Общая характеристика и получение. Общая характеристика и получение Состав фосфат кальция фосфат бария

Трехосновная фосфорная кислота образует с кальцием три типа солей. Это гидрофосфат кальция CaHPO4, дигидрофосфат кальция Ca(H2PO4)2 и ортофосфат или фосфат кальция, формула которого имеет вид: Ca3(PO4)2. Эта соль является неорганическим веществом, при стандартных условиях находится в твердом состоянии, а в жидкое переходит (плавится) при температуре более 1200 С. Плотность равняется 2,81 г/см³, молярная масса — 310,2 г/моль. Фосфат кальция плохо растворяется в воде: при 20 С массовая доля его не превышает 0,0025 %. В отличие от большинства других соединений, уровень растворимости его снижается с ростом температуры. Таким образом, в системах отопления эта соль способна образовывать отложения.

Фосфат кальция представляет собой белое кристаллическое вещество, которое входит в состав (относится к классу фосфатов, содержащих до 56 % СаО и, примерно, 41 % Р2O5), фосфорита (волокнистый или плотный агрегат апатита, содержащий свыше 18 % Р2O5) и гидроксилапатитов (основной компонент костной ткани человека и животных). Доказано происхождение некоторых месторождений из экскрементов или трупов животных. Другие месторождения (например, в древних морях) образовались в результате жизнедеятельности «фосфоробактерий». Но в некоторых местах залежи этого полезного ископаемого имеют чисто минеральное происхождение. Все они широко распространены в природе и используются в народном хозяйстве.

Апатит служит сырьем для получения фосфора, фосфорных удобрений и фосфорной кислоты, а также применяется в цветной и черной металлургии, в производстве стекла и керамики. Природные минералы фосфориты являются породами различного происхождения, но чаще осадочными, их используют для дальнейшего обогащения и в производстве фосфатных удобрений. Запасы фосфоритов и апатитов имеют большое значение для сельского хозяйства, так как используются не только для получения удобрений, но и в качестве источника кальция для подкормки птиц или скота: кормовой фосфат кальция выпускают по ГОСТ 23999-80.

Минерал неорганического происхождения — апатит — находит применение более чем в двадцати производственных процессах. Его используют в производстве абразивов, стекла и керамики, а также для получения фосфорной кислоты и свободного фосфора. Процесс протекает по схеме: 3SiO2 + Ca3(PO4)2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P. Это вещество востребовано также в пищевой промышленности: выпускается в виде пищевых добавок Е341 по ГОСТ Р 53945-2010, куда, наряду с 1- и 2-замещенными солями ортофосфорной кислоты, входит фосфат кальция. Получение этого продукта подразумевает жесткие требования к исходному сырью. В производстве пищевых добавок используют кислоту ортофосфорную марки А по ГОСТ 10678-76, гидроокись кальция по ГОСТ 9262-77 и химически осажденный мел по ГОСТ 8253-79.

Минерал, содержащий фосфат кальция, играет важную роль в человеческом организме. Гидроксилапатит может быть представлен формулой 3Са3(РО4)3.Ca(OH)2. Он является основной составляющей и строительным материалом костей человека. Этот минерал входит в состав эмали зубов в виде фторапатита. Суточная потребность в фосфоре велика и лежит в пределах от 800 до 1500 мг. За метаболизм фосфорных соединений в организме человека отвечает печень, а регулируют этот процесс гормоны и витамин D. Различные заболевания костей и зубов развиваются при недостатке в организме фосфора. Фосфат кальция поступает с продуктами питания, укрепляет зубы и кости, а в сочетании с другими минералами поддерживает работу сердечно-сосудистой системы, предотвращает возникновение рака толстой кишки, регулирует функции нервов, участвует в строительстве коллагена, способствует снижению холестерина. Фосфаты выводятся с калом, а с мочой ежедневно выделяется около 4 г солей фосфорной кислоты.

Основные источники кальция фосфата для человека — коровье молоко и молочные продукты, крупы, обогащенные соки, сыр, козье молоко, лосось, сардины и анчоусы. Будучи плохо растворимым в воде, фосфат кальция находится в высокой концентрации в молоке, поскольку существует в в виде мицелл — частиц, состоящих из очень маленького нерастворимого ядра, которое окружено молекулами растворителя и адсорбированными ионами. Входит в состав казеина молока, точнее, казеината кальция, который относится к фосфопротеинам, так как содержит фосфатную группу. Однако специалисты рекомендуют избегать избытка фосфата кальция, особенно в виде обогащенных продуктов и добавок, если человек имеет одно из следующих заболеваний: паращитовидных желез, наличие камней в почках или во время постоянного лечения, включающего антибиотики тетрациклинового ряда.

Фосфат кальция содержится в больших количествах в костной ткани человека. Его много в молоке и других молочных продуктах. В то же время его можно найти в списке вредных пищевых добавок под номером Е341 . Как такое возможно, действительно ли имеется в виду одно и то же вещество?

Проблему усложняет то, что под названием «фосфат кальция» подразумеваются как минимум три соединения. Существует много названий и терминов, принятых в их отношении. Одни названия чаще используют в химии, другие в медицине, третьи в пищевой промышленности. Как они связаны и чем отличаются, попытаемся разобраться в этой статье.

Общие сведения

Фосфат кальция – это соль, образованная кальцием и фосфорной кислотой . Представляет собой белый порошок, без запаха и вкуса, нерастворимый в воде. Он входит в состав костей и зубов человека в виде гидроксиапатита. Около 70% костей человека состоит из этого вещества. Зубная эмаль содержит 96% гидроксиапатита.

Фосфат кальция содержится в молоке и некоторых молочных продуктах. Поскольку он нерастворим, то находится в молоке в виде микроскопических взвешенных частиц. Он связан с молочным белком казеином и частично входит в его состав.

В пищевой промышленности используется как добавка Е341 . Его применяют в качестве разрыхлителя, уплотнителя, регулятора кислотности. Впрочем, это применение основано не на полезных свойствах вещества, а на технологических. Нерастворимый в воде порошок хорошо структурирует продукты.

Получают это вещество синтетически, из фосфоритной муки и фосфорной кислоты. Другой способ получения – обработка фосфорной кислотой гашеной извести.

Разновидности и их названия

Фосфат кальция имеет три разновидности, у которых разные химические формулы и обозначения:

Химическая формула	Химическое название	Технические названия	Обозначение в качестве пищевой добавки	Где применяется чаще всего
Са(H 2 PO 4) 2	Дигидро-фосфат	Однозамещенный фосфат	Е341 i	Как удобрение. В составе биологически-активных добавок (БАД)
CaHPO 4	гидрофосфат	Двухзамещенный, дикальцийфосфат	Е341 ii	В медицине – зубные пасты, БАД. Как удобрение в сельском хозяйстве
Ca 3 (PO 4) 2	фосфат	Трехзамещенный, трикальцийфосфат	Е341 iii	В животноводстве как подкормка

Все эти три вещества применяются в качестве пищевых добавок. Все они выглядят примерно одинаково, представляют собой белые порошки, нерастворимые в воде. В кислой среде они, наоборот, хорошо растворяются, благодаря чему могут усваиваться человеком. Ведь в желудке содержится соляная кислота, которая создает высокую кислотность.

Польза

• Является хорошим источником кальция , требующегося для костей. В большом количестве содержится в молоке и молочных продуктах, вместе с белком казеином, с которым хорошо усваивается.
• Является источником фосфора , который нужен для нормальной работы мышц, требуется для синтеза белков и выполняет много важных функций в организме.
• Входит в состав зубной эмали и поэтому используется в зубных пастах. В основном в виде дикальцийфосфата CaHPO 4 . Это вещество также является мягким абразивом, то есть позволяет бережно очищать зубной налет, не повреждая эмали. Также в пастах используются его близкие аналоги глицерофосфат и гидроксиапатит.
• Препятствует слипанию и комкованию веществ в виде порошков, то есть является разрыхлителем . Поэтому его используют как пищевую добавку в производстве сухого молока, сухих сливок, хлебобулочных изделий.
• Применяется в производстве плавленых сыров как эмульгатор.
• Применяется в качестве минеральных удобрений в сельском хозяйстве как источник фосфора. В частности, дигидрофосфат с формулой Са(H 2 PO 4) 2 – основной компонент такого удобрения, как суперфосфат. А удобрение преципитат состоит из гидрофосфата с формулой CaHPO 4 .
• Входит в состав комбинированных кормов для животных . Чаще всего в виде трикальцийфосфата Ca 3 (PO 4) 2 .

Вред

Фосфат кальция содержится в организме в больших количествах, поэтому не представляет большой опасности. В то же время распространена таблица вредных пищевых добавок, в которой добавка Е341 описана как вызывающая расстройства желудка. С чем это связано?

В природных продуктах, таких как молоко, фосфат кальция находится вместе с другими компонентами, с которыми легче усваивается. Если же потреблять много продуктов, куда его добавляют искусственно, он начинает не усваиваться, а накапливаться и зашлаковывать организм. В этом виде он способен:

• Ухудшать работу желудочно-кишечного тракта.
• Вызывать почечную недостаточность и почечно-каменную болезнь.
• Способствовать образованию излишков холестерина.

Избыток фосфора может образовываться в организме при употреблении большого количества мясных продуктов, особенно колбас. Фосфат кальция используют как антиоксидант при производстве колбасы, зачастую с нарушением технологий и в слишком большом количестве – для увеличения объема и веса товара.

Добавка Е341 присутствует в плавленых сырах, маргарине, сухих смесях на основе муки, сухом молоке и сливках.

Кроме того, избыток фосфатов возникает при увлечении фастфудом и полуфабрикатами.

Фосфат кальция применяется как биологическая добавка при нехватке кальция и фосфора. Рекомендуется при переломах костей, ломкости ногтей. Используют при таком заболевании как остеопороз. Добавки, содержащие это вещество и его аналоги, советуют принимать в период беременности и лактации.

Входит в состав таких препаратов, как фтизион , остеогено н и множества БАДов (например, Camosten , Arthromil ). Чаще всего при этом используется дикальцийфосфат. Для полноценного усвоения этих добавок стоит придерживаться рекомендаций:

1. Употреблять лучше натощак, до приема пищи.
2. Кальций полноценно усваивается организмом в сочетании с витамином D, поэтому лучше употреблять препараты, которые содержат этот витамин. Если же используются другие, то витамин D стоит принять отдельно, за 1–2 часа до приема кальциевых препаратов.
3. Противопоказания для приема – заболевания паращитовидных желез, мочекаменная болезнь, индивидуальная непереносимость.

Аналогами фосфата кальция являются гидроксиапатит и глицерофосфат (правда, они стоят несколько дороже). Также в качестве кальциевых добавок употребляют цитрат и карбонат этого металла, которые хорошо усваиваются, но не содержат фосфора. Глюконат кальция, популярный в качестве источника этого элемента, относится к плохо усваиваемым препаратам.

Вывод

Фосфат кальция не представляет вреда при поступлении с обычной пищей. Но продукты, содержащие его как пищевую добавку Е341, должны вызывать настороженность. При частом употреблении таких продуктов могут накопиться излишки этого вещества в организме, которые способны стать причиной расстройств желудка и привести к почечно-каменной болезни. В большом количестве фосфат зашлаковывает организм.

С другой стороны, это вещество полезно принимать в виде БАДов, особенно если есть проблемы с костями. Его также рекомендуют беременным и кормящим женщинам.

На сайте в разделе Литература имеется подраздел «Нутрицевтики », содержащий статьи, затрагивающие, в том числе, вопросы применения минеральных добавок.

Лекарственные препараты, содержащие кальция фосфат

В России в настоящее время имеют регистрацию только такие не предназначенные для розничной торговли формы с единственным действующим веществом кальция фосфат, как субстанция-порошок и вспомогательное вещество-порошок.

У кальция фосфата имеются противопоказания, побочные действия и особенности применения, перед применением необходима консультация со специалистом.

Кальция фосфат - пищевая добавка

Кальция фосфат, как пищевая добавка, имеет код Е341 и характеризуется СанПиН 2.3.2.1293-03 как регулятор кислотности , улучшитель муки и хлеба, отвердитель, стабилизатор, текстуратор, разрыхлитель, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию, влагоудерживающий агент.

Существует несколько типов фосфатов кальция, используемых в пищевой промышленности:

• Е341(i) - ортофосфат кальция однозамещенный (написание в СанПиНе 2.3.2.1293-03: орто-Фосфат кальция 1-замещённый, англ. Monocalcium orthophosphate)
• Е341(ii) - ортофосфат кальция двузамещенный (в СанПиНе: орто-Фосфат кальция 2-замещённый, англ. Dicalcium orthophosphate)
• Е341(iii) - ортофосфат кальция трехзамещенный (в СанПиНе: орто-Фосфат кальция 3-замещённый, англ. Tricalcium orthophosphate)

В СанПиН 2.3.2.1293-03 отдельно выделена пищевая добавка Е542 Фосфат костный (фосфат кальция) (BONE PHOSPHATE (essentiale Calcium phosphate, tribasic)), которая характеризуется как эмульгатор, добавка, препятствующая слеживанию и комкованию, влагоудерживающий агент.

Статья в процессе написания

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Фосфат кальция представляет собой порошок белого цвета (рис. 1) очень плохо растворимый в воде.

Существует в виде двух полиморфных модификаций: моноклинной и гексагональной.

Рис. 1. Фосфат кальция. Внешний вид.

Основные характеристики фосфата кальция приведены в таблице ниже:

Получение фосфата кальция

Лабораторные способы получения фосфата кальция предполагают действие ортофосфорной кислоты на соли кальция (1) или гидроксид кальция (2):

3CaCO 3 + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3CO 2 + 3H 2 O (1);

3Ca(OH) 2 + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6H 2 O (2).

Химические свойства фосфата кальция

Фосфат кальция - это средняя соль, образованная сильным основанием - гидроксидом кальция (Ca(OH) 2) и слабой кислотой - ортофосфорной (H 3 PO 4). В водном растворе гидролизуется. Гидролиз протекает по аниону (теоретически возможны вторая и третья ступень). Наличие анионов ОН — свидетельствует о щелочном характере среды.

Первая ступень:

Ca 3 (PO 4) 2 ↔ 3Ca 2+ + 2PO 4 3- ;

3Ca 2+ + 2PO 4 3- + HOH ↔ HPO 4 2- + 3Ca 2+ + OH — ;

Ca 3 (PO 4) 2 + HOH ↔ CaHPO 4 + Ca(OH) 2 .

Вторая ступень:

CaHPO 4 ↔ Ca 2+ + HPO 4 2- ;

Ca 2+ + HPO 4 2- + HOH ↔ H 2 PO 4 — + Ca 2+ + OH — ;

CaHPO 4 + HOH ↔ Ca(H 2 PO 4) 2 + Ca(OH) 2 .

Третья ступень:

Ca(H 2 PO 4) 2 ↔ Ca 2+ + H 2 PO 4 — ;

Ca 2+ + H 2 PO 4 — + HOH ↔ H 3 PO 4 + Ca 2+ + OH — ;

Ca(H 2 PO 4) 2 + HOH ↔ H 3 PO 4 + Ca(OH) 2 .

Для фосфата кальция характерны все свойства солей:

— взаимодействие с сильными минеральными кислотами

Ca 3 (PO 4) 2 + 6HCl = 3CaCl 2 + 2H 3 PO 4 ;

— взаимодействие с солями, в результате которого одним из продуктов реакции является нерастворимое в воде соединение

Ca 3 (PO 4) 2 + 3Li 2 SO 4 = 2Li 3 PO 4 ↓ + 3CaSO 4 ;

— разложение при нагревании

Применение фосфата кальция

Фосфат кальция нашел применение в качестве добавки при производстве кормов для КРС и домашних птиц. Его используют при производстве минеральных удобрений, керамики и стекла. В пищевой промышленности фосфат кальция известен как добавка Е341 - разрыхлитель.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Вычислите массу фосфата кальция, который может прореагировать с концентрированным раствором соляной кислоты объемом 100 мл (массовая доля HCl 34%, плотность 1,168 кг/л).
Решение	Запишем уравнение реакции: Ca 3 (PO 4) 2 + 6HCl = 3CaCl 2 + 2H 3 PO 4 . Найдем массу раствора соляной кислоты, а также массу растворенного вещества HCl в нем: m solution =V solution × ρ; m solution =0,1 × 1,168 = 0,1168 кг = 116,8г. ω = m solute / m solution × 100%; m solute = ω / 100% ×m solution ; m solute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×m solution ; m solute (HCl) = 34 / 100% × 116,8 = 39,712 г. Рассчитаем количество моль соляной кислоты (молярная масса равна 36,5 г/моль): n(HCl) = m (HCl) / M (HCl); n (HCl) = 39,712 / 36,5 = 1,088 моль. Согласно уравнению реакции n (HCl) :n (Ca 3 (PO 4) 2) =6: 1. Значит, n(Ca 3 (PO 4) 2) = 1/6 ×n(HCl) = 1/6 ×1,088 = 0,2 моль. Тогда масса фосфата кальция, вступившего в реакцию будет равна (молярная масса - 310 г/моль): m (Ca 3 (PO 4) 2) = n (Ca 3 (PO 4) 2)× M (Ca 3 (PO 4) 2); m (Ca 3 (PO 4) 2) = 0,2× 310 = 62г.
Ответ	Масса фосфата кальция равна 62 г.

ПРИМЕР 2

Задание	Какая масса оксида фосфора (V) образуется в ходе реакции термического разложения фосфата кальция массой 46 г?
Решение	Запишем уравнение реакции термического разложения фосфата кальция: Ca 3 (PO 4) 2 = P 2 O 5 + 3CaO. Рассчитаем количество вещества фосфата кальция (молярная масса - 310 г/моль): n(Ca 3 (PO 4) 2) = m (Ca 3 (PO 4) 2) / M (Ca 3 (PO 4) 2); n (Ca 3 (PO 4) 2) = 46 / 310= 0,12моль. Согласно уравнению реакции n(Ca 3 (PO 4) 2) :n(P 2 O 5) =1:1 . Тогда количество моль оксида фосфора (V) будет равно: n(P 2 O 5) = n (Ca 3 (PO 4) 2) = 0,12моль. Найдем массу образовавшегося оксида фосфора (V) (молярная масса - 284 г/моль): m(P 2 O 5)= n(P 2 O 5)× M(P 2 O 5) = 0,12× 284 = 34,08г.
Ответ	Масса образовавшегося оксида фосфора (V) равна 34,08 г.

Ортофосфат кальция (пищевая добавка E-341 ) - представляет собой белый аморфный порошок, малорастворимый в воде, но растворяющийся в кислотах. В отличие от многих химических веществ растворимость фосфатов падает с увеличением температуры. Из всех гидроксиапатитов (соединений фосфата кальция), ортофосфат кальция наиболее устойчив к воздействию внеклеточных жидкостей организма и выполняет важную роль в ряде физиологических процессов. Природные источники: Фосфаты кальция содержатся в молоке. В организме человека кальций существует в основном в виде фосфатов кальция. Кости человека на семьдесят процентов состоят из фосфатов кальция. Зубная эмаль тоже большей частью состоит из гидроксиапатитов.

Подвиды ортофосфатов кальция, используемых в пищевой промышленности:

E-341 (I)monocalcium phosphate - ортофосфат кальция однозамещенный с химической формулой: Ca2); E-341 (II)dicalcium phosphate - ортофосфат кальция двузамещенный с химической формулой: CaHPO4; E-341 (III)tricalcium phosphate - ортофосфат кальция трехзамещенный, имеющий молекулярную формулу: Ca3O8P2. Получение Е-341 Ортофосфат кальция получают из минералов, и химическим путем - взаимодействием ортофосфорной кислоты с оксидом кальция или известковым молоком и гидролизом гидроортофосфата кальция. С 70-х годов прошлого века во всем мире проводятся разнообразные исследования, изучающие биологическое поведение ортофосфатов. Негативное воздействие добавки Е-341 на организм пока научно не доказано, но в сети распространены слухи о том, что добавка Е-341 вызывает заболевания кишечно-желудочного тракта и расстройство желудка.

Применение ортофосфата кальция

Пищевая добавка E-341 используется в пищевой промышленности как стабилизатор, регулятор кислотности , разрыхлитель, фиксатор окраски. Кроме того ортофосфаты кальция применяются в качестве эмульгирующей соли в производстве плавленых сыров. В сухом молоке и сливках пищевая добавка E-341 используется, как разделяющий агент и антислеживатель. Также ортофосфаты кальция используются в качестве антикристализатора сгущенного молока и уплотнителя растительных тканей в производстве фруктовых и овощных консервов. Наиболее часто добавка E-341 применяется в пищевой промышленности при производстве хлебобулочных изделий, специальных напитков (например, для спортсменов), концентрированного молока с высоким содержанием сухих веществ, сухого молока, сгущенного молока, мороженого, рыбных и мясных фаршей, ликероводочных изделий, сухих и травяных чаев, полуфабрикатов, сухих завтраков, продуктов быстрого приготовления, кондитерских изделий, разрыхлителей для выпечки, плавленых сыров, биологически активных добавок, консервированных фруктов и овощей.

Другие применения ортофосфатов кальция:

производство удобрений и минеральных подкормок для скота; один из компонентов зубных паст и порошков; используется в производстве керамики, стекол, мягких абразивов.