ e o ânion PO 4 3- são mostrados . Para cada três Ca 2+, existem dois PO 4 3- interagindo com eles.

Por outro lado, fosfato de cálcio refere-se a uma série de sais que variam dependendo da razão Ca / P, bem como o grau de hidratação e pH. De fato, existem muitos tipos de fosfatos de cálcio que existem e podem ser sintetizados. No entanto, após a nomenclatura da letra, o fosfato de cálcio refere-se apenas ao tricálcio, o mencionado acima.

Fosfato de cálcio (Ca3 (PO4) 2): estrutura, propriedades e usos 1

Proporção e íons em fosfato tricálcico. Fonte: RicHard-59 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Todos os fosfatos de cálcio, incluindo Ca 3 (PO 4 ) 2 , são sólidos brancos com leves tons de cinza. Eles podem ser granulares, finos, cristalinos e ter tamanhos de partículas em torno de micrômetros; e até nanopartículas desses fosfatos foram preparadas, com as quais os materiais ósseos biocompatíveis são projetados.

Essa biocompatibilidade se deve ao fato de que esses sais são encontrados nos dentes e, em suma, nos tecidos ósseos dos mamíferos . Por exemplo, a hidroxiapatita é um fosfato de cálcio cristalino, que por sua vez interage com uma fase amorfa do mesmo sal.

Isto significa que existem fosfatos de cálcio amorfos e cristalinos. Por esse motivo, não surpreende a diversidade e as múltiplas opções ao sintetizar materiais à base de fosfatos de cálcio; Materiais cujas propriedades estão cada vez mais interessadas em pesquisadores do mundo todo em se concentrar na restauração óssea.

Estrutura de fosfato de cálcio

Fosfato de cálcio (Ca3 (PO4) 2): estrutura, propriedades e usos 2

Fosfato de cálcio no mineral whitlockite. Fonte: Smokefoot [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

A figura acima mostra a estrutura do fosfato de cálcio tribásico no estranho mineral Whitita, que pode conter magnésio e ferro como impurezas.

Embora à primeira vista possa parecer complexo, é necessário esclarecer que o modelo assume interações covalentes entre os átomos de oxigênio dos fosfatos e os centros dos metais do cálcio.

Por meio de representação, é válido, no entanto, as interações são eletrostáticas; isto é catiões Ca 2+ são atraídos aniões PO 4 3- (Ca 2+ – O-PO 3 3- ). Com isso em mente, entende-se por que na imagem o cálcio (esferas verdes) é circundado por átomos de oxigênio com carga negativa (esferas vermelhas).

Com tantos íons, não deixa visível um arranjo simétrico ou padrão. Ca 3 (PO 4 ) 2 adota a baixas temperaturas (T <1000 ° C) uma célula unitária correspondente a um sistema cristalino romboédrico; Este polimorfo é conhecido como β-Ca 3 (PO 4 ) 2 (β-TCP).

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Em altas temperaturas, por outro lado, é transformado no polimorfo α-Ca 3 (PO 4 ) 2 (α-TCP), cuja célula unitária corresponde a um sistema cristalino monoclinico. A temperaturas ainda mais elevadas também podem formar o polimorfo α’-Ca 3 (PO 4 ) 2 , que é a estrutura cristalina hexagonal.

Fosfato de cálcio amorfo

Estruturas cristalinas foram mencionadas para o fosfato de cálcio, o que é esperado de um sal. No entanto, é capaz de exibir estruturas desordenadas e assimétricas, ligadas mais a um tipo de “vidro de fosfato de cálcio” do que o de cristais no sentido estrito de sua definição.

Quando isso ocorre, é dito que o fosfato de cálcio possui uma estrutura amorfa (ACP, fosfato de cálcio amorfo ). Vários autores apontam esse tipo de estrutura como responsável pelas propriedades biológicas do Ca 3 (PO 4 ) 2 nos tecidos ósseos, sendo possíveis reparos e biomimetização.

Ao elucidar sua estrutura por ressonância magnética nuclear (RMN), a presença de íons OH e HPO 4 2- foi encontrada nos ACP. Estes íons são formados como resultado da hidrólise de um dos fosfatos:

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

Como resultado, a estrutura verdadeira do ACP se torna mais complexa, cuja composição de seus íons é representada pela fórmula: Ca 9 (PO 4 ) 6-x (HPO 4 ) x (OH) x . O ‘x’ indica o grau de hidratação, pois se x = 1, a fórmula permaneceria como: Ca 9 (PO 4 ) 5 (HPO 4 ) (OH).

As diferentes estruturas que o ACP pode ter dependem das razões molares Ca / P; isto é, das quantidades relativas de cálcio e fosfato, que alteram toda a sua composição resultante.

O resto da família

Os fosfatos de cálcio são de fato uma família de compostos inorgânicos que, por sua vez, podem interagir com uma matriz orgânica.

Outros fosfatos são obtidos “apenas” mudança aniões que acompanham o cálcio (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 , OH ), como o tipo de impurezas presentes no sólido. Assim, até onze fosfatos de cálcio ou mais, cada um com sua própria estrutura e propriedades, podem se originar natural ou artificialmente.

Alguns fosfatos e suas respectivas estruturas e fórmulas químicas serão mencionados abaixo:

-Hidrogio fosfato de cálcio di-hidratado, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monoclínica.

-Dihidrógeno mono-hidrato de fosfato de cálcio, Ca (H 2 PO 4 ) 2 ∙ H 2 O: triclínico.

anidro fosfato diácido, Ca (H 2 PO 4 ) 2 : triclínico.

-Hidrogio octacálcico fosfato (OCP sua sigla), Ca 8 H 2 (PO 4 ) 6 : triclínico. É um precursor na síntese de hidroxiapatita.

-Hidroxiapatita, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH: hexagonal.

Propriedades físicas e químicas

Nomes

-Fosfato de cálcio

-Fosfato tricálcico

-Fosfato tricálcico

Peso molecular

310,74 g / mol.

Descrição física

É um banheiro sólido branco.

Sabor

Insípido

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Ponto de fusão

1670 ºK (1391 ° C).

Solubilidade

-Praticamente insolúvel em água.

-Insolúvel em etanol.

-Solúvel em ácido clorídrico diluído e ácido nítrico.

Densidade

3,14 g / cm 3 .

Índice de refração

1.629

Entalpia padrão de treinamento

4126 kcal / mol.

Temperatura de armazenamento

2-8 ° C.

pH

6-8 em uma suspensão aquosa de 50 g / L de fosfato de cálcio.

Treinamento

Nitrato de cálcio e fosfato de hidrogênio amônio

Existem numerosos métodos para produzir ou formar fosfato de cálcio. Um deles consiste em uma mistura de dois sais, Ca (NO 3 ) 2 ∙ 4H 2 O e (NH 4 ) 2 HPO 4 , previamente dissolvidos em álcool absoluto e água, respectivamente. Um sal fornece cálcio e o outro fosfato.

A partir dessa mistura, o ACP precipita, que é então submetido a aquecimento em um forno a 800 ° C e por 2 horas. Como resultado deste procedimento, é obtido o β-Ca 3 (PO 4 ) 2 . Ao controlar cuidadosamente as temperaturas, a agitação e os tempos de contato, pode ocorrer a formação de nanocristais.

Para formar o polimorfo α-Ca 3 (PO 4 ) 2, é necessário aquecer o fosfato acima de 1000 ° C. Esse aquecimento é realizado na presença de outros íons metálicos, que estabilizam esse polimorfo suficientemente para que possa ser usado à temperatura ambiente; isto é, permanece em um estado meta estável.

Hidróxido de cálcio e ácido fosfórico

O fosfato de cálcio também pode ser formado misturando as soluções de hidróxido de cálcio e ácido fosfórico, ocorrendo a neutralização ácido-base. Após meio dia de maturação nos licores mãe, e de sua adequada filtração, lavagem, secagem e peneiração, um pó granular de fosfato amorfo, é obtido o ACP.

Este ACP reage ao produto a altas temperaturas, transformando-se de acordo com as seguintes equações químicas:

2ca 9 (HPO 4 ) (PO 4 ) 5 (OH) => 2ca 9 (P 2 O 7 ) 0,5 (PO 4 ) 5 (OH) + H 2 O (a T = 446,60 ° C)

2Ca 9 (P 2 O 7 ) 0,5 (PO 4 ) 5 (OH) => 3Ca 3 (PO 4 ) 2 + 0,5H 2 O (a T = 748,56 ° C)

Dessa maneira, é obtido o β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , seu polimorfo mais comum e estável.

Usos

No tecido ósseo

Ca 3 (PO 4 ) 2 é o principal constituinte inorgânico das cinzas ósseas. É um componente dos transplantes de substituição óssea, explicado por sua similaridade química com os minerais presentes no osso.

Os biomateriais de fosfato de cálcio são utilizados para corrigir defeitos ósseos e no revestimento de próteses metálicas de titânio. O fosfato de cálcio é depositado sobre eles, isolando-os do meio ambiente e retardando o processo de corrosão do titânio.

Os fosfatos de cálcio, incluindo Ca 3 (PO 4 ) 2 , são utilizados na fabricação de materiais cerâmicos. Esses materiais são biocompatíveis e atualmente são utilizados para restaurar a perda óssea alveolar, resultante de doença periodontal, infecções endodônticas e outras condições.

No entanto, eles devem ser usados ​​apenas para acelerar o reparo ósseo periapical, em áreas onde não há infecção bacteriana crônica.

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O fosfato de cálcio pode ser usado para reparar defeitos ósseos, quando não é possível usar um enxerto ósseo autógeno. É possível usá-lo sozinho ou em combinação com um polímero biodegradável e reabsorvível, como o ácido poliglicólico.

Cimentos Biocerâmicos

O cimento de fosfato de cálcio (CPC) é outra biocerâmica usada no reparo do tecido ósseo. É feito misturando o pó de diferentes tipos de fosfatos de cálcio com água, formando uma pasta. A pasta pode ser injetada ou ajustada ao defeito ou cavidade óssea.

Os cimentos são moldados, reabsorvidos gradualmente e substituídos pelo osso recém-formado.

Médicos

-O Ca 3 (PO 4 ) 2 é um sal básico, que é utilizado como antiácido para neutralizar o excesso de azia e o aumento do pH. Em cremes dentais, fornece uma fonte de cálcio e fosfato para facilitar o processo de remineralização dos dentes e hemostasia óssea.

-É também usado como suplemento nutricional, embora a maneira mais econômica de fornecer cálcio seja através do uso de carbonato e citrato.

-Fosfato de cálcio pode ser usado no tratamento de tetania, hipocalcemia latente e terapia de manutenção. Além disso, é útil na suplementação de cálcio durante a gravidez e lactação.

-É utilizado no tratamento de uma contaminação com isótopos radioativos de rádio (Ra-226) e estrôncio (Sr-90). O fosfato de cálcio bloqueia a absorção de isótopos radioativos no trato digestivo, limitando assim os danos causados ​​por eles.

Outros

-Fosfato de cálcio é usado como alimento para aves. Além disso, é usado em cremes dentais no controle do tártaro.

-É utilizado como agente antiaglomerante, por exemplo, para impedir a compactação do sal de mesa.

-Funciona como um agente branqueador de farinha. Enquanto isso, a banha impede a coloração indesejada e melhora a condição da fritura.

Referências

  1. Tung MS (1998) Fosfatos de cálcio: Estrutura, Composição, Solubilidade e Estabilidade. In: Amjad Z. (eds) Fosfatos de cálcio em sistemas biológicos e industriais. Springer, Boston, MA.
  2. Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu e Honglian Dai. (2018). “Síntese, caracterização do fosfato de nano-β-tricálcico e a inibição em células de carcinoma hepatocelular”, Journal of Nanomaterials, vol. 2018, ID do artigo 7083416, 7 páginas, 2018.
  3. Pentes, Cristo e Rey, Cristão. (2010). Fosfatos de cálcio amorfos: síntese, propriedades e usos em biomateriais. Acta Biomaterialia, vol. 6 (n ° 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
  4. Wikipedia (2019). Fosfato tricálcico. Recuperado de: en.wikipedia.org
  5. Abida et al. (2017). Pó de fosfato tricálcico: habilidades de preparação, caracterização e compactação. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
  6. PubChem (2019). Fosfato de cálcio. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  7. Elsevier (2019). Fosfato de cálcio. Science Direct Recuperado de: sciencedirect.com

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