Строение, свойства и значение фосфата кальция

Определение и строение фосфата кальция

Перед погружением в свойства вещества необходимо разобраться в его определении и строении.

Определение

Определение: Фосфат (или ортофосфат) кальция (Ca3(PO4)2) — вещество, состоящее из трех катионов кальция (Са) и двух анионов фосфорной кислоты (H3PO4).

Имеет ряд научных наименований:

• трикальцийфосфат;
• фосфорнокислый кальций.

Фосфат кальция широко распространен в почве. Он входит в состав следующих минералов: апатитов, гидроксиапатитов и фосфоритов.

Строение

Принадлежит классу солей. Между кальцием (Са2+) и остатками фосфорной кислоты (PO43-) возникают ионные связи.

Ортофосфат кальция представляет собой нерастворимую соль. Данное вещество, образуясь в растворе, выпадает в виде осадка.

Свойства фосфата кальция

Теперь можем приступить к рассмотрению свойств данного вещества.

Физические свойства

В нормальном состоянии ортофосфат кальция — белое кристаллическое или белое порошкообразное вещество. Плохо растворяется в воде. Существует в двух вариантах: 

• моноклинная сингония (форма скошенного параллелепипеда); 
• гексагональная сингония (форма параллелепипеда с шестиугольником в основании).

Взглянем на физические характеристиками с конкретными значениями:

• молярная масса: 310 г/моль;
• плотность: 2,81 г/см3;
• температура плавления: 1670 °C.

Химические свойства

Как типичная соль может вступать в ионные обмены с другими солями, основания и кислотами. Но только при условии образования одного из признаков: осадок, газ или более слабый электролит. Рассмотрим свойства на примерах реакций.

1. Взаимодействие с собственной кислотой (ортофосфорной) протекает с образованием кислых солей. В результате получается гидрофосфат кальция.

2. Восстановительный процесс с участием апатитов и кокса. Производственный процесс фосфора. Сложная реакция, которая проводиться в печах. Засыпается углерод (C), песок (SiO2) и фосфорсодержащие минералы с фосфатом кальция (Ca3(PO4)2).

Выдерживается нужная температура, и получается фосфор (Р), силикат кальция (CaSiO3) и угарный газ (СО).

3. Реакция ионного обмена протекает при условии выделения более слабого электролита. Проведем реакцию с соляной кислотой и увидим растворение осадка. Слабый электролит в итоге фосфорная кислота.

4. Разложение фосфата кальция при нагревании. Распадается на основный и кислотный оксиды.

Ca3(PO4)2 + 3Li2SO4 = 2Li3PO4↓ + 3CaSO4.

5. Контакт с оксидом азота (IV) в присутствии воды. Оксид азота восстанавливается до нитрата кальция и окисляется до образования газообразного оксида азота (II). Фосфат переходит в гидрофосфат без изменения степени окисления.

Ca3(PO4)2+ 3NO2 + H2O → Ca(NO3)2 + 2CaHPO4 + NO.

6. Окислительная реакция с углеродом при условии нагревания до 1 000°C. В результате образуется фосфит и угарный газ.

Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8CO.

Получение фосфата кальция

В лабораторных методах не требуется получать огромного количества вещества. Метод подбирается на основании небольшого выхода и с меньшими затратами реагентов. Рассмотрим лабораторный метод получения.

Лабораторные методы

Можно получить фосфат кальция в ходе реакции ионного обмена нитрата кальция с дигидрофосфатом натрия. При этом образуется осадок необходимого вещества, которое далее выпаривается в чаше. В итоге получаем белые кристаллы фосфата кальция.

3Ca(NO3)2 + 2Na2HPO4 = Ca3(PO4)2 +4NaNO3 +2HNO3.

Есть способ, основанный на контакте извести и ортофосфорной кислоты. В результате образуются фосфат кальция и вода.

3Ca(OH)2 +2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O.

Промышленные методы

При промышленных масштабах необходимо получить больше фосфата кальция с меньшими затратами. Обычные методы не применяются. Для получения фосфата кальция используются огромные количества минералов: апатитов или фосфоритов, которые в дальнейшем растворяются в фосфорной кислоте. В итоге получаются кислые соли кальция и фосфорной кислоты в виде раствора.

Применение фосфата кальция

Перейдем к основным областям применения фосфата кальция:

• Для сельского хозяйства. Фосфат кальция добавляется в комбинированные корма для сельскохозяйственных животных и птиц, чтобы восполнить недостаток кальция. Данная соль добавляется в минеральные удобрения.
• Для фармакологии. Фосфат кальция добавляется и в некоторые медикаменты. Служит БАДом при нехватке кальция в организме. Часть ортофосфата уходит на производство питательной зубной пасты.
• Для производственной промышленности. Служит материалом для изготовления стекла и абразивов. Из фосфата кальция изготавливается фосфор.

Использование фосфата кальция в пищевой промышленности

Фосфат кальция в пищевой промышленности — добавка с идентификатором Е341, которая используется для разрыхления пищи, сохранения цвета продуктов и в качестве стабилизатора.

Перечислим список продуктов, изготовленных с добавлением ортофосфата кальция:

• молочные творожные сырки;
• мороженое;
• хлебобулочные и ликероводочные изделия;
• рыбная и мясная продукция;
• спортивное питание;
• готовые завтраки и снеки;
• травяные чаи;
• консервы и тушенка;
• рафинированные масла;
• выпечка.

Влияние фосфата кальция на организм человека

Фосфат кальция является компонентом костной ткани. Он служит строительным материалом при росте костей и зубов.

Некоторые ученые в клинических дисциплинах выявили негативное влияние ортофосфата на кишечно-желудочный тракт при повышенных дозировках употребления. Отметим, что были клинические случаи с накоплением данной соли в кровеносной системе. Данное явление чревато закупоркой сосудов и инфарктом.