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Idrossiapatite

  |   Chimica, Chimica Generale

L’ idrossiapatite è un minerale in cui è presente il gruppo fosfato che, unitamente alla fluorapatite e alla cloroapatite, fa parte delle apatiti.

La formula dell’idrossiapatite è Ca5(PO4)3(OH) anche se spesso viene indicata come Ca10(PO4)6(OH)2 in quanto la cella elementare del cristallo è costituita da due molecole. Sebbene sia un minerale abbastanza raro l’idrossiapatite costituisce il maggiore componente delle ossa infatti il 99% del calcio presente nell’organismo umano è immagazzinato nel tessuto osseo   sotto forma di idrossiapatite. Quest’ultima è inoltre presente nello smalto dei denti che costituisce il tessuto più duro del corpo umano. Lo smalto è costituito infatti per circa il 96% da idrossiapatite, dall’1% da matrice organica e dal 3% da acqua.

La carenza di idrossiapatite può portare allo sviluppo di alcune patologie, quali, ad esempio, l’osteoporosi malattia che colpisce nello specifico molte donne in età post-menopausale che porta a una maggiore fragilità delle ossa con conseguente rischio di fratture.

Nei denti in condizioni normali l’idrossiapatite presente nello smalto e nella dentina, è organizzata in strutture aventi alta densità con conseguente durezza e resistenza che costituiscono i presupposti per mantenere l’integrità del dente.

I microrganismi presenti nel cavo orale, che aderiscono al dente nella forma di placca batterica, se non sono mantenuti sotto controllo con una adeguata igiene orale e con frequente ablazione del tartaro  riescono a dissolvere la matrice minerale creando lesioni cavitate con conseguente formazione della carie dentale.

La placca batterica è formata da sostanze di origine alimentare ed è popolata da un gran numero di batteri tra cui lo streptococco mutans e il lactobacillo. Quest’ultimo, nutrendosi degli zuccheri presenti nella placca batterica produce scorie acide che possono intaccare la superficie dello smalto dentario.

Dissoluzione

La dissoluzione dell’idrossiapatite è regolato dal prodotto di solubilità  che ha un valore di 2.34∙10-59. Detta x la solubilità molare dell’idrossiapatite, e stante il suo equilibrio di dissociazione:

Ca5(PO4)3(OH)(s) ⇄ 5 Ca2+ + 3 PO43- + OH

all’equilibrio si ha:

[Ca2+] = 5x

[PO43-] = 3x

[OH] = x

Sostituendo tali valori nell’espressione della costante di equilibrio si ha:

Kps = 2.34 ∙ 10-59 = [Ca2+]5 [PO43-]3[OH] = (5x)5 (3x)3(x) = 84375 x9

Da cui x = solubilità molare = 8.67 ∙ 10-9 M

Tale equilibrio è influenzato dal pH: un valore basso di pH sottrae ioni OH dall’equilibrio di dissociazione spostandolo, in base al Principio di Le Chatelier verso destra con conseguente aumento della solubilità. Inoltre lo ione fosfato è la forma deprotonata dell’acido fosforico e dà luogo ai seguenti equilibri:

PO43- + H+ ⇄ HPO42-

HPO42-+ H+ ⇄ H2PO4

H2PO4+ H+ ⇄ H3PO4

Anche per lo ione fosfato quindi una diminuzione di pH comporta una dissoluzione dell’idrossiapatite.

Quando la saliva presenta valori di pH più bassi si raggiunge un valore di pH critico al di sotto del quale avviene l’erosione dello smalto. La saliva, infatti, ha un pH che oscilla nel range tra 6.5 e 7.5, ma nel caso si verifichi un’acidificazione dovuta a scarsa igiene o all’introduzione di cibi o bevande a basso pH si verifica la solubilizzazione dell’idrossiapatite predisponendo all’insorgenza della carie dentaria.

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