कैल्शियम फॉस्फेट (सीए 3 (पीओ 4) 2): संरचना, गुण और उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

कैल्शियम फॉस्फेट एक अकार्बनिक नमक और तृतीयक जिसका रासायनिक सूत्र सीए है ₃ (पीओ ₄) ₂ । सूत्र बताता है कि इस नमक की संरचना क्रमशः कैल्शियम और फॉस्फेट के लिए 3: 2 है। यह नीचे दी गई छवि में सीधे देखा जा सकता है, जहां सीए ²⁺ कटेशन और पीओ ₄ ^3- आयनन दिखाए गए हैं । हर तीन सीए ^{2+ के} लिए दो पीओ ₄ ^3- उनके साथ बातचीत कर रहे हैं।

दूसरी ओर, कैल्शियम फॉस्फेट लवणों की एक श्रृंखला को संदर्भित करता है जो सीए / पी अनुपात, साथ ही हाइड्रेशन और पीएच की डिग्री के आधार पर भिन्न होता है। वास्तव में, कई प्रकार के कैल्शियम फॉस्फेट हैं जो मौजूद हैं और उन्हें संश्लेषित किया जा सकता है। हालांकि, पत्र के नामकरण के बाद, कैल्शियम फॉस्फेट केवल त्रिकल कैल्शियम को संदर्भित करता है, जो पहले से ही उल्लेख किया गया है।

अनुपातिक और आयनों में त्रिकल्शियम फास्फेट। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से रिचर्ड -59

सीए ₃ (पीओ ₄) ₂ सहित सभी कैल्शियम फॉस्फेट, हल्के भूरे रंग के टन के साथ सफेद ठोस होते हैं। वे दानेदार, ठीक, क्रिस्टलीय हो सकते हैं, और आसपास के माइक्रोन के कण आकार हो सकते हैं; और यहां तक ​​कि इन फॉस्फेट के नैनोकणों को भी तैयार किया गया है, जिसके साथ हड्डियों के लिए बायोकंपैटिबल सामग्री तैयार की जाती है।

यह बायोकंपैटिबिलिटी इस तथ्य के कारण है कि ये लवण दांतों में पाए जाते हैं और संक्षेप में, स्तनधारियों की हड्डियों के ऊतकों में। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्सीपाटाइट एक क्रिस्टलीय कैल्शियम फॉस्फेट है, जो बदले में एक ही नमक के एक अनाकार चरण के साथ बातचीत करता है।

इसका मतलब है कि इसमें अनाकार और क्रिस्टलीय कैल्शियम फॉस्फेट हैं। कैल्शियम फास्फेट पर आधारित सामग्री का संश्लेषण करते समय उस कारण से यह विविधता और कई विकल्पों को आश्चर्यचकित नहीं करता है; सामग्री जिनके गुणों में हर दिन शोधकर्ताओं को हड्डियों की बहाली पर ध्यान केंद्रित करने के लिए दुनिया भर में अधिक रुचि है।

कैल्शियम फॉस्फेट की संरचना

मिनरल वाइटलॉकाइट में कैल्शियम फॉस्फेट। स्रोत: स्मोकेफुट, विकिमीडिया कॉमन्स से

ऊपरी छवि अजीब खनिज व्हाइटक्लॉइट में ट्राइबासिक कैलिको फॉस्फेट की संरचना को दिखाती है, जिसमें अशुद्धियों के रूप में मैग्नीशियम और लोहा हो सकता है।

हालांकि पहली नज़र में यह जटिल लग सकता है, यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि मॉडल फॉस्फेट के ऑक्सीजन परमाणुओं और कैल्शियम के धातु केंद्रों के बीच सहसंयोजक बातचीत मानता है।

एक प्रतिनिधित्व के रूप में, यह मान्य है, हालांकि, बातचीत इलेक्ट्रोस्टैटिक हैं; वह है, सीए ²⁺ केशन पीओ ₄ ^3- (सीए ²⁺ - ओ-पीओ ₃ ^3-) आयनों के लिए आकर्षित होते हैं । इसे ध्यान में रखते हुए, यह समझा जाता है कि क्यों छवि में कैल्शियम (हरे रंग के गोले) नकारात्मक चार्ज ऑक्सीजन परमाणुओं (लाल क्षेत्रों) से घिरे हुए हैं।

क्योंकि बहुत सारे आयन हैं, यह एक सममित व्यवस्था या पैटर्न नहीं दिखाता है। सीए ₃ (पीओ ₄) ₂ कम तापमान (टी <1000 डिग्री सेल्सियस) पर एक इकाई सेल को एक रॉमबोरेडल क्रिस्टलीय प्रणाली के अनुरूप अपनाता है; इस बहुरूपता को ₃ -Ca ₃ (PO ₄) ₂ (β-TCP, अंग्रेजी में इसके संक्षिप्त नाम के लिए) के नाम से जाना जाता है ।

उच्च तापमान पर, दूसरी ओर, यह बहुरूपी α-Ca ₃ (PO ₄) ₂ (α-TCP) में परिवर्तित हो जाता है, जिसकी इकाई कोशिका एक मोनोक्रिलिक क्रिस्टलीय प्रणाली से मेल खाती है। इससे भी अधिक तापमान पर, पॉलीमॉर्फ़ α'-Ca ₃ (PO ₄) ₂, जिसमें एक हेक्सागोनल क्रिस्टलीय संरचना होती है, भी बन सकती है ।

अनाकार कैल्शियम फॉस्फेट

कैल्शियम फॉस्फेट के लिए क्रिस्टल संरचनाओं का उल्लेख किया गया है, जो कि नमक से अपेक्षित है। हालांकि, यह विकार और असममित संरचनाओं को प्रदर्शित करने में सक्षम है, इसकी परिभाषा के सख्त अर्थ में क्रिस्टल की तुलना में "कैल्शियम फॉस्फेट ग्लास" के एक प्रकार से अधिक जुड़ा हुआ है।

जब ऐसा होता है, तो कैल्शियम फॉस्फेट को एक अनाकार संरचना (एसीपी, अनाकार कैल्शियम फॉस्फेट) कहा जाता है। कई लेखक हड्डी के ऊतकों में सीए ₃ (पीओ ₄) ₂ के जैविक गुणों के लिए जिम्मेदार इस प्रकार की संरचना को इंगित करते हैं, इसकी मरम्मत और बायोमिमेटाइजेशन संभव है।

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) द्वारा इसकी संरचना को स्पष्ट करते हुए, एसीपी में OH ^- और HPO ₄ ^2- आयनों की उपस्थिति पाई गई है। ये आयन एक फॉस्फेट के हाइड्रोलिसिस द्वारा बनते हैं:

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

नतीजतन, एसीपी की असली संरचना अधिक जटिल हो जाती है, जिसके आयनों की संरचना सूत्र द्वारा दर्शायी जाती है: सीए ₉ (पीओ ₄) _{6-एक्स} (एचपीओ ₄) _x (OH) _x । 'X' हाइड्रेशन की डिग्री को इंगित करता है, क्योंकि अगर x = 1 है, तो सूत्र होगा: Ca ₉ (PO ₄) ₅ (HPO ₄) (OH)।

एसीपी / पी दाढ़ अनुपात पर निर्भर हो सकता है कि विभिन्न संरचनाएं; यही है, कैल्शियम और फॉस्फेट के सापेक्ष मात्रा में, जो इसकी सभी रचना को बदलते हैं।

बाकी परिवार

कैल्शियम फॉस्फेट वास्तव में अकार्बनिक यौगिकों का एक परिवार है, जो बदले में एक कार्बनिक मैट्रिक्स के साथ बातचीत कर सकते हैं।

कैल्शियम (पीओ ₄ ^{3- 3-}, एचपीओ ₄ ^2-, एच ₂ पीओ ₄ ^-, ओह ^-) के साथ-साथ ठोस में अशुद्धियों के प्रकार को बदलकर अन्य फॉस्फेट "बस" प्राप्त किए जाते हैं । इस प्रकार, ग्यारह या अधिक कैल्शियम फॉस्फेट तक, प्रत्येक की अपनी संरचना और गुणों के साथ, स्वाभाविक रूप से या कृत्रिम रूप से उत्पन्न हो सकता है।

कुछ फॉस्फेट और उनके संबंधित रासायनिक संरचनाओं और सूत्रों का उल्लेख नीचे किया जाएगा:

-कैल्शियम हाइड्रोजन फॉस्फेट डाइहाइड्रेट, सीएएचपीओ _{4 2} 2H ₂ O: मोनोक्लिनिक ।

-कैल्शियम डायहाइड्रोजेन फॉस्फेट मोनोहाइड्रेट, Ca (H ₂ PO ₄) _{2 2} H ₂ O: triclinic।

-अनुरोधी डायसिड फॉस्फेट, सीए (एच ₂ पीओ ₄) ₂: ट्राइक्लिनिक।

-ऑक्टेसेल्सियम हाइड्रोजन फॉस्फेट (OCP), Ca ₈ H ₂ (PO ₄) ₆: ट्राइक्लिनिक। यह हाइड्रोक्सीपाटाइट के संश्लेषण में एक अग्रदूत है।

-हाइड्रोक्सापाटाइट, सीए ₅ (पीओ ₄) ₃ ओएच: हेक्सागोनल।

भौतिक और रासायनिक गुण

नाम

-कैल्शियम फॉस्फेट

-ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट

-टाइक्यूलर डाईफॉस्फेट

आणविक वजन

310.74 ग्राम / मोल।

भौतिक वर्णन

यह एक गंधहीन सफेद ठोस होता है।

स्वाद

को फीका।

गलनांक

1670 ° K (1391 ° C)।

घुलनशीलता

-पूरी तरह से पानी में अघुलनशील।

-इथेनॉल में घुलनशील।

- तनु हाइड्रोक्लोरिक एसिड और नाइट्रिक एसिड में घुलनशील।

घनत्व

3.14 ग्राम / सेमी ³ ।

अपवर्तक सूचकांक

1,629

मानक थैली का गठन

4126 किलो कैलोरी / मोल।

भंडारण तापमान

2-8 डिग्री सेल्सियस।

पीएच

कैल्शियम फॉस्फेट के 50 ग्राम / एल के एक जलीय निलंबन में 6-8।

प्रशिक्षण

कैल्शियम नाइट्रेट और अमोनियम हाइड्रोजन फॉस्फेट

कैल्शियम फॉस्फेट का उत्पादन या निर्माण करने में सक्षम होने के लिए कई तरीके हैं। उनमें से एक में दो लवणों का मिश्रण होता है, Ca (NO ₃) _{2 2} 4H ₂ O, और (NH ₄) ₂ HPO ₄, क्रमशः पूर्ण शराब और पानी में घुल जाता है। एक नमक कैल्शियम प्रदान करता है, और दूसरा फॉस्फेट।

इस मिश्रण से एसीपी अवक्षेपित हो जाता है, जिसे बाद में 2 घंटे के लिए 800 ° C पर ओवन में गर्म किया जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, β-Ca ₃ (PO ₄) _{2 प्राप्त होता है} । तापमान, आंदोलन, और संपर्क समय को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, नैनोक्रिस्टल गठन हो सकता है।

Α-Ca ₃ (PO ₄) ₂ बहुरूपता बनाने के लिए 1000 ° C से ऊपर फॉस्फेट को गर्म करना आवश्यक है। यह हीटिंग अन्य धातु आयनों की उपस्थिति में किया जाता है, जो इस बहुरूप को पर्याप्त रूप से स्थिर करते हैं ताकि इसे कमरे के तापमान पर उपयोग किया जा सके; अर्थात्, यह एक स्थिर मेटा स्थिति में रहता है।

कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड

कैल्शियम फॉस्फेट भी कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड और फॉस्फोरिक एसिड के घोल को मिलाकर एक एसिड-बेस न्यूट्रलाइजेशन का निर्माण कर सकते हैं। मातृ शराब में परिपक्वता के आधे दिन के बाद, और उनके कारण निस्पंदन, धुलाई, सुखाने और सफ़ाई, एक दानेदार अनाकार फॉस्फेट पाउडर, एसीपी प्राप्त किया जाता है।

उच्च तापमान का यह एसीपी अभिक्रिया उत्पाद, निम्नलिखित रासायनिक समीकरणों के अनुसार परिवर्तित होता है:

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 ° C पर)

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

इस तरह, this-Ca ₃ (PO ₄) ₂, इसका सबसे आम और स्थिर बहुरूप प्राप्त होता है ।

अनुप्रयोग

हड्डी के ऊतकों में

सीए ₃ (पीओ ₄) ₂ हड्डी की राख का मुख्य अकार्बनिक घटक है। यह हड्डी प्रतिस्थापन प्रत्यारोपण का एक घटक है, यह इसकी रासायनिक समानता द्वारा हड्डी में मौजूद खनिजों के साथ समझाया जा रहा है।

कैल्शियम फॉस्फेट बायोमेट्रिक का उपयोग हड्डी के दोषों को ठीक करने और टाइटेनियम धातु कृत्रिम अंग के लेप में किया जाता है। कैल्शियम फॉस्फेट उन पर जमा होता है, उन्हें पर्यावरण से अलग करता है और टाइटेनियम जंग प्रक्रिया को धीमा करता है।

सिरेमिक सामग्री बनाने के लिए सीए ₃ (पीओ ₄) ₂ सहित कैल्शियम फॉस्फेट का उपयोग किया जाता है। ये सामग्री बायोकम्पैटिबल हैं, और वर्तमान में पीरियडोंटल बीमारी, एंडोडॉन्टिक संक्रमण और अन्य स्थितियों के परिणामस्वरूप एल्वोलर हड्डी हानि को बहाल करने के लिए उपयोग किया जाता है।

हालांकि, उनका उपयोग केवल पेरिअपिकल हड्डी की मरम्मत में तेजी लाने के लिए किया जाना चाहिए, उन क्षेत्रों में जहां कोई क्रोनिक बैक्टीरियल संक्रमण नहीं है।

जब एक ऑटोजेनस हड्डी ग्राफ्ट का उपयोग नहीं किया जा सकता है तो कैल्शियम फॉस्फेट का उपयोग हड्डी के दोषों को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। इसे अकेले या बायोडिग्रेडेबल और रिसोर्बेबल पॉलिमर जैसे पॉलीग्लाइकोलिक एसिड के संयोजन में इस्तेमाल किया जा सकता है।

बायोकेमिकल सीमेंट्स

कैल्शियम फॉस्फेट सीमेंट (सीपीसी) हड्डी के ऊतकों की मरम्मत में उपयोग किया जाने वाला एक और बायोकेमिकल है। यह विभिन्न प्रकार के कैल्शियम फॉस्फेट के पाउडर को पानी के साथ मिलाकर एक पेस्ट बनाकर बनाया जाता है। पेस्ट को इंजेक्ट किया जा सकता है या हड्डी दोष या गुहा में लगाया जा सकता है।

सीमेंट को ढाला जाता है, धीरे-धीरे पुनर्निर्मित किया जाता है, और नवगठित हड्डी द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

डॉक्टरों

-का ₃ (पीओ ₄) ₂ एक मूल नमक है, यही कारण है कि इसे अतिरिक्त पेट के एसिड को बेअसर करने और पीएच बढ़ाने के लिए एक एंटासिड के रूप में उपयोग किया जाता है। टूथपेस्ट में, यह कैल्शियम और फॉस्फेट का एक स्रोत प्रदान करता है ताकि दांतों और हड्डियों के हेमोस्टेसिस की पुनर्वितरण प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाया जा सके।

-यह एक पोषण पूरक के रूप में भी उपयोग किया जाता है, हालांकि कैल्शियम की आपूर्ति का सबसे सस्ता तरीका अपने कार्बोनेट और साइट्रेट का उपयोग करना है।

-कैल्शियम फॉस्फेट का उपयोग टेटनी, अव्यक्त हाइपोकैल्सीमिया और रखरखाव चिकित्सा के उपचार में किया जा सकता है। इसके अलावा, यह गर्भावस्था और दुद्ध निकालना के दौरान कैल्शियम पूरकता में उपयोगी है।

-यह रेडियोधर्मी समस्थानिक रेडियो (रा -226) और स्ट्रोंटियम (सीन -90) के साथ संदूषण के उपचार में प्रयोग किया जाता है। कैल्शियम फॉस्फेट पाचन तंत्र में रेडियोधर्मी आइसोटोप के अवशोषण को अवरुद्ध करता है, इस प्रकार उनके कारण होने वाले नुकसान को सीमित करता है।

अन्य

-कैल्शियम फॉस्फेट का उपयोग पक्षियों के लिए भोजन के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, टार्टर को नियंत्रित करने के लिए टूथपेस्ट में इसका उपयोग किया जाता है।

-इसका उपयोग एंटी-कैकिंग एजेंट के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए टेबल नमक को कॉम्पैक्ट करने से रोकने के लिए।

-यह आटा ब्लीचिंग एजेंट के रूप में काम करता है। इस बीच, लार्ड में, यह अवांछित रंग को रोकता है और फ्राइंग की स्थिति में सुधार करता है।

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