- Structure du phosphate de calcium
- Phosphate de calcium amorphe
- Le reste de la famille
- Proprietes physiques et chimiques
- Des noms
- Poids moléculaire
- Description physique
- Goût
- Point de fusion
- Solubilité
- Densité
- Indice de réfraction
- Enthalpie de formation standard
- Température de stockage
- pH
- Formation
- Nitrate de calcium et hydrogénophosphate d'ammonium
- Hydroxyde de calcium et acide phosphorique
- Applications
- Dans le tissu osseux
- Ciments biocéramiques
- Médecins
- Autres
- Références
Le phosphate de calcium est un sel inorganique et tertiaire dont la formule chimique est Ca 3 (PO 4) 2. La formule indique que la composition de ce sel est de 3: 2 pour le calcium et le phosphate, respectivement. Cela peut être vu directement dans l'image ci-dessous, où le cation Ca 2+ et l'anion PO 4 3- sont représentés. Pour trois Ca 2+, il y a deux PO 4 3- qui interagissent avec eux.
D'un autre côté, le phosphate de calcium fait référence à une série de sels qui varient en fonction du rapport Ca / P, ainsi que du degré d'hydratation et du pH. En fait, il existe de nombreux types de phosphates de calcium qui existent et peuvent être synthétisés. Cependant, suivant la nomenclature à la lettre, le phosphate de calcium se réfère uniquement au tricalcium, celui déjà mentionné.
Proportion et ions dans le phosphate tricalcique. Source: RicHard-59, de Wikimedia Commons
Tous les phosphates de calcium, y compris Ca 3 (PO 4) 2, sont des solides blancs avec de légers tons grisâtres. Ils peuvent être granuleux, fins, cristallins et avoir des tailles de particules d'environ microns; et même des nanoparticules de ces phosphates ont été préparées, avec lesquelles des matériaux biocompatibles pour les os sont conçus.
Cette biocompatibilité est due au fait que ces sels se retrouvent dans les dents et, en somme, dans les tissus osseux des mammifères. Par exemple, l'hydroxyapatite est un phosphate de calcium cristallin, qui à son tour interagit avec une phase amorphe du même sel.
Cela signifie qu'il existe des phosphates de calcium amorphes et cristallins. Pour cette raison, il n'est pas surprenant de la diversité et des multiples options lors de la synthèse de matériaux à base de phosphates de calcium; des matériaux dont les propriétés sont chaque jour plus intéressantes par les chercheurs du monde entier à se concentrer sur la restauration des os.
Structure du phosphate de calcium
Phosphate de calcium dans la whitlockite minérale. Source: Smokefoot, de Wikimedia Commons
L'image du haut montre la structure du phosphate calico-tribasique dans l'étrange minéral whitlockite, qui peut contenir du magnésium et du fer comme impuretés.
Bien qu'à première vue cela puisse paraître complexe, il est nécessaire de préciser que le modèle suppose des interactions covalentes entre les atomes d'oxygène des phosphates et les centres métalliques du calcium.
En tant que représentation, il est valide, cependant, les interactions sont électrostatiques; c'est-à-dire que les cations Ca 2+ sont attirés par les anions PO 4 3- (Ca 2+ - O-PO 3 3-). Dans cet esprit, on comprend pourquoi dans l'image le calcium (sphères vertes) est entouré par les atomes d'oxygène chargés négativement (sphères rouges).
Puisqu'il y a tellement d'ions, cela ne laisse pas un arrangement ou un motif symétrique visible. Ca 3 (PO 4) 2 adopte aux basses températures (T <1000 ° C) une maille unitaire correspondant à un système cristallin rhomboédrique; Ce polymorphe est connu sous le nom de β-Ca 3 (PO 4) 2 (β-TCP, pour son acronyme en anglais).
A haute température, en revanche, il se transforme en le polymorphe α-Ca 3 (PO 4) 2 (α-TCP), dont la maille unitaire correspond à un système cristallin monoclinique. A des températures encore plus élevées, le polymorphe α'-Ca 3 (PO 4) 2, qui a une structure cristalline hexagonale, peut également se former.
Phosphate de calcium amorphe
Des structures cristallines ont été mentionnées pour le phosphate de calcium, ce que l'on attend d'un sel. Cependant, il est capable de présenter des structures désordonnées et asymétriques, liées plus à un type de «verre de phosphate de calcium» qu'à des cristaux au sens strict de sa définition.
Lorsque cela se produit, on dit que le phosphate de calcium a une structure amorphe (ACP, phosphate de calcium amorphe). Plusieurs auteurs pointent ce type de structure comme responsable des propriétés biologiques du Ca 3 (PO 4) 2 dans les tissus osseux, sa réparation et sa biomimétisation étant possibles.
En élucidant sa structure par résonance magnétique nucléaire (RMN), la présence d'ions OH - et HPO 4 2- a été trouvée dans les ACP. Ces ions sont formés par l'hydrolyse de l'un des phosphates:
PO 4 3- + H 2 O <=> HPO 4 2- + OH -
En conséquence, la véritable structure de l'ACP devient plus complexe, dont la composition de ses ions est représentée par la formule: Ca 9 (PO 4) 6-x (HPO 4) x (OH) x. Le «x» indique le degré d'hydratation, puisque si x = 1, alors la formule serait: Ca 9 (PO 4) 5 (HPO 4) (OH).
Les différentes structures que l'ACP peut avoir dépendent des rapports molaires Ca / P; c'est-à-dire des quantités relatives de calcium et de phosphate, qui modifient toute sa composition résultante.
Le reste de la famille
Les phosphates de calcium sont en fait une famille de composés inorganiques, qui à leur tour peuvent interagir avec une matrice organique.
Les autres phosphates sont obtenus "simplement" en changeant les anions qui accompagnent le calcium (PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, OH -), ainsi que le type d'impuretés dans le solide. Ainsi, jusqu'à onze phosphates de calcium ou plus, chacun avec sa propre structure et ses propres propriétés, peuvent être d'origine naturelle ou artificielle.
Certains phosphates et leurs structures chimiques et formules respectives seront mentionnés ci-dessous:
-Hydrogénophosphate de calcium dihydraté, CaHPO 4 ∙ 2H 2 O: monoclinique.
-Calcium dihydrogénophosphate monohydraté, Ca (H 2 PO 4) 2 ∙ H 2 O: triclinique.
-Phosphate diacide anhydre, Ca (H 2 PO 4) 2: triclinique.
-Hydrogénophosphate d'octacalcium (OCP), Ca 8 H 2 (PO 4) 6: triclinique. C'est un précurseur dans la synthèse de l'hydroxyapatite.
-Hydroxyapatite, Ca 5 (PO 4) 3 OH: hexagonal.
Proprietes physiques et chimiques
Des noms
-Phosphate de calcium
-Phosphate tricalcique
-Diphosphate ticalcique
Poids moléculaire
310,74 g / mol.
Description physique
C'est un solide blanc inodore.
Goût
Insipide.
Point de fusion
1670 ° K (1391 ° C).
Solubilité
-Pratiquement insoluble dans l'eau.
-Insoluble dans l'éthanol.
-Soluble dans l'acide chlorhydrique dilué et l'acide nitrique.
Densité
3,14 g / cm 3.
Indice de réfraction
1 629
Enthalpie de formation standard
4126 kcal / mol.
Température de stockage
2 à 8 ° C
pH
6-8 dans une suspension aqueuse de 50 g / L de phosphate de calcium.
Formation
Nitrate de calcium et hydrogénophosphate d'ammonium
Il existe de nombreuses méthodes pour produire ou former du phosphate de calcium. L'un d'eux consiste en un mélange de deux sels, Ca (NO 3) 2 ∙ 4H 2 O et (NH 4) 2 HPO 4, préalablement dissous respectivement dans de l'alcool absolu et de l'eau. Un sel fournit le calcium et l'autre le phosphate.
A partir de ce mélange, l'ACP précipite, qui est ensuite soumis à un chauffage dans une étuve à 800 ° C pendant 2 heures. À la suite de cette procédure, du β-Ca 3 (PO 4) 2 est obtenu. En contrôlant soigneusement les températures, l'agitation et les temps de contact, la formation de nanocristaux peut se produire.
Pour former le polymorphe α-Ca 3 (PO 4) 2, il est nécessaire de chauffer le phosphate au-dessus de 1000 ° C. Ce chauffage est effectué en présence d'autres ions métalliques, qui stabilisent suffisamment ce polymorphe pour qu'il puisse être utilisé à température ambiante; c'est-à-dire qu'il reste dans un état méta stable.
Hydroxyde de calcium et acide phosphorique
Le phosphate de calcium peut également être formé en mélangeant les solutions d'hydroxyde de calcium et d'acide phosphorique, produisant une neutralisation acide-base. Après une demi-journée de maturation dans les liqueurs mères, et leur filtration, lavage, séchage et tamisage, une poudre de phosphate amorphe granulaire, ACP, est obtenue.
Cette réaction ACP produit de hautes températures, se transformant selon les équations chimiques suivantes:
2Ca 9 (HPO 4) (PO 4) 5 (OH) => 2Ca 9 (P 2 O 7) 0,5 (PO 4) 5 (OH) + H 2 O (à 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 (à T = 748,56 ° C)
De cette manière, on obtient le β-Ca 3 (PO 4) 2, son polymorphe le plus commun et le plus stable.
Applications
Dans le tissu osseux
Le Ca 3 (PO 4) 2 est le principal constituant inorganique des cendres osseuses. C'est un composant des greffes de remplacement osseux, cela s'explique par sa similitude chimique avec les minéraux présents dans l'os.
Les biomatériaux de phosphate de calcium sont utilisés pour corriger les défauts osseux et dans le revêtement des prothèses métalliques en titane. Le phosphate de calcium s'y dépose, les isole de l'environnement et ralentit le processus de corrosion du titane.
Les phosphates de calcium, y compris Ca 3 (PO 4) 2, sont utilisés pour fabriquer des matériaux céramiques. Ces matériaux sont biocompatibles et sont actuellement utilisés pour restaurer la perte osseuse alvéolaire résultant d'une maladie parodontale, d'infections endodontiques et d'autres conditions.
Cependant, ils ne doivent être utilisés que pour accélérer la réparation osseuse périapicale, dans les zones où il n'y a pas d'infection bactérienne chronique.
Le phosphate de calcium peut être utilisé pour réparer les défauts osseux lorsqu'une greffe osseuse autogène ne peut pas être utilisée. Il peut être utilisé seul ou en combinaison avec un polymère biodégradable et résorbable, tel que l'acide polyglycolique.
Ciments biocéramiques
Le ciment de phosphate de calcium (CPC) est un autre biocéramique utilisé dans la réparation du tissu osseux. Il est fabriqué en mélangeant la poudre de différents types de phosphates de calcium avec de l'eau, formant une pâte. La pâte peut être injectée ou adaptée au défaut osseux ou à la cavité.
Les ciments sont moulés, progressivement résorbés et remplacés par de l'os nouvellement formé.
Médecins
-Ca 3 (PO 4) 2 est un sel basique, c'est pourquoi il est utilisé comme antiacide pour neutraliser l'excès d'acide gastrique et augmenter le pH. Dans les dentifrices, il fournit une source de calcium et de phosphate pour faciliter le processus de reminéralisation des dents et l'hémostase osseuse.
-Il est également utilisé comme complément nutritionnel, bien que le moyen le moins cher de fournir du calcium soit d'utiliser son carbonate et son citrate.
-Le phosphate de calcium peut être utilisé dans le traitement de la tétanie, de l'hypocalcémie latente et du traitement d'entretien. En outre, il est utile dans la supplémentation en calcium pendant la grossesse et l'allaitement.
-Il est utilisé dans le traitement de la contamination par les radio-isotopes radioactifs (Ra-226) et le strontium (Sr-90). Le phosphate de calcium bloque l'absorption des isotopes radioactifs dans le tube digestif, limitant ainsi les dommages qu'ils provoquent.
Autres
-Le phosphate de calcium est utilisé comme aliment pour les oiseaux. De plus, il est utilisé dans les dentifrices pour contrôler le tartre.
-Il est utilisé comme agent anti-agglomérant, par exemple pour empêcher le sel de table de se compacter.
-Il fonctionne comme un agent de blanchiment de la farine. Pendant ce temps, dans le saindoux, il empêche les colorations indésirables et améliore les conditions de friture.
Références
- Tung MS (1998) Phosphates de calcium: structure, composition, solubilité et stabilité. Dans: Amjad Z. (eds) Calcium Phosphates in Biological and Industrial Systems. Springer, Boston, MA.
- Langlang Liu, Yanzeng Wu, Chao Xu, Suchun Yu, Xiaopei Wu et Honglian Dai. (2018). "Synthèse, caractérisation du phosphate nano-β-tricalcique et l'inhibition sur les cellules de carcinome hépatocellulaire", Journal of Nanomaterials, vol. 2018, numéro d'article 7083416, 7 pages, 2018.
- Combes, Christ et Rey, Christian. (2010). Phosphates de calcium amorphes: synthèse, propriétés et utilisations dans les biomatériaux. Acta Biomaterialia, vol. 6 (n ° 9). pp. 3362-3378. ISSN 1742-7061
- Wikipédia. (2019). Phosphate tricalcique. Récupéré de: en.wikipedia.org
- Abida et coll. (2017). Poudre de phosphate tricalcique: capacités de préparation, de caractérisation et de compactage. Mediterranean Journal of Chemistry 2017, 6 (3), 71-76.
- PubChem. (2019). Phosphate de calcium. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Elsevier. (2019). Phosphate de calcium. Science Direct. Récupéré de: sciencedirect.com