Fosforan magnezu (Mg3 (PO4) 2): struktura, właściwości i zastosowania
Fosforan magnezu to termin odnoszący się do rodziny związków nieorganicznych utworzonych przez magnez, metal ziem alkalicznych i fosforan oksoanionu. Najprostszy fosforan magnezu ma wzór chemiczny Mg 3 (PO 4 ) 2 . Wzór wskazuje, że na każde dwa aniony PO 4 3 występują trzy kationy Mg2 + oddziałujące z nimi.
Ponadto związki te można opisać jako sole magnezowe pochodzące od kwasu ortofosforowego (H3PO4). Innymi słowy, magnez „koleuje” między anionami fosforanowymi, niezależnie od ich nieorganicznej lub organicznej prezentacji (MgO, Mg (NO 3 ) 2, MgCl 2, Mg (OH) 2, itd.).
Z tych powodów fosforany magnezu można znaleźć jako kilka minerałów. Niektóre z nich to: cewnik -Mg 3 (PO 4 ) 2 · 22H 2 O-, struwit- (NH 4 ) MgPO 4 · 6H 2 O, którego mikrokryształy są przedstawione w górnym obrazie, holtedalite -Mg 2 (PO 4 ) (OH) - i bobierryt -Mg 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O-.
W przypadku bobierrity jej krystaliczna struktura jest jednoskośna, z krystalicznymi agregatami o kształtach wachlarza i masywnymi rozetami. Jednakże fosforany magnezu charakteryzują się bogatą chemią strukturalną, co oznacza, że ich jony przyjmują wiele układów krystalicznych.
Formy fosforanu magnezu i neutralność jego ładunków
Fosforany magnezu pochodzą z podstawienia protonu H3PO4. Gdy kwas ortofosforowy traci proton, pozostaje jako jon dwuwodorofosforanowy, H 2 PO 4 -.
Jak zneutralizować ładunek ujemny, aby uzyskać sól magnezową? Jeśli Mg2 + liczy się dla dwóch dodatnich ładunków, to potrzebuje dwóch H 2 PO 4 -. W ten sposób otrzymuje się fosforan dikwasu magnezowego, Mg (H2PO4) 2 .
Następnie, gdy kwas traci dwa protony, pozostaje jon fosforanu wodoru, HPO 4 2-. Jak zneutralizować te dwa ładunki ujemne? Ponieważ Mg2 + potrzebuje tylko dwóch ładunków ujemnych do neutralizacji, oddziałuje z pojedynczym jonem HPO 4 2-. W ten sposób otrzymuje się fosforan kwasu magnezowego: MgHPO4.
Wreszcie, gdy wszystkie protony zostaną utracone, pozostaje anion fosforanowy PO 4 3-. Wymaga to złożenia trzech kationów Mg2 + i innego fosforanu w krystaliczne ciało stałe. Równanie matematyczne 2 (-3) + 3 (+2) = 0 pomaga zrozumieć te stosunki stechiometryczne dla magnezu i fosforanu.
W wyniku tych oddziaływań powstaje trójzasadowy fosforan magnezu: Mg 3 (PO 4 ) 2 . Dlaczego to jest tribasic? Ponieważ jest w stanie przyjąć trzy równoważniki H +, aby ponownie utworzyć H3PO4:
PO 4 3- (ac) + 3H + (ac) H 3 PO 4 (ac)
Fosforany magnezu z innymi kationami
Kompensacja ujemnych opłat może być również osiągnięta przy udziale innych gatunków pozytywnych.
Na przykład, aby zneutralizować PO4 3-, K +, Na +, Rb +, NH4 +, itp., Mogą również interweniować, tworząc związek (X) MgPO4. Jeśli X równa się NH4 +, powstaje bezwodny minerał struwitowy (NH4) MgPO4.
Biorąc pod uwagę sytuację, w której interweniuje inny fosforan i zwiększają się ładunki ujemne, do interakcji można dodać inne dodatkowe kationy, aby je zneutralizować. Dzięki temu można zsyntetyzować wiele kryształów fosforanu magnezu (na przykład Na 3 RbMg 7 (PO 4 ) 6 ).
Struktura
Górny obraz ilustruje interakcje między jonami Mg2 + i PO4-3, które definiują strukturę krystaliczną. Jednak to tylko obraz demonstruje raczej czworościenną geometrię fosforanów. Następnie struktura krystaliczna obejmuje czworościany fosforanów i kulek magnezu.
W przypadku bezwodnego Mg 3 (PO 4 ) 2 jony przyjmują strukturę romboedryczną, w której Mg 2+ jest skoordynowany z sześcioma atomami O.
Powyższe zilustrowano na obrazku poniżej, z zaznaczeniem, że niebieskie kule są kobaltem, wystarczy je zmienić na zielone kule magnezu:
W samym środku struktury może znajdować się ośmiościan utworzony przez sześć czerwonych sfer wokół niebieskawej kuli.
Te struktury krystaliczne są również zdolne do przyjmowania cząsteczek wody, tworząc hydraty fosforanu magnezu.
Dzieje się tak, ponieważ tworzą one wiązania wodorowe z jonami fosforanowymi (HOH-O-PO3 3-). Ponadto każdy jon fosforanowy jest w stanie przyjąć do czterech wiązań wodorowych; to znaczy cztery cząsteczki wody.
Ponieważ Mg 3 (PO 4 ) 2 ma dwa fosforany, może przyjmować osiem cząsteczek wody (co dzieje się z bobierrylem mineralnym). Z kolei te cząsteczki wody mogą tworzyć wiązania wodorowe z innymi lub oddziaływać z dodatnimi centrami Mg2 +.
Właściwości
Jest to białe ciało stałe, tworzące krystaliczne płytki rombowe. Nie ma też zapachu ani smaku.
Jest bardzo nierozpuszczalny w wodzie, nawet gdy jest gorący, ze względu na wielką energię sieci krystalicznej; jest to produkt silnych oddziaływań elektrostatycznych między wielowartościowymi jonami Mg2 + i PO4 3-.
Oznacza to, że gdy jony są wielowartościowe, a ich promienie jonowe nie różnią się znacznie pod względem wielkości, ciało stałe wykazuje odporność na jego rozpuszczanie.
Topi się w temperaturze 1184 ° C, co również wskazuje na silne oddziaływania elektrostatyczne. Właściwości te różnią się w zależności od tego, ile cząsteczek wody jest absorbowanych i czy fosforan występuje w niektórych jego protonowanych postaciach (HPO 4 2- lub H 2 PO 4 -).
Używa
Stosowano go jako środek przeczyszczający w stanach zaparć i kwasowości żołądka. Jednak jego szkodliwe skutki uboczne - przejawiające się powstaniem biegunki i wymiotów - mają ograniczone zastosowanie. Ponadto może spowodować uszkodzenie przewodu pokarmowego.
Obecnie bada się zastosowanie fosforanu magnezu w naprawie tkanki kostnej, badając zastosowanie Mg (H 2 PO 4 ) 2 jako cementu.
Ta postać fosforanu magnezu spełnia następujące wymagania: jest biodegradowalna i zgodna histologicznie. Ponadto zaleca się jego zastosowanie w regeneracji tkanki kostnej ze względu na jej siłę i szybkie ustawienie.
Ocenia się stosowanie bezpostaciowego fosforanu magnezu (AMP) jako biodegradowalnego i nieegzotermicznego cementu ortopedycznego. Aby wytworzyć ten cement, proszek AMP miesza się z alkoholem poliwinylowym, aby utworzyć kit.
Główną funkcją fosforanu magnezu jest zapewnienie udziału Mg w żywych istotach. Ten pierwiastek ingeruje w liczne reakcje enzymatyczne jako katalizator lub pośrednik, niezbędny do życia.
Niedobór Mg u ludzi wiąże się z następującymi efektami: obniżonymi poziomami Ca, niewydolnością serca, zatrzymaniem Na, obniżonymi poziomami K, zaburzeniami rytmu, długotrwałymi skurczami mięśni, wymiotami, nudnościami, niskimi poziomami krążenia hormon przytarczyc i żołądek oraz skurcze menstruacyjne, między innymi.
