Fosfato tricálcico

fosfato tricálcico (a veces abreviado TCP), más comúnmente conocido como fosfato cálcico, es una sal cálcica del ácido fosfórico con la fórmula química Ca₃(PO₄)₂. También se le conoce como fosfato cálcico tribásico y fosfato óseo de cal (BPL). Es un sólido blanco de baja solubilidad. La mayoría de las muestras comerciales de "fosfato tricálcico" de hecho son hidroxiapatita.

Existe como tres polimorfos cristalinos α, α′ y β. Los estados α y α′ son estables a altas temperaturas.

Nomenclatura

Fosfato de calcio se refiere a numerosos materiales que consisten en iones de calcio (Ca²⁺) junto con ortofosfatos (PO³⁻
>₄), metafosfatos o pirofosfatos (P
₂O⁴⁻
₇) y ocasionalmente iones óxido e hidróxido. Especialmente, el mineral común apatita tiene fórmula Ca₅(PO₄)₃X, donde X es F, Cl, OH o una mezcla; es hidroxiapatita si el ion extra es principalmente hidróxido. Gran parte del "fosfato tricálcico" en el mercado es en realidad hidroxiapatita en polvo.

Preparación

El fosfato tricálcico se produce comercialmente tratando la hidroxiapatita con ácido fosfórico y cal apagada.

No se puede precipitar directamente de una solución acuosa. Normalmente se emplean reacciones de doble descomposición, que implican un fosfato soluble y sales de calcio, p. (NH₄)₂HPO₄ + Ca(NO₃)₂. se realiza en condiciones de pH cuidadosamente controladas. El precipitado será "fosfato tricálcico amorfo", ATCP, o hidroxiapatita deficiente en calcio, CDHA, Ca₉(HPO₄)(PO ₄)₅(OH), (tenga en cuenta que CDHA a veces se denomina trifosfato de calcio apatitico). Se puede obtener fosfato tricálcico cristalino calcinando el precipitado. Generalmente se forma β-Ca₃(PO₄)₂; se requieren temperaturas más altas para producir α-Ca₃ >(PO₄)₂.

Una alternativa al procedimiento húmedo consiste en calentar una mezcla de pirofosfato de calcio y carbonato de calcio:

CaCO₃ + Ca₂P₂O₇ → Ca₃(PO₄)₂ + CO₂

Estructura de los polimorfos β-, α- y α′- Ca3(PO4)2

El fosfato tricálcico tiene tres polimorfos reconocidos, la forma romboédrica β (que se muestra arriba) y dos formas de alta temperatura, la monoclínica α y la hexagonal α′. El β-fosfato tricálcico tiene una densidad cristalográfica de 3,066 g cm⁻³ mientras que las formas de alta temperatura son menos densas, el α-fosfato tricálcico tiene una densidad de 2,866 g cm⁻³ y el α′-fosfato tricálcico tiene una densidad de 2,702 g cm⁻³. Todas las formas tienen estructuras complejas que consisten en centros de fosfato tetraédricos unidos a través de oxígeno a los iones de calcio. Cada una de las formas de alta temperatura tiene dos tipos de columnas, una que contiene solo iones de calcio y la otra tanto calcio como fosfato.

Existen diferencias en las propiedades químicas y biológicas entre las formas β y α, la forma α es más soluble y biodegradable. Ambas formas están disponibles comercialmente y están presentes en formulaciones utilizadas en aplicaciones médicas y dentales.

Ocurrencia

El fosfato de calcio es uno de los principales productos de combustión de los huesos (ver cenizas de huesos). El fosfato de calcio también se deriva comúnmente de fuentes inorgánicas como la roca mineral. El fosfato tricálcico se presenta naturalmente en varias formas, que incluyen:

• como roca en Marruecos, Israel, Filipinas, Egipto, y Kola (Rusia) y en cantidades más pequeñas en algunos otros países. La forma natural no es completamente pura, y hay otros componentes como arena y cal que pueden cambiar la composición. El contenido de P₂O₅ en la mayoría de las rocas fosfatas de calcio es de 30% a 40% P₂O₅ por peso.
• en los esqueletos y dientes de los animales vertebrados
• en leche.

Fosfato de calcio bifásico, BCP

El fosfato de calcio bifásico, BCP, se informó originalmente como fosfato tricálcico, pero las técnicas de difracción de rayos X mostraron que el material era una mezcla íntima de dos fases, hidroxiapatita (HA) y β-fosfato tricálcico. Es una cerámica. La preparación implica sinterización, lo que provoca una descomposición irreversible de las apatitas deficientes en calcio, denominadas alternativamente apatitas no estequiométricas o fosfato de calcio básico. Un ejemplo es:

Ca_{10 -δ}(PO₄)_{6 aδ}(HPO)₄)_δ(OH)_{2 - 2δ} → (1−δCa₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 3δ Ca₃(PO₄)₂

β-TCP puede contener impurezas, por ejemplo pirofosfato de calcio, Ca₂P₂O₇ y apatita. El β-TCP es bioabsorbible. La biodegradación de BCP implica una disolución más rápida de la fase β-TCP seguida de la eliminación de los cristales de HA. El β-TCP no se disuelve en los fluidos corporales a niveles de pH fisiológico; la disolución requiere actividad celular que produzca un pH ácido.

Usos

Aditivo alimentario

El fosfato tricálcico se utiliza en especias en polvo como agente antiaglomerante, p. para evitar que la sal de mesa se apelmace. A los fosfatos de calcio se les ha asignado el número de aditivo alimentario europeo E341.

Productos de salud y belleza

También se encuentra en talco para bebés, antiácidos y pasta de dientes. Las pastas dentales con β-fosfato tricálcico funcionalizado (fTCP) pueden ayudar a remineralizar el esmalte dental.

Biomédico

También se utiliza como complemento nutricional y se encuentra de forma natural en la leche de vaca, aunque las formas más comunes y económicas de suplementación son el carbonato de calcio (que debe tomarse con las comidas) y el citrato de calcio (que puede tomarse sin comidas). Existe cierto debate sobre las diferentes biodisponibilidades de las diferentes sales de calcio.

Puede usarse como reemplazo de tejido para reparar defectos óseos cuando el injerto óseo autógeno no es factible o posible. Puede usarse solo o en combinación con un polímero biodegradable y reabsorbible como el ácido poliglicólico. También se puede combinar con materiales autólogos para un injerto óseo.

Las estructuras porosas de β-fosfato tricálcico se emplean como sistemas portadores de fármacos para la administración local de fármacos en el hueso.

Ocurrencia natural

La tuita, un análogo natural del ortofosfato tricálcico (V), es un componente raro de algunos meteoritos. Su formación está relacionada con el metamorfismo de choque.