Nguyễn Thái Hưng

Lê Tiến Khoa

Phan Đình Minh

Trương Đào Ý Nhi

Đoàn Minh Ý Nhi

I. Giới thiệu :

DCPD là viết tắt của dicalcium phosphate dihydrate

Công thức : CaHPO4.2H2O

Công dụng : bột DCPD khoâng ñoäc cho raêng mieäng, đượcsử dụng làm bột đánh bóng trong kem đánh răng

Tác dụng đánh bóng của DCPD :

- Taùc duïng cô hoïc : các hạt DCPD va chạm, gaây ma saùt, laøm sạch các mảng bám răng. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu naøy caùc haït DCPD phaûi ñaït kích thöôùc vaø ñoä cöùng caàn thieát Kích thước hạt được chọn là 2-5μm, nếu kích thước lớn sẽ không tạo được hệ keo, kích thước quá nhỏ thì ma sát kém không làm sạch răng.

-Taùc duïng hoùa hoïc : raêng ngöôøi chuû yeáu laø hydroxyapatit Ca5(OH)(PO4)3, saâu raêng chuû yeáu laø do vieäc taán coâng vaøo men raêng cuûa caùc acid höõu cô. DCPD laø 1 chaát trung gian trong vieäc taùi taïo, hình thaønh, phuïc cheá laïi nhöõng choã bò acid höõu cô trung hoøa.

Laøm cöùng men raêng, khöû ñaéng vaø baûo quaûn

1Fluorides vaø caùc chaát phuï gia khaùc

Chaát laøm beàn raêng

1Moät loaïi carbohydrate coù trong taûo bieån

Carrageenan

Chaát hoaït ñoäng beà maët vaø chaát öùc cheá caùc enzyme gaây saâu raêng

2Sodium N-lauroyl sarcasinate

Chaát ñaùnh boùng27CaHPO4Dibasic calcium phosphate

Chaát laøm aåm vaø giöõ aåm

32CH2OH-CHOH-CH2OHGlycerol

Dung moâi vaø chaát ñoän

37H2ONöôùc

Chöùc naêng% Khoái löôïngCoâng thöùcThaønh phaàn

Th à n h p h n t r o n g k e m đá n h r ăn gầ

II. Điều chế DCPD:

Phương trình phản ứng :

Người ta sản xuất DCPD bằng cách cho H3PO4 vào huyền phù Ca(OH)2 ở nhiệt độ <20oC

Ca(OH)2 H3PO4+ CaHPO4.2H2O<20oC ΔH < 0

Phản ứng trên bao gồm các quá trình sau :

Ca(OH)2 Ca2+ 2OH-

H+ H2PO4-

+

H3PO4 +

H2PO4- H+ + HPO4

2-

2H+ 2OH-+ 2H2O

Ca2+ + HPO42- + 2H2O CaHPO4.2H2O

Ca(OH)2 H3PO4+ CaHPO4.2H2O<20oC

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Trong đó các quá trình (1), (2), (3) là quá trình thu nhiệt, các quá trình (4), (5) là quá trình tỏa nhiệt, đặc biệt quá trình (4) tỏa nhiệt rất mạnh (ΔHo=-57,3kJ/mol) nên cả phản ứng sẽ tỏa nhiệt.

Sự hình thành vaø toàn taïi cuûa DCPD chòu aûnh höôûng cuûa 2 yếu tố : nhiệt độ và nồng độ các tác chất

1. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ :

-Tất cả các thí nghiệm chỉ ra rằng :

+ Dưới 20oC quá trình trung hòa acid phosphoric chỉ diễn ra đến nấc thứ 2 duø ñaõ cho dö moät löôïng lôùn Ca(OH)2

+ Trên 20oC quá trình trung hòa acid phosphoric sẽ diễn ra đến nấc thứ 3

- C a ù c t h í n g h ie ä m c u û a B a s s e t t :

Khi cho hoãn hôïp caùc phosphate cuûa calcium vaøo nöôùc :

+ 80oC laø nhieät ñoä toái ña maø daïng dihydrate coù theå toàn taïi

+ Giöõa 30oC vaø 80oC coù caân baèng chuyeån hoùa töø daïng dihydrate sang daïng anhydrous

+ ÔÛ 30oC, coù 5 pha toàn taïi : dicalcium phosphate (daïng dihydrate vaø anhydrous), monocalcium phosphate monohydrate, dung dòch vaø hôi nöôùc

Daïng hydrate beàn cuûa dicalcium phosphate döôùi 30oC laø dihydrate hay coù theå laø moät soá daïng hydrate cao hôn

Sau ñoù oâng hoaøn thieän caùc pheùp ño nhieät ñoä cuûa mình vaø chæ ra raèng töø 21oC ñeán 36oC, coù caân baèng chuyeån hoùa töø daïng dihydrate sang daïng anhydrous

-Phaûn öùng taïo thaønh DCPD laø phaûn öùng toûa nhieät, theo nguyeân lí chuyeån dòch caân baèng cuûa Le Chaâtelier : phaûn öùng ñaït hieäu suaát cao khi ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä thaáp, nhöng nhieät ñoä cuõng khoâng ñöôïc quaù thaáp vì vaän toác phaûn öùng seõ chaäm

K e á t lu a ä n : Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä < 20o C ñeå :

+ Ñaït ñöôïc hieäu suaát cao, vaän toác phaûn öùng khoâng quaù chaäm

+ Khoáng cheá soá phaân töû nöôùc ngaäm trong saûn phaåm (nhieät ñoä quaù cao : saûn phaåm ngaäm khoâng ñuû nöôùc, nhieät ñoä quaù thaáp : saûn phaåm ngaäm nhieàu hôn 2 phaân töû nöôùc)

+ Khoáng cheá söï trung hoøa acid phosphoric döøng ôû naác thöù 2

B ie ä n p h a ù p ñ e å g iö õ n h ie ä t ñ o ä p h a û n ö ù n g < 2 0 o C t h e o y e â u c a à u : Thoâng thöôøng ta coù theå ñaët heä thoáng trong moät phoøng ñieàu nhieät nhöng trong tröôøng hôïp naøy vì taùc chaát vaø saûn phaåm ôû theå keo, quaù trình truyeàn nhieät raát chaäm, ñeå khoái phaûn öùng xuoáng ñöôïc nhieät ñoä < 20oC caàn maát raát nhieàu thôøi gian, hôn nöõa ñaây laø phaûn öùng acid-base toûa nhieät raát maïnh neân ngöôøi ta duøng nöôùc ñaù boû tröïc tieáp vaøo khoái phaûn öùng ñeå laøm laïnh.

2. Ảnh hưởng của noàng ñoä taùc chaát :

- Caùc thí nghieäm cuûa Bassett cuõng chæ ra raèng : ôû 25oC, CaHPO4.2H2O toàn taïi trong caân baèng vôùi dung dòch chöùa döôùi 0.5% P2O5, treân giaù trò naøy cho tôùi 23% P2O5 trong dung dòch, pha raén laø CaHPO4 hay daïng muoái anhydrous laø daïng beàn trong caân baèng vôùi dung dòch ñaäm ñaëc

- Taát caû caùc thí nghieäm cho thaáy khi cho Ca(OH)2 vaøo dung dòch acid phosphoric loaõng vaø laïnh, söï trung hoøa chæ ñeán naác thöù 2 cho duø ñaõ cho dö Ca(OH)2

K e á t lu a ä n : Phaûn öùng ñöôïc tieán haønh ôû noàng ñoä Ca(OH)2 vaø H3PO4 loaõng ñeå :

+ Ca(OH)2 coù theå toàn taïi ñöôïc ôû daïng huyeàn phuø, noàng ñoä quaù cao daïng huyeàn phuø seõ bò phaù huûy

+ H3PO4 coù noàng ñoä loaõng ñeå khoáng cheá söï trung hoøa acid phosphoric döøng ôû naác thöù 2, ngoaøi ra H3PO4 loaõng ñöôïc söû duïng coøn ñeå traùnh löôïng acid dö quaù nhieàu neáu lôõ cho dö, sẻ tạo sản phẩm monocalcium phosphate, gaây hao phí hoùa chaát.

Q u a ù t r ìn h ñ ie à u c h e á :

Chuaån bò taùc chaát :

- Dung dòch H3PO4 loaõng ñöôïc laøm laïnh tôùi nhieät ñoä < 20o C

- Huyeàn phuø Ca(OH)2 thu ñöôïc baèng caùch cho CaO vaøo nöôùc, CaO coù baùn saün treân thò tröôøng, sau khi mua veà ñöôïc nghieàn mòn vaø cho vaøo nöôùc, khuaáy ñeàu, sau ñoù ñöôïc giöõ trong moät beå ñaù ôû nhieät ñoä < 20oC. Huyeàn phuø Ca(OH)2 söû duïng cho phaûn öùng naøy phaûi ôû daïng mòn vì ñaây laø phaûn öùng dò theå, vaän toác phaûn öùng seõ taêng khi dieän tích tieáp xuùc giöõa caùc pha taêng

Ñieàu cheá : Vöøa cho töø töø H3PO4 loaõng vaøo dung dòch vöøa khuaáy ñeàu ñeå laøm taêng vaän toác phaûn öùng (taêng dieän tích tieáp xuùc)pH keát thuùc phaûn öùng :

pKa

H3PO4 H2PO4- PO4

3-

2,12 7,21 12,38

HPO42-

Giaûn ñoà pKa cuûa acid phosphoric

C a ù c n h a ä n x e ù t :

- Khi pH=pKa, noàng ñoä cuûa hai daïng acid vaø base lieân hôïp töông öùng vôùi pKa ñoù seõ baèng nhau. Khi pH=pKa-n, [acid]=10n[base lieân hôïp vôùi acid] (n coù theå aâm hoaëc döông).

- Theo quy öôùc khi noàng ñoä cuûa daïng naøy cheânh leäch hôn 100 laàn so vôùi noàng ñoä cuûa daïng kia thì coù theå xem nhö söï toàn taïi cuûa daïng coù noàng ñoä nhoû hôn laø khoâng ñaùng keå

Keát luaän : pH keát thuùc cuûa phaûn öùng neân naèm trong khoaûng 9,21-10,38

+ Giả định 1: sản phẩm thu được đầu tiên có phải là Ca3 (PO4 )2 :

Phản ứng tiến hành bằng cách cho H3PO4 vào huyền phù Ca(OH)2 , nhận thấy ban đầu huyền phù Ca(OH)2 dư rất nhiều so với H3PO4 , như vậy, khả năng sẽ tạo ra Ca3 (PO4 )2 . Tuy nhiên, do phản ứng tiến hành ở dưới 20oC nên H3PO4 chỉ có thể bị trung hòa tới nấc thứ hai.=> Kết luận: không thể sinh ra Ca3(PO4)2 trong điều kiện phản ứng như trên.

Các giả định

+ Giả định rằng sản phẩm thu được là hạt Ca(OH)2 được bao phủ bên ngòai bằng một lớp sản phẩm DCPD, đúng ! Do Ca(OH)2 ở dạng keo huyền phù, DCPD tạo thành cũng có ion Ca2+, nên đủ điều kiện để hình thành michel keo, với lớp DCPD tạo thành sẽ bao bên ngòai huyền phù Ca(OH)2 .

+ Hàm lượng kim lọai nặng và sunfua trong sản phẩm DCPD thu được phải thấp. Đối với các kim lọai nặng, chúng xuất phát từ CaO là nguồn điều chế Ca(OH)2 . Trên thị trường CaO thường lẫn các oxide quen thuộc như MgO, Fe2O3 , Al2O3, CuO, …

Đối với tạp chất sulfua, chúng xuất phát từ việc sản xuất H3PO4 (trong công nghiệp H3PO4 được điều chế bằng cách cho muối phosphat tác dụng với H2SO4 )

Phương pháp phân tích

1.Phân tích kiểm chứng có Ca3(PO4)2 : Do trong dung dịch, ion PO4

3- tạo ra phụ thuộc vào tỉ lệ nồng độ của P2O5 / CaO , mà tỉ lệ này ta có thể xác định được nhờ các phương pháp phổ khối hay phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Ứng với tỉ lệ 1/3 trong thông tin phân tích phổ, ta sẽ kết luận có mặt của Ca3(PO4)2 .

2.Phân tích kiểm tra xem có mặt tạp chất là các kim loại nặng trong sp DCPD thu được:Các kim loại nặng có thể được phát hiện dễ dàng nhờ các phương pháp phân tích thông thường, hay bằng các phương pháp phổ. Ví dụ kim loại năng thuờng lẫn trong thành phần DCPD thu được là Mg2+ , Fe3+ , Al3+ , Cu2+ … ta có thể dễ dàng phân tích định tính xem có các ion kim loại này ko, ví dụ nhận Fe3+ ta có thể dùng SCN- có thể tìm được vết Fe3+ nhỏ tới 10-3 … Muốn định lượng các ion kim loại trên, ta dùng phổ khối để xác định thành phần. Vì thông tin nhận từ phổ sẽ không bị nhiễu, do các ion này tồn tại độc lập với tiến trình pứ.

3. Phân tích xem sự hình thành thể bao với DCPD bao quanh bên ngoài huyền phù Ca(OH)2 . Ta dùng phương pháp phân tích phổ cấu trúc, như dùng X-ray để chạy mẫu sản phẩm.