Fosfato de cálcio (Ca3 (PO4) 2): estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o fosfato de cálcio é um sal inorgânico e terciário cuja fórmula química é Ca3(PO4)2. A fórmula afirma que a composição desse sal é de 3: 2 para o cálcio e o fosfato, respectivamente. Isso pode ser visto diretamente na imagem abaixo, onde o cátion Ca é mostrado.2+ e o ânion PO43-. Para cada três Ca2+ existem dois PO43- interagindo com eles.

Já o fosfato de cálcio se refere a uma série de sais que variam em função da relação Ca / P, bem como do grau de hidratação e do pH. Na verdade, existem muitos tipos de fosfatos de cálcio que podem ser sintetizados. Porém, seguindo a nomenclatura ao pé da letra, fosfato de cálcio refere-se apenas ao tricálcio, aquele já citado.

Todos os fosfatos de cálcio, incluindo Ca3(PO4)2, são brancos sólidos com leves tons acinzentados. Eles podem ser granulares, finos, cristalinos e ter tamanhos de partícula em torno de mícrons; e até nanopartículas desses fosfatos foram preparadas, com as quais são projetados materiais biocompatíveis para os ossos.


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

Isso significa que existem fosfatos de cálcio amorfos e cristalinos. Por isso, não é surpreendente a diversidade e múltiplas opções na hora de sintetizar materiais à base de fosfatos de cálcio; materiais em cujas propriedades a cada dia os pesquisadores estão mais interessados ​​em se concentrar na restauração de ossos.

Estrutura do fosfato de cálcio

A imagem superior mostra a estrutura do fosfato de chita tribásica no estranho mineral whitlockita, 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 metálicos do cálcio.

Como representação, é válido, entretanto, as interações são eletrostáticas; ou seja, os cátions Ca2+ são atraídos por ânions PO43- (AC2+- O-PO33-) Com isso em mente, entende-se por que na imagem o cálcio (esferas verdes) são circundados pelos átomos de oxigênio carregados negativamente (esferas vermelhas).

Como existem tantos íons, não deixa um arranjo ou padrão simétrico visível. O CA3(PO4)2 adota a baixas temperaturas (T <1000 ° C) uma célula unitária correspondente a um sistema cristalino romboédrico; este polimorfo é conhecido pelo nome de β-Ca3(PO4)2 (β-TCP, por sua sigla em inglês).

Em altas temperaturas, por outro lado, ele se transforma no polimorfo α-Ca3(PO4)2 (α-TCP), cuja célula unitária corresponde a um sistema cristalino monoclínico. Em temperaturas ainda mais altas, o polimorfo α'-Ca também pode se formar.3(PO4)2, que tem uma estrutura cristalina hexagonal.


Fosfato de cálcio amorfo

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

Quando isso ocorre, o fosfato de cálcio é dito ter uma estrutura amorfa (ACP, fosfato de cálcio amorfo) Vários autores apontam este tipo de estrutura como responsável pelas propriedades biológicas do Ca3(PO4)2 nos tecidos ósseos, sendo possível seu reparo e biomimetização.

Através da elucidação de sua estrutura por ressonância magnética nuclear (NMR), constatou-se a presença de íons OH– e HPO42- no ACP. Esses íons são formados pela hidrólise de um dos fosfatos:

PO43- + H2OU <=> HPO42- + OH–

Como resultado, a verdadeira estrutura do ACP torna-se mais complexa, cuja composição de seus íons é representada pela fórmula: Ca9(PO4)6-x(HPO4)x(OH)x. O 'x' indica o grau de hidratação, pois se x = 1, a fórmula seria a seguinte: Ca9(PO4)5(HPO4) (OH).

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

O resto da familia

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

Os outros fosfatos são obtidos "simplesmente" alterando os ânions que acompanham o cálcio (PO43-, HPO42-, H2PO4–, OH–), bem como o tipo de impurezas no sólido. Assim, até onze ou mais fosfatos de cálcio, cada um com sua própria estrutura e propriedades, podem ser originados natural ou artificialmente.

Alguns fosfatos e suas respectivas estruturas químicas e fórmulas serão mencionados a seguir:

- Hidrogenofosfato de cálcio di-hidratado, CaHPO4∙ 2H2Ou: monoclínico.

-Cálcio dihidrogenofosfato monohidratado, Ca (H2PO4)2∙ H2Ou: triclínico.

-Fosfato diácido anidro, Ca (H2PO4)2: triclínico.

-Fosfato de hidrogênio octacálcio (OCP), Ca8H2(PO4)6: triclínico. É um precursor na síntese da hidroxiapatita.

-Hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH: hexagonal.

Propriedades físicas e químicas

Nomes

-Fosfato de cálcio

-Fosfato tricálcico

-Difosfato de ticálcio

Peso molecular

310,74 g / mol.

Descrição física

É um sólido branco inodoro.

Sabor

Insípido.

Ponto de fusão

1670 ° K (1391 ° C).

Solubilidade

-Praticamente insolúvel em água.

-Insolúvel em etanol.

-Solúvel em ácido clorídrico diluído e ácido nítrico.

Densidade

3,14 g / cm3.

Índice de refração

1,629

Entalpia padrão de formação

4126 kcal / mol.

Temperatura de armazenamento

2-8 ° C

pH

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

Treinamento

Nitrato de cálcio e hidrogenofosfato de amônio

Existem vários métodos para produzir ou formar fosfato de cálcio. Um deles consiste em uma mistura de dois sais, Ca (NO3)2∙ 4H2O, e (NH4)2HPO4, previamente dissolvido em álcool absoluto e água, respectivamente. Um sal fornece cálcio e o outro fornece fosfato.

Desta mistura precipita o ACP, que é então submetido a aquecimento em estufa a 800 ° C durante 2 horas. Como resultado deste procedimento, o β-Ca é obtido3(PO4)2. Controlando cuidadosamente as temperaturas, a agitação e os tempos de contato, pode ocorrer a formação de nanocristais.

Para formar o polimorfo α-Ca3(PO4)2 é necessário aquecer o fosfato acima de 1000 ° C. Este aquecimento é realizado na presença de outros íons metálicos, que estabilizam este polimorfo suficientemente para que possa ser utilizado à temperatura ambiente; ou seja, ele permanece em um metaestado estável.

Hidróxido de cálcio e ácido fosfórico

O fosfato de cálcio também pode ser formado pela mistura das soluções de hidróxido de cálcio e ácido fosfórico, produzindo uma neutralização ácido-base. Após meio dia de maturação nas águas-mães, e sua devida filtração, lavagem, secagem e peneiração, obtém-se um pó granular de fosfato amorfo, ACP.

Este ACP é produto de reações de altas temperaturas, transformando-se de acordo com as seguintes equações químicas:

2Ca9(HPO4) (PO4)5(OH) => 2Ca9(P2OU7)0,5(PO4)5(OH) + H2O (em T = 446,60 ° C)

2Ca9(P2OU7)0,5(PO4)5(OH) => 3Ca3(PO4)2 + 0,5H2O (em T = 748,56 ° C)

Desta forma, o β-Ca é obtido3(PO4)2, seu polimorfo mais comum e estável.

Formulários

No tecido ósseo

O CA3(PO4)2 é o principal constituinte inorgânico da cinza óssea. É um componente dos transplantes de substituição óssea, o que se explica pela semelhança química com os minerais presentes no osso.

Biomateriais de fosfato de cálcio são usados ​​para correção de defeitos ósseos e no revestimento de próteses de titânio metálico. O fosfato de cálcio é depositado sobre eles, isolando-os do meio ambiente e retardando o processo de corrosão do titânio.

Fosfatos de cálcio, incluindo Ca3(PO4)2, são usados ​​para a produção de materiais cerâmicos. Esses materiais são biocompatíveis e atualmente são usados ​​para restaurar a perda óssea alveolar resultante de doenças periodontais, 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.

O fosfato de cálcio pode ser usado para reparar defeitos ósseos quando um enxerto ósseo autógeno não pode ser usado. Pode ser usado 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 utilizada no reparo do tecido ósseo. É feito pela mistura do pó de diferentes tipos de fosfatos de cálcio com água, formando uma pasta. A pasta pode ser injetada ou adaptada ao defeito ósseo ou cavidade.

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

Doutores

-O CA3(PO4)2 É um sal básico, por isso é usado como antiácido para neutralizar o excesso de ácido estomacal e aumentar o pH. Em dentifrícios, fornece uma fonte de cálcio e fosfato para facilitar o processo de remineralização dos dentes e hemostasia óssea.

-Também é usado como suplemento nutricional, embora a forma mais barata de fornecer cálcio seja usando seu 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 contaminação com radioisótopos radioativos (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.

Outras

-Fosfato de cálcio é usado como alimento para pássaros. Além disso, é usado em cremes dentais para controlar o tártaro.

-É usado como um agente antiaglomerante, por exemplo, para evitar a compactação do sal de cozinha.

- Funciona como agente de branqueamento da farinha. Já na banha, evita colorações indesejadas e melhora a condição de fritura.

Referências

  1. Tung M.S. (1998) Calcium Phosphates: Structure, Composition, Solubility, and Stability. Em: Amjad Z. (eds) Calcium Phosphates in Biological and Industrial Systems. Springer, Boston, MA.
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