DCPD (dicalcium phosphate dihydrate) là một hợp chất được sử dụng trong kem đánh răng nhờ khả năng làm sạch và đánh bóng răng. Quá trình sản xuất DCPD phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ các thành phần phản ứng, điều này ảnh hưởng đến hiệu suất hình thành DCPD. Các phân tích cũng chỉ ra rằng sản phẩm thu được phải đảm bảo chất lượng và độ tinh khiết ngăn ngừa sự hiện diện của các tạp chất kim loại nặng.

1. Nguyễn Thái Hưng Lê Tiến Khoa Phan Đình Minh Trương Đào Ý Nhi Đoàn Minh Ý Nhi DCPD

2. I. Giới thiệu : DCPD là viết tắt của dicalcium phosphate dihydrate Công thức : CaHPO 4 .2H 2 O Công dụng : bột DCPD khoâng ñoäc cho raêng mieäng, được sử 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 2-5 μm, nếu kích thước lớn sẽ không tạo được hệ keo, kích thước quá nhỏ thì ma sát kém không làm sạch răng.

3. - Taùc duïng hoùa hoïc : raêng ngöôøi chuû yeáu laø hydroxyapatit Ca 5 (OH)(PO 4 ) 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.

4. Thành phần trong kem đánh răng Laøm cöùng men raêng, khöû ñaéng vaø baûo quaûn 1 Fluorides vaø caùc chaát phuï gia khaùc Chaát laøm beàn raêng 1 Moät loaïi carbohydrate coù trong taûo bieån Carrageenan Chaát hoaït ñoäng beà maët vaø chaát öùc cheá caùc enzyme gaây saâu raêng 2 Sodium N-lauroyl sarcasinate Chaát ñaùnh boùng 27 CaHPO4 Dibasic calcium phosphate Chaát laøm aåm vaø giöõ aåm 32 CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH Glycerol Dung moâi vaø chaát ñoän 37 H 2 O Nöôùc Chöùc naêng % Khoái löôïng Coâng thöùc Thaønh phaàn

5. II. Điều chế DCPD: Phương trình phản ứng : Người ta sản xuất DCPD bằng cách cho H 3 PO 4 vào huyền phù Ca(OH) 2 ở nhiệt độ <20 o C ΔH < 0 Phản ứng trên bao gồm các quá trình sau : 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 ( ΔH o =-57,3kJ/mol) nên cả phản ứng sẽ tỏa nhiệt.

6. Sự hình thành vaø toàn taïi cuûa DCPD ch òu 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 20 o C quá trình trung hòa acid phosphoric chỉ diễn ra đến nấc thứ 2 duø ñaõ cho dö moät löôïng lôùn Ca(OH) 2 + Trên 20 o C quá trình trung hòa acid phosphoric sẽ diễn ra đến nấc thứ 3

8. - Caùc thí nghieäm cuûa Bassett : Khi cho hoãn hôïp caùc phosphate cuûa calcium vaøo nöôùc : + 80 o C laø nhieät ñoä toái ña maø daïng dihydrate coù theå toàn taïi + Giöõa 30 o C vaø 80 o C coù caân baèng chuyeån hoùa töø daïng dihydrate sang daïng anhydrous + ÔÛ 30 o C, 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 30 o C 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 21 o C ñeán 36 o C, coù caân baèng chuyeån hoùa töø daïng dihydrate sang daïng anhydrous

9. -P haûn 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

10. Keát luaän : Phaûn öùng ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä < 20 o 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 Bieän phaùp ñeå giöõ nhieät ñoä phaûn öùng < 20 o C theo yeâu caàu : 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 < 20 o C 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.

11. 2. Ảnh hưởng của noàng ñoä taùc chaát : - C aùc 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

12. Keát luaän : Phaûn öùng ñöôïc tieán haønh ôû noàng ñoä Ca(OH) 2 vaø H 3 PO 4 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 + H 3 PO 4 coù noàng ñoä loaõng ñeå khoáng cheá söï trung hoøa acid phosphoric döøng ôû naác thöù 2, ngoaøi ra H 3 PO 4 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.

13. Quaù trình ñieàu cheá : Chuaån bò taùc chaát : - Dung dòch H 3 PO 4 loaõng ñöôïc laøm laïnh tôùi nhieät ñoä < 20 o 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 < 20 o C. 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

14. 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 :

15. Caùc nhaän xeùt : - 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]=10 n [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

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

17. + Giả định 1: sản phẩm thu được đầu tiên có phải là Ca 3 (PO 4 ) 2 : Phản ứng tiến hành bằng cách cho H 3 PO 4 vào huyền phù Ca(OH) 2 , nhận thấy ban đầu huyền phù Ca(OH) 2 dư rất nhiều so với H 3 PO 4 , như vậy, khả năng sẽ tạo ra Ca 3 (PO 4 ) 2 . Tuy nhiên, do phản ứng tiến hành ở dưới 20 o C nên H 3 PO 4 chỉ có thể bị trung hòa tới nấc thứ hai. => Kết luận: không thể sinh ra Ca 3 (PO 4 ) 2 trong điều kiện phản ứng như trên. Các giả định

18. + 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 Ca 2+ , nên đủ điều kiện để hình thành michel keo, với lớp DCPD tạo thành sẽ bao bên ngòai huyền phù Ca(OH) 2 .

19. + 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, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , CuO, … Đối với tạp chất sulfua, chúng xuất phát từ việc sản xuất H 3 PO 4 (trong công nghiệp H 3 PO 4 được điều chế bằng cách cho muối phosphat tác dụng với H 2 SO 4 )

20. Phương pháp phân tích Phân tích kiểm chứng có Ca 3 (PO 4 ) 2 : Do trong dung dịch, ion PO 4 3- tạo ra phụ thuộc vào tỉ lệ nồng độ của P 2 O 5 / 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 Ca 3 (PO 4 ) 2 .

21. 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 Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Cu 2+ … ta có thể dễ dàng phân tích định tính xem có các ion kim loại này ko, ví dụ nhận Fe 3+ ta có thể dùng SCN - có thể tìm được vết Fe 3+ 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.

22. 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.