LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN EN LITIASIS RENAL

BIOMINERALIZACIÓN PATOLÓGICA: UROLITIASIS

1.- Principios básicos de los procesos de cristalización.

Aspectos termodinámicos y cinéticos.

DEFINICIÓN:

La cristalización es un proceso en el que se produce un cambio de fase.

La fuerza impulsora de dicha reacción se mide mediante la sobresaturación (S)

Sobresaturación absoluta:diferencia entre la concentración de la disolución sobresaturada (c) y la concentración de la disolución saturada (c*)

∆c = c – c*

Sobresaturación:cociente entre la concentración de la disolución sobresaturada (c) y la concentración de la disolución saturada (c*)

S = c / c*

Sobresaturación relativa:

σ = S - 1

¿¿CCóómomo se se formanforman los los cristalescristales? (1)? (1)

NucleaciNucleacióónn HomogHomogééneanea

Núcleo homogeneo (estable)

crecimiento cristalino

(A)

(B)Inhibidor dela nucleaciónhomogénea

¿¿CCóómomo se se formanforman los los cristalescristales? (2)? (2)NucleaciNucleacióónn HeterogHeterogééneanea

(A)

(B)

Nucleante heterogéneo

Inhibidor de lanucleaciónheterogénea

El crecimiento cristalino supone la adición en la red cristalina de nuevas unidades constituyentes de la fase sólida en desarrollo.

¿¿CCóómomo se se formanformanlos los cristalescristales? (3)? (3)

CrecimientoCrecimientocristalinocristalino

(A)

(B)

Inhibidor delcrecimientocristalino

Mecanismos de crecimiento cristalino

1. Crecimiento continuo o por reacción superficial

2. Crecimiento por nucleación bidimensional

3. Crecimiento por dislocaciones helicoidales.

En el crecimiento cristalino mediante reacción superficial, la incorporación de la unidad constructiva puede dividirse en varios pasos:1.- La unidad constructiva llega a la capa de adsorción en la superficie del cristal y a la vez, sufre una deshidratación parcial.2.- La unidad constructiva se mueve sobre la superficie del cristal, hasta alcanzar un lugar donde se puede incorporar a la red, sufriendo de nuevo deshidratación, hasta sufrir una completa desolvatación. Únicamente así puede formar enlaces fuertes e incorporarse a la red cristalina.

El proceso se repite para nuevas unidades constructivas, ocupándose los huecos o posiciones que suponen una mayor energía de enlace.

Energías relativas de los distintos tipos de posiciones en la superficie de un cristal de halita

El crecimiento por nucleación bidimensional se produce a sobresaturaciones relativamente elevadas, y es debido a los choques de unidades constructivas en disolución con la superficie del cristal, mediante los que originan agrupaciones de las mismas, llamados núcleos bidimensionales.Cuando un núcleo bidimensional tiene un tamaño superior al crítico, su crecimiento se produciráespontáneamente, hasta completar una nueva capa del cristal, en cuyo caso la superficie será lisa (a).Para sobresaturaciones más elevadas, la velocidad de formación de núcleos es superior a la de crecimiento lateral de los mismos, en cuyo caso la superficie es rugosa (mecanismo polinuclear) (b).

El mecanismo por dislocación helicoidal, se produce a sobresaturaciones bajas, y en él el crecimiento se produce capa a capa en espiral, lo que se debe a la existencia de defectos en la red cristalina, en concreto la dislocación helicoidal. Este tipo de crecimiento puede continuar indefinidamente, ya que el escalón de crecimiento nunca desaparece.

Aspecto en superficie del escalón de una dislocación helicoidal

Aspecto de la superficie de cristales que han crecido mediante dislocación helicoidal

PROCESOS SECUNDARIOS: RECRISTALIZACIÓN

También conocida como maduración de Ostwald, en la que los cristales pequeños se disuelven, mientras que los grandes aumentan su tamaño a expensas de la disolución de los pequeños. Este fenómeno se produce para conseguir una disminución del área de interfase sólido-disolución.

PROCESOS SECUNDARIOS: ENVEJECIMIENTO

Consiste en un cambio gradual de la estructura de la fase sólida, y en la transformación de las fases no estables de los cristales en fases más estables.Los precipitados de sales con agua de cristalización, pueden perder parte de esa agua en la transformación a una fase más estable.

PROCESOS SECUNDARIOS: AGREGACIÓN

Durante las cristalizaciones se forman mayoritariamente agregados en lugar de cristales individuales.Estos agregados puede ser de dos tipos:- Agregados primarios- Agregados secundarios

AGREGADOS PRIMARIOSLos agregados primarios se forman por el crecimiento irregular de los cristales, lo que genera distintos hábitos, tales como cristales gemelos y otros policristales.Según se dispongan los cristales, los agregados reciben el nombre deirregulares, paralelos, radiales, etc.

AGREGADOS SECUNDARIOS

Los agregados secundarios se forman por la unión de cristales ya formados, dando unidades de mayor tamaño.Para que este tipo de agregación sea posible, es imprescindible que en el medio haya una elevada cantidad de cristales. En caso contrario, la agregación secundaria es muy poco probable.

FACTORES QUE AFECTAN A LA CRISTALIZACIÓN:Los inhibidores de la cristalización. Impiden o dificultan la cristalización, pudiendo afectar a una o varias de las etapas de la cristalización (nucleación, crecimiento cristalino, agregación).

(a) Adsorción específica de inhibidores de bajo peso molecular sobre una cara cristalina, (b) adsorción inespecífica de inhibidores de alto peso molecular (c) adsorción específica de inhibidores de alto peso molecular.