인산 칼슘 (CA3 (PO4) 2) : 구조, 특성 및 용도 - 화학 - 2026

인산 칼슘 그의 화학식 칼슘 인 무기 염 및 급이고 ₃ (PO ₄ ) ₂ . 공식에 따르면이 염의 조성은 칼슘과 인산염에 대해 각각 3 : 2입니다. 이것은 Ca ²⁺ 양이온 과 PO ₄ ^3- 음이온이 표시된 아래 이미지에서 직접 볼 수 있습니다 . 세 개의 Ca ²⁺ 마다 두 개의 PO ₄ ^3-가 상호 작용합니다.

반면에 인산 칼슘은 수화도 및 pH뿐만 아니라 Ca / P 비율에 따라 달라지는 일련의 염을 의미합니다. 사실, 존재하고 합성 할 수있는 인산 칼슘에는 많은 유형이 있습니다. 그러나 문자의 명명법에 따라 인산 칼슘은 이미 언급 한 삼 칼슘만을 의미합니다.

인산 삼 칼슘의 비율과 이온. 출처 : RicHard-59, Wikimedia Commons

Ca ₃ (PO ₄ ) _2를 포함한 모든 인산 칼슘 은 약간 칙칙한 톤의 흰색 고체입니다. 이들은 입상, 미세, 결정질 일 수 있으며 약 미크론의 입자 크기를 가질 수 있습니다. 그리고 이러한 인산염의 나노 입자조차도 준비되어 뼈를위한 생체 적합성 물질이 설계되었습니다.

이러한 생체 적합성은 이러한 염이 치아, 즉 포유류의 뼈 조직에서 발견되기 때문입니다. 예를 들어, hydroxyapatite는 결정질 인산 칼슘으로, 동일한 염의 무정형 상과 상호 작용합니다.

이것은 무정형 및 결정 성 인산 칼슘이 있음을 의미합니다. 이러한 이유로 인산 칼슘을 기반으로 한 재료를 합성 할 때 다양성과 다양한 옵션이 놀라운 것은 아닙니다. 매일 연구자들이 뼈의 복원에 초점을 맞추기 위해 전 세계적으로 더 많은 관심을 갖는 재료.

인산 칼슘의 구조

광물 휘트로 카이트의 인산 칼슘. 출처 : Smokefoot, Wikimedia Commons

위 이미지는 마그네슘과 철분을 불순물로 포함 할 수있는 이상한 광물 인 휘트로 카이트에서 제 3 인산 칼리 코의 구조를 보여줍니다.

언뜻보기에는 복잡해 보일 수 있지만, 모델이 인산염의 산소 원자와 칼슘의 금속 중심 사이의 공유 상호 작용을 가정하고 있음을 명확히해야합니다.

표현 으로서는 유효하지만 상호 작용은 정전 기적입니다. 즉, Ca ²⁺ 양이온 은 PO ₄ ^3- (Ca ²⁺ -O-PO ₃ ^3- ) 음이온에 유인됩니다 . 이를 염두에두고 이미지에서 칼슘 (녹색 구체)이 음으로 하전 된 산소 원자 (빨간색 구체)로 둘러싸인 이유를 이해할 수 있습니다.

이온이 너무 많기 때문에 대칭적인 배열이나 패턴이 보이지 않습니다. Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 는 낮은 온도 (T <1000 ° C)에서 능 면체 결정계에 해당하는 단위 셀을 채택합니다. 이 다 형체는 β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (β-TCP, 영어로 된 약어 ) 의 이름으로 알려져 있습니다.

반면에 고온에서는 다형 α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (α-TCP) 로 변형되며, 단위 셀은 단 사정 결정계에 해당합니다. 더 높은 온도에서 육각형 결정 구조를 갖는 다 형체 α'-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 도 형성 될 수 있습니다 .

무정형 인산 칼슘

인산 칼슘에 대한 결정 구조가 언급되었으며, 이는 염에서 예상되는 것입니다. 그러나 그것은 정의의 엄격한 의미에서 결정보다 "인산 칼슘 유리"의 유형에 더 많이 연결된 무질서하고 비대칭 구조를 나타낼 수 있습니다.

이 경우 인산 칼슘은 무정형 구조 (ACP, 무정형 인산 칼슘)를 가지고 있다고합니다. 몇몇 저자들은 뼈 조직에서 Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 의 생물학적 특성에 대한 책임이있는 이러한 유형의 구조를 지적하며 , 그 복구 및 생체 모방이 가능합니다.

핵 자기 공명 (NMR), OH의 존재에 의해 그 구조를 해명함으로써 ^- 및 HPO ₄ ^2- 이온 밝혀졌다 ACP있다. 이러한 이온은 인산염 중 하나의 가수 분해에 의해 형성됩니다.

PO ₄ ³ + H ₂ O <=> HPO ₄ ^2- + OH ^-

결과적으로 ACP의 실제 구조는 더 복잡해지며 이온 조성은 Ca ₉ (PO ₄ ) _6-x (HPO ₄ ) _x (OH) _x 공식으로 표시됩니다 . x = 1이면 공식은 Ca ₉ (PO ₄ ) ₅ (HPO ₄ ) (OH)가 되기 때문에 'x'는 수화 정도를 나타냅니다 .

ACP가 가질 수있는 다른 구조는 Ca / P 몰 비율에 따라 달라집니다. 즉, 칼슘과 인산염의 상대적인 양으로 모든 결과 구성을 변경합니다.

나머지 가족

인산 칼슘은 사실 무기 화합물의 한 계열로 유기 매트릭스와 상호 작용할 수 있습니다.

다른 인산 칼슘 함께 음이온 (PO 변경 "단순"수득 ₄ ^3- , HPO ₄ ^2- , H ₂ PO ₄ ^- , OH ^- 뿐만 아니라, 고체 불순물의 종류). 따라서 각각 고유 한 구조와 특성을 가진 최대 11 개 이상의 인산 칼슘이 자연적으로 또는 인위적으로 생성 될 수 있습니다.

일부 인산염과 각각의 화학 구조 및 공식은 다음과 같습니다.

-인산 수소 칼슘 이수화 물, CaHPO ₄ ∙ 2H ₂ O : 단 사정.

-칼슘 인산이 수소 일 수화물, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ ∙ H ₂ O : 삼 사정.

-무수 이산 인산염, Ca (H ₂ PO ₄ ) ₂ : 삼 사정 .

-인산 수소 옥타 칼슘 (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄ ) ₆ : 삼 사정. hydroxyapatite 합성의 전구체입니다.

-Hydroxyapatite, Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH : 육각형.

물리 화학적 특성

이름

-인산 칼슘

-인산 트리 칼슘

-이인 산티 칼슘

분자 무게

310.74g / mol.

물리적 설명

무취의 흰색 고체입니다.

맛이 나다

맛없는.

녹는 점

1670 ° K (1391 ° C).

용해도

-물에 거의 녹지 않습니다.

-에탄올에 불용성.

-묽은 염산 및 질산에 용해됩니다.

밀도

3.14g / cm ³ .

굴절률

1,629

표준 형성 엔탈피

4126 kcal / mol.

보관 온도

2-8 ° C

pH

50g / L의 칼슘 포스페이트의 수성 현탁액에서 6-8.

훈련

질산 칼슘 및 인산 수소 암모늄

인산 칼슘을 생산하거나 형성 할 수있는 수많은 방법이 있습니다. 그중 하나는 이전에 절대 알코올과 물에 각각 용해 된 Ca (NO ₃ ) ₂ ∙ 4H ₂ O 및 (NH ₄ ) ₂ HPO ₄ 의 두 가지 염의 혼합물로 구성됩니다 . 하나의 소금은 칼슘을 제공하고 다른 하나는 인산염을 제공합니다.

이 혼합물에서 ACP가 침전 된 다음 오븐에서 800 ° C에서 2 시간 동안 가열됩니다. 이 과정의 결과로 β-Ca ₃ (PO ₄ ) _{2를 얻습니다} . 온도, 교반 및 접촉 시간을 신중하게 제어함으로써 나노 결정 형성이 발생할 수 있습니다.

α-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 다 형체를 형성하려면 인산염을 1000 ° C 이상으로 가열해야합니다. 이 가열은 다른 금속 이온의 존재하에 수행되며, 이는 실온에서 사용될 수 있도록이 다 형체를 충분히 안정화시킵니다. 즉, 안정적인 메타 상태를 유지합니다.

수산화칼슘 및 인산

인산 칼슘은 수산화칼슘과 인산 용액을 혼합하여 산-염기 중화를 생성함으로써 형성 될 수도 있습니다. 모액에서 반나절 숙성하고 여과, 세척, 건조 및 체질 한 후 과립 형 무정형 인산염 분말 ACP를 얻습니다.

이 ACP는 다음 화학 방정식에 따라 변형되는 고온의 생성물을 반응시킵니다.

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

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

이러한 방식으로 가장 일반적이고 안정적인 다형 체인 β-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 를 얻습니다 .

응용

뼈 조직에서

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 는 골재의 주요 무기 성분입니다. 이것은 뼈 대체 이식의 구성 요소이며, 이는 뼈에 존재하는 미네랄과의 화학적 유사성으로 설명됩니다.

인산 칼슘 생체 재료는 뼈 결함을 교정하고 티타늄 금속 보철물을 코팅하는 데 사용됩니다. 인산 칼슘이 그 위에 침착되어 환경으로부터 격리되고 티타늄 부식 과정이 느려집니다.

Ca ₃ (PO ₄ ) _2를 포함한 인산 칼슘 은 세라믹 재료를 만드는 데 사용됩니다. 이 물질은 생체 적합성이 있으며 현재 치주 질환, 근관 감염 및 기타 조건으로 인한 치조골 손실을 복원하는 데 사용됩니다.

그러나 만성 세균 감염이없는 영역에서 치근단 뼈 복구를 가속화하기 위해서만 사용해야합니다.

인산 칼슘은자가 골 이식을 사용할 수 없을 때 골 결손을 치료하는 데 사용할 수 있습니다. 단독으로 사용하거나 폴리 글리콜 산과 같은 생분해 성 및 재 흡수성 폴리머와 함께 사용할 수 있습니다.

바이오 세라믹 시멘트

인산 칼슘 시멘트 (CPC)는 뼈 조직 복구에 사용되는 또 다른 바이오 세라믹입니다. 다양한 종류의 인산 칼슘 분말을 물과 혼합하여 페이스트를 만듭니다. 페이스트는 뼈 결손이나 구멍에 주입하거나 맞출 수 있습니다.

시멘트는 성형되고 점차적으로 재 흡수되고 새로 형성된 뼈로 대체됩니다.

의사들

-Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ 는 염기성 염으로 과도한 위산을 중화시키고 pH를 높이기위한 제산제로 사용됩니다. 치약에서는 치아와 뼈 지혈의 재광 화 과정을 촉진하기 위해 칼슘과 인산염의 공급원을 제공합니다.

-칼슘을 공급하는 가장 저렴한 방법은 탄산염과 구연산염을 사용하는 것이지만 영양 보충제로도 사용됩니다.

-인산 칼슘은 파상풍, 잠복 성 저 칼슘 혈증 및 유지 요법에 사용될 수 있습니다. 또한 임신과 수유기의 칼슘 보충에도 유용합니다.

-방사성 동위 원소 라디오 (Ra-226) 및 스트론튬 (Sr-90)으로 오염 처리에 사용됩니다. 인산 칼슘은 소화관에서 방사성 동위 원소의 흡수를 차단하여 이들로 인한 손상을 제한합니다.

기타

-인산 칼슘은 새의 사료로 사용됩니다. 또한 치약에 사용되어 치석을 조절합니다.

-예를 들어 식탁 용 소금이 압축되는 것을 방지하기 위해 고결 방지제로 사용됩니다.

-밀가루 표백제로 작용합니다. 한편 라드에서는 원치 않는 착색을 방지하고 튀김 상태를 개선합니다.

참고 문헌

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