Метод осаждения водных растворов и получение гидроксилапатитов
Контрольная работа - Химия
Другие контрольные работы по предмету Химия
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
. Литературный обзор
.1 Кристаллическая структура гидроксилапатита
.2 ?-трикальций фосфат
.3 Получение гидроксилапатита
.3.1 Метод осаждения водных растворов
.4 Рентгеноструктурный анализ
. Экспериментальная часть
.1 Материалы и методика эксперимента
.2 Результаты и обсуждение
Выводы
Литература
Введение
гидроксилапатит синтез осаждение раствор
Материалы для костных имплантатов в настоящее время вызывают большой интерес вследствие растущих запросов ортопедии. Наиболее известным и востребованным представителем этого класса материалов является гидроксилапатит Са10(РО4)6(ОН)2 (ГА). Предшественником образования гидроксилапатита является аморфный фосфат кальция (АФК). Получают ГА и АФК методом осаждения из водных растворов. Однако получаемый при этом осадок содержит также нитратные примеси, которые являются токсичными и вредными для организма человека. Процесс очистки АФК от примесей приводит к удалению ионов кальция из раствора, необходимых для формирования стехиометрического ГА на более поздних стадиях синтеза, что является причиной изменения фазового состава образцов.
В медицинской практике применение ГА в чистом виде в качестве материала для имплантатов часто невозможно из-за его низких прочностных свойств. На основании многочисленных исследований было показано, что наиболее оптимальным для медицинских применений является состав 60% ГА/40% ?-ТКФ. Ввиду изменения фазового состава образцов при очистке от примесей представляется интересным исследование оптимального состава кальций-фосфатных материалов с различным стехиометрическим отношением Са/P для получения бифазной системы ГА/?-ТКФ, а также исследование стабильности АФК в различных средах.
Целью курсовой работы является изучение метода осаждения водных растворов и получение ГА.
1. Литературный обзор
.1 Кристаллическая структура гидроксилапатита
Гидроксилапатит кристаллизируется в гексагональной сингонии [1] с пространственной группой Р63/т и параметрами элементарной решетки, а = b =9.432, c =6.881 (таблица 1). ГА являет собою шарообразный кристалл, который вмещает больше 100 атомов в элементарной ячейке (рис 1).
Кристалл ГА имеет две структурных подсистемы (рис. 1): первую создают Са- каналы с групами ОН- внутри них, а вторая - это основной каркас, в который ионы X-, F-, , могут внедряться с малой вероятностью, а такие ионы , как СО32-, могут изоморфно замещать РО43- - группы [2]. Ионы ОН, размещены в кальциевых каналах, могут изоморфно замещаться на ионы Cl и F . На рис 2 показан фрагмент структуры гидроксилапатита. Группы РО43- создают тетраэдры со средним расстоянием Р-О=1.530.02. Атомы Са занимают в структуре ГА два кристалографически независимые положения.
Таблица 1
Кристаллохимические параметры некоторых фосфатов кальция
Название Химическая формулаКристаллическая сингонияПространственная группаПараметры решеткиградус123478ДКФДСаНРО4 2Н20моноклиннаяC2а0 = 6.363; b0= 15.19; c0 = 5.815b= 118.48ДКФСаНРО4триклиннаяР1а0 = 6.906; Ь0 = 8.577; c0 = 6.634а = 93.90; b = 91.50; g = 127.63a-ТКФСа3(РО4)2моноклиннаяР21/аа0=12.887; c0 = 27.28; з0 =15.219b = 126.2b-ТКФСа3(РО4)2ромбоэдрическаяR3са0= 10.428; c0 = 37.378ГАСа5(РО4)3ОНГексагональная Р63/mа0 = 9.432; c0 = 6.880ФторапатитСа5(РО4)3FГексагональная Р63/mа0 = 9.377; c0 = 6.880ХлорапатитСа5(РО4)3С1Гексагональная Р63/mа0 = 9.641; c0 = 6.771Карбонат-апатитСа10(РО4)6CO3Гексагональная Рba0 = 9.641; с0 = 6.771ТеКФСа4(РO4)2OмоноклиннаяР21а0 = 7.018; b0= 11.98; c0 = 9.469b = 90.88
Рис. 1. Упрощенный вид элементарной ячейки гидроксилапатита
Атом Са что находится в положении 2 окружен шестью атомами кислорода, что относятся группам РО43- и ОН- , в то время как атом Са, что занимает положение 1, имеет окружение атомами кислорода близкое к октаэдрическому . Атомы Ca в положении 2 создают треугольник в плоскости , перпендикулярной к оси С. Треугольники повернуты друг к другу на вдоль этой оси. В структуре фтораапатита атомы расположены в центре таких треугольников.
Рис. 2. Фрагмент структуры гидроксилапатита: - координационные полиэдры кальция; б - анионные столбики ионов , , .
В случае ГА группы располагаются немного выше или ниже центра. Атомы окружены четырьмя атомами и образуют тетраэдр практически правильной формы, лишь с небольшим искажением. При довольно сложной координации атомов в ячейке ГА образуются 75 связей - (без учета связей с кислородом иона гидроксила), 24 связи - , 6 связей - и 2 связи .
Стехиометрический ГА может быть также описан в моноклинной сингонии (пространственная группа Р21/b с параметрами решетки, а =9.4214(8), b =2a, c= 6.8814(7), b =120), причем такое описание не связано с ограничениями, обусловленными зеркальной симметрией. Снижение симметрии до моноклинной является результатом упорядоченного расположения ОН- в кальциевых каналах, а также взаимного упорядочения этих каналов таких образом, который происходит двукратное увеличение параметра b элементарной ячейки. ГА моноклинной сингонии может быть полученный только гидротермальным синтезом или термообработкой ГА в атмосфере водной пары.
.2 ?-трикальций фосфат
?-ТКФ (?-трикальций фосфат) является ортофосфатом кальция со стехиометрическим составом Са3(РО4)2. Он не может выпадать в осадок из водного раствора, а получается только через кальцинирование при температуре выше 800С.
(HPO4)(PO4)5 (OH) Са3(РО4)2 + Н2О
Выше 1125С он превращается в a-ТКФ. На температуру превращения фазы сильно влияют пр