1

Metale w stomatologii

Zakład Chemii Medycznej PUM

2

Właściwości metali

Metale zazwyczaj są:

twarde,

połyskliwe,

mają dużą gęstość zależną od masy atomowej pierwiastka i typu struktury krystalicznej, która decyduje o sposobie upakowania atomów w sieci.

dobrze przewodzące ciepło i elektryczność, co jest uwarunkowane wiązaniami metalicznymi

3

Wiązanie metaliczne

konfiguracja elektronowa Na - 1s22s22p63s1

elektron walencyjny 3s1 otacza chmurą elektronową jon sodu Na+

zbliżenie dwóch atomów Na utworzy cząsteczkę Na2, elektrony walencyjne będą się swobodnie poruszać w obrębie całej cząsteczki.

zbliżenie większej ilość atomów, tworzących kryształ sodu powoduje, że elektrony walencyjne będą się poruszać w objętości całego kryształu

wytworzony gaz elektronowy przenikając przestrzeń międzyjonową, w skutek oddziaływań elektrostatycznych przyciąga do siebie dodatnie jony, gęsto je upakowując

atom sodu

cząsteczka Na2

kryształ sodu

4

Wiązanie metaliczne

Obecność gazu elektronowego w krysztale metalu

warunkuje jego

nieprzezroczystość

połysk metaliczny

dobre przewodnictwo elektryczne

dobre przewodnictwo cieplne

plastyczność tj. kowalność i ciągliwość

5

Wiązanie metaliczne

Anizotropia kryształów jest konsekwencją

uporządkowanej struktury krystalicznej.

W krysztale metalicznym brak jest kierunków

uprzywilejowanych /anizotropii/wskutek czego

możliwe jest przesunięcie jednej płaszczyzny

sieciowej wzdłuż drugiej , nie powodując przy tym

pęknięcia kryształu

6

Metale wykorzystywane w stomatologii

Metale szlachetne: złoto, pallad i platyna

wysoka odporność na korozję

Metale nieszlachetne: tytan, nikiel, miedź, srebro i cynk

gwarantują wytrzymałość, elastyczność i odporność na ścieranie

stopów dentystycznych

7

Podstawowe metale

stosowane w stomatologii – złoto

Złoto znajduje się w dodatkowej rodzinie miedziowców

Ciężar właściwy 19,3

temperatura topnienia 1062oC

temperatura wrzenia 2600oC

jest bardzo miękkie, kowalne i ciągliwe.

jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności.

ze srebrem, platyną i palladem

miesza się tworząc roztwory stałe

Ta 4,85 kg bryłka złota została

znaleziona w południowej

Pustyni Kalifornijskiej przez

prywatnego poszukiwacza

przy użyciu wykrywacza

metalu

8

Podstawowe metale

stosowane w stomatologii – złoto

Rozpuszcza się w:

wodzie królewskiej

Au + HNO3 + 4 HCl HAuCl4 + NO + 2H2O

wodzie chlorowej

9

Wkład jest to ćwiek wykonany z metalu (złoto/stop stali) lub

z włókna szklanego.

10

Podstawowe metale

stosowane w stomatologii – platyna

Należy do rodziny platynowców.

ciężar właściwy 21,45

temperatura topnienia 1773oC

temperatura wrzenia 4300oC

jest metalem średnio twardym

daje się łatwo kuć i walcować

charakteryzuje się dużą odpornością na działanie czynników chemicznych

rozpuszcza się tylko w wodzie królewskiej tworząc kwas chloroplatynowy H2PtCl6

11

Podstawowe metale

stosowane w stomatologii – platyna

Ze względu na wysoką cenę nie jest często stosowana w protetyce

Jest używana jako dodatek do złota (w ilości 5-10%)

Platyna zmienia właściwości złota:

nadaje sprężystość

zmienia barwę

podnosi temperaturę topnienia.

Stopy złoto-platynowe służą do wyrobu:

łuków i klamer

drucianych aparatów ortodontycznych

12

Podstawowe metale stosowane

w stomatologii – iryd

Iryd zajmuje miejsce w

trzeciej triadzie platynowców

Ciężar właściwy 22,42

temperatura topnienia 2440oC

temperatura wrzenia 4400oC

jest metalem srebrzystobiały, kruchym ale bardzo twardym

Ma bardzo dużą odporność chemiczną.

ulega jedynie działaniu chloru i fluoru,

NIE rozpuszcza się w wodzie królewskiej.

13

Podstawowe metale stosowane

w stomatologii – iryd

stopy irydu (10%) z platyną są bardziej twarde i odporne chemicznie

niż czysta platyna

10% dodatek irydu do złota znacznie zwiększa jego twardość i

wytrzymałość

służą do wyrobu ćwieków do licówek porcelanowych

14

Podstawowe metale stosowane

w stomatologii – pallad

Pallad w układzie okresowym zajmuje miejsce w drugiej triadzie

platynowców.

Ciężar właściwy 11,97

temperatura topnienia 1549oC

temperatura wrzenia 2540oC

jest niezbyt twardy

plastyczny

ciągliwy

15

Podstawowe metale stosowane

w stomatologii – pallad

Reaktywność chemiczna:

Rozpuszcza się w

kwasie azotowym

kwasie siarkowym,

bardzo łatwo w wodzie królewskiej

Dodatek 20% palladu do złota z platyną daje

tzw. białe złoto.

Stop palladu ze srebrem w stosunku 9:1 służy do wyrobu ćwieczków do licówek porcelanowych.

Wchodzi w skład lutu platynowego.

16

Metale pomocnicze stosowane w stomatologii

Srebro

Właściwości fizyczne i chemiczne:

jest niezbyt twarde

wytrzymałe na obciążenia

łatwe w obróbce chemicznej i termicznej, ciągliwe

jest najlepszym przewodnikiem ciepła i elektryczności

rozpuszcza się w kwasie azotowym i siarkowym

Srebro tworzy stopy z wieloma metalami:

z palladem i złotem miesza się w dowolnym stosunku tak w stanie stałym, jak i ciekłym

łączy się z H2S, tworząc siarczek (Ag 2S)

łączy się z chlorem, tworząc (AgCl)

17

Srebro w czystej postaci nie jest używane w protetyce jako materiał podstawowy

Sole srebra są trujące!

Może być stosowane pod warunkiem, że nie będzie miało kontaktu z płynami środowiska jamy ustnej.

Ma zastosowanie :

jako wkłady korzeniowe do koron,

do czasowych prac ortodontycznych

jako składnik złota dentystycznego

Metale pomocnicze stosowane w stomatologii

Srebro

18

Uzupełnienie protetyczne stałe korony porcelanowe

na podbudowie metalowej ze stali lub złota

19

Protezy to nowoczesne uzupełnienia protetyczne o metalowym

szkielecie, zredukowanej płytce akrylowej, w której osadzone są zęby

akrylowe lub porcelanowe, w których metalowe klamry i ciernie

zakotwiczają protezę na podłożu.

20

Metale pomocnicze stosowane

w stomatologii Rtęć

w temperaturze pokojowej jest ona gęstym, płynnym metalem

zaliczana jest do rodziny cynkowców

ciężar właściwy 13,54 g/cm3

temperatura krzepnięcia -38,89oC

temperatura wrzenia 356,90oC

rtęć rozpuszcza wszystkie metale z wyjątkiem żelazowców i platynowców.

ulega tylko działaniu kwasu azotowego

21

Metale pomocnicze stosowane

w stomatologii Tytan

pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych

liczba atomowa 22

lekki, posiada wysoką wytrzymałość mechaniczną,

odporny na korozję (w tym również wody morskiej i chloru)

metal o szarawym kolorze

dodawany jako dodatek stopowy do żelaza, aluminium, wanadu,

molibdenu i innych.

Stopy tytanu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym (silniki

odrzutowe, promy kosmiczne), militarnym, procesach metalurgicznych,

motoryzacyjnym, medycznym (protezy dentystyczne, ortopedyczne

klamry), sportów ekstremalnych i innych

22

Metale pomocnicze stosowane

w stomatologii Tytan

Tytan stosowany jest w protetyce dentystycznej

posiada kilkakrotnie niższe niż tradycyjne materiały protetyczne przewodnictwo cieplne

duża twardość, wytrzymałość mechaniczna oraz trwałość

nie wywołuje reakcji alergicznych i jest odporny na korozje

do leczenia złamań kości stosuje się stopy tytanu z Al, Nb i Ta oraz tytanu z Al i Nb Na przykład tzw. klamry Blounta, których żywotność wynosi około 20 lat, wykonane są ze stopu tytanu (43-47%) z niklem (53-57%) charakteryzującego się pamięcią kształtu

innym zastosowaniem stopów Ni-Ta są płytki implantacyjne oraz urządzenia do leczenia zgryzu u dzieci

23

Tytan jest metalem bardzo często stosowanym w

implantologii i coraz częściej w protetyce

Główna zaleta to wytwarzanie

powierzchniowej warstwy

tlenków, która chroni go przed

korozją i wchodzeniem w reakcje

chemiczne z płynami tkankowymi.

Po wprowadzeniu implantu

bezpośrednio do kości następuje

proces osteogenezy kontaktowej tj.

narastania kości bezpośrednio na

powierzchnię implantu.

24

Osteointegracja

Po pewnym czasie następuje połączenie kości z powierzchnią implantu i jest on naturalnie obciążany , można powiedzieć, że następuje osteointegracja

Zdjęcie mikroskopowe pokazujące

komórkę kościotwórczą na powierzchni implantu

25

Wkręt czyli właściwa część implantu

Implanty zębowe są umieszczane w kości, to, co

widzimy w jamie ustnej nazywamy fachowo

koroną zęba

Naturalny ząb (1)

Implant stomatologiczny (2)

Korona zęba (3)

26

Tytan

Z punktu widzenia

biomechaniki podstawową

funkcją implantu jest

przeniesienie siły powstającej

w czasie żucia na kość

Do implantu przymocowany

jest metalowy

lub cyrkoniowy łącznik

protetycznym, który stanowi

podbudowę dla porcelanowej

korony.

27

Stopy metali – kryteria podziału

Stopy możemy podzielić ze względu na:

ilość składników szlachetnych i nieszlachetnych, np. 60% Au, 10% Pl, 5% Pt i 25% Cu - łączna „szlachetność”

stopu wynosi 75%.

dominujący w nim metal np. stopy oparte na złocie

kolor – stopy w kolorze żółtym lub srebrnym

(czasami nazywanym białym).

na zastosowanie - stopy do wykonywania wypełnień

oraz lutowia.

28

Własności stopów nie są z reguły, średnią z

własności metali stopowych

dodatek nawet niewielkiej ilości jakiegoś metalu lub

pierwiastka niemetalicznego do tworzonego stopu, powoduje

diametralną zmianę jego własności

na przykład platyna w stopie złota w niewielkiej ilości (5-

10%) podnosi twardość i sprężystość stopu, pallad bądź nikiel

podnoszą jego twardość.

o własnościach stopów decyduje wiele czynników m.in. skład,

warunki odlewu, budowa krystaliczna, sposób obróbki

mechanicznej, uszlachetnienie termiczne itp.

29

Stopy metali

Stopy metali mają strukturę krystaliczną.

Podczas tężenia roztopionego stopu dochodzi do formowania się i powiększania kryształów (ziaren).

Im ziarna są mniejsze, tym lepsze właściwości posiada dany stop.

W celu powstawania jak najmniejszych ziaren do stopów dodaje się składniki uszlachetniające np. iryd i ruten.

W stopach o dużej zawartości metali nieszlachetnych dominują ziarna krystaliczne o większej średnicy

30

Wymagania stawiane podstawowym

stopom metali

łatwość topienia

łatwość dokonywania odlewu (stopy o dużej gęstości i dobrej

płynności po stopieniu są łatwiejsze do odlewania)

łatwość obróbki

odporność na korozję i zmatowienie w środowisku jamy

ustnej

biozgodność: nie powinny być toksyczne ani alergizować

ustroju, nie powinny zawierać toksycznych związków

mogących wpływać szkodliwie na personel techniczny w

trakcie obróbki stopów

31

Wymagania stawiane podstawowym

stopom metali

odpowiednie właściwości mechaniczne, zwłaszcza:

• duża wytrzymałość plastyczna, szczególnie w przypadku stopów narażonych na działanie dużych sił

• odpowiednia ciągliwość zapobiegającą niezamierzonemu złamaniu w trakcie procedury doginania

• odpowiednia twardość, której wskaźnikiem jest trudność w rozdrabnianiu (mieleniu) stopu i jego wykańczaniu

• odporność na ścieranie

nie powinny być zbyt kosztowne. Idealny stop odlewowy powinien być stosunkowo tani, zarówno jeśli chodzi o koszt samego materiału, jak i koszty jego obróbki.

32

Stopy metali – kryteria podziału wg ANSI/ASA (American National Standards Institute /American Dental Association)

Rodzaj stopu Zawartość złota [% wagowy]

Zawartość metali szlachetnych

Wysoko szlachetny

> 40

> 60

Szlachetny

nieokreślona

> 25

O przewadze metali

szlachetnych

nieokreślona

< 25

33

Stopy metali – najważniejsze cechy

Do najistotniejszych właściwości stopów należą:

przedział topnienia,

gęstość,

wytrzymałość i twardość.

34

Stopy metali – przedział topnienia

Stopy metali topią się w ściśle określonym przedziale temperatur.

Jeśli przedział topnienia stopu wynosi 950o -1000oC, to w trakcie ogrzewania:

950oC pierwsze oznaki topnienia

975oC temperaturze część stopu będzie płynna, ale niektóre składniki pozostaną jeszcze w stanie stałym

1000oC cały stop przejdzie w postać płynną

35

Stopy metali – przedział topnienia

likwidus - temperatura, w której stop w całości przechodzi w postać płynną,

solidus - temperatura, w której stop podczas chłodzenia przechodzi w całości w postać stałą,

stop może być użyty do odlewania, gdy temperatura jego będzie wyższa od likwidusa.

solidus ma duże znaczenia w procesie lutowania.

jeśli lutowie doprowadzi do podgrzania stopu powyżej solidusa, to dojdzie do zmiany kształtu stopu

36

Stopy metali – gęstość stopu

Gęstość stopów dentystycznych mieści się w przedziale

od 4,5 g/cm3 (stopy tytanowe)

do 18,5 g/cm3 (niektóre stopy wysoko szlachetne)

Rodzaj stopu Przedział topnienia [oC] Gęstość [g/cm3]

Wysoko szlachetny

złoto-platyna

złoto-miedź-srebro

1045 – 1140

910 – 1065

18,5

15,6

Szlachetny

srebro-złoto-miedź

pallad-miedź

srebro-pallad

865 – 925

1100 – 1190

1020 – 1100

12,4

10,6

10,6

O przewadze metali szlachetnych

na bazie niklu

na bazie kobaltu

na bazie tytanu

1275

1400 – 1500

1700

7,5

7,5

4,5

37

Stopy metali – wytrzymałość stopu

granica plastyczności – oznacza siłę przyłożoną na jednostkę powierzchni, przy której dojdzie do trwałego odkształcenia stopu

jednostką plastyczności są megapaskale (MPa)

wartość granicy plastyczności stopów waha się w przedziale

260-1150 MPa

odkształcenie – wielkość zniekształcenia, jakiemu podlega stop, wyrażona w procentach

gdy granica plastyczności wynosi 750 MPa z odkształceniem 0,2%, oznacza to, że siła 750 MPa działająca na próbkę stopu spowoduje jej odkształcenie o 0,2%

38

Stopy metali – twardość stopu

cecha umożliwiająca jego polerowanie

twardość stopów ma związek z granicą plastyczności.

pomiaru twardości dokonuje się nacinając powierzchnię za pomocą diamentowej końcówki przykładając określone obciążenie.

jednostką twardości jest kg/mm2.

oznacza to wielkość masy [kg], jaką należy zastosować,

aby wykonać nacięcie o powierzchni 1 mm2

twardość stopów dentystycznych zawiera się w przedziale

125 – 425 kg/mm2

twardość szkliwa zębowego wynosi

343 kg/mm2

39

Amalgamat

amalgamat stanowi mieszaninę stopu srebra z płynną rtęcią

stop srebra jest proszkiem składającym się ze srebra, cyny i miedzi

po zmieszaniu stopu srebra z rtęcią zachodzi reakcja chemiczna, która prowadzi do powstania amalgamatu stomatologicznego

powstaje on w reakcji

stop srebra + rtęć -> amalgamat stomatologiczny

w pierwszym etapie jest plastyczny

po stwardnieniu przewyższa twardością inne wypełnienia stomatologiczne.

40

Amalgamat

obecnie stosuje się stopy srebra o dużej zawartości miedzi (13 – 30%)

amalgamaty powstałe ze stopów srebra o dużej zawartości miedzi są (w porównaniu do stopów o małej zawartości Cu 2 – 4%)

bardziej wytrzymałe na zgniatanie i rozciąganie

mniej podatne na korozję

bardziej odporne na pęknięcia brzeżne

skład stopów srebrowych wysoko miedziowych jest

następujący:

srebro 40 – 60%

cyna 27 – 30%

miedź 13 – 30%

41

Amalgamacja

połączenie stopu srebra z rtęcią rozpoczyna proces rozpuszczania stopu w rtęci

w trakcie rozpuszczania się rozpoczyna się reakcja chemiczna prowadząca do krystalizacji mieszaniny

efektem tego jest gęstnienie i twardnienie amalgamatu

Twardnienie amalgamatu rozpoczyna się

przed całkowitym rozpuszczeniem się wszystkich cząstek stopu

związany amalgamat zawiera dużą ilość cząstek stopu srebra, otoczonych przez nowy produkt reakcji chemicznej zachodzącej w amalgamacie

uproszczony zapis amalgamacji:

stop srebra (cyna - srebro - miedź) + rtęć

stop srebra (nie przereagowany) + miedź-cyna + srebro-rtęć

po zakończeniu procesu amalgamacji nie ma

w amalgamacie niezwiązanej rtęci