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ESTRUCTURA YPROPIEDADESFISICOQUMICAS DELDIENTE.

Dentina

Huesoalveolar

Cemento

Esmalte

Tejidos dentalesmineralizados.

Naturaleza Fisicoqumica Estado Slido

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Estados de agregacin de la materia.

Gas Lquido Slido

Fuerzas intermoleculares de diferente tipo y magnitud producen diferentes

estados de agregacin.

Tipos de slidosSlido Cristalino

Poseen un ordenamiento altamente regularde sus componentes.

Slido AmorfoCarecen de un ordenamientosistemtico en su estructura.

Quarzo (SiO2) Slice (SiO2)

SiO2

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Celda UnitariaUnidad repetitiva ms pequea de un slido cristalino.

Estructura CristalinaEs la disposicin peridica y ordenada en el espacio 3D de los constituyentes

atmicos de un slido en estado cristalino.

Slidos Cristalinos

CeldaUnitaria

Punto de redRedCristalina

Puntos de Red: tomosMolculasIones

7 Celdas Unitarias

3 tipos deceldas cbicas

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Redes de Bravais

14 arreglos distintos de puntos de red

Slidos Cristalinosndices de Miller

Interceptos : a , , ndice : (100)

Interceptos : a , a , ndice : (110)

Interceptos : a , a , andice : (111)

Interceptos : 1/2a , a , ndice : (210)

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Anlisis de Difraccin de rayos X

2()

Intens

idad

Patrn de difraccin de rayos X

Cada uno de los peaks dedifraccin corresponde aun determinado plano del

cristal.El patrn de DRX es nicopara cada fase cristalina.

Ley de Bragg

Rayo incidente Rayo difractado

Propiedades de los slidos en estado cristalino

Periodicidad: de la que deriva la: homogeneidad, anisotropa y simetra.

Homogeneidad: constancia de la composicin qumica y estado de fase a travsde todo el volumen del material cristalino.

Anisotropa: si alguna propiedad del material cristalino, es dependiente de laorientacin en la que se mide, el material es anistropo para esa propiedad. Si lapropiedad es independiente de la orientacin, se dice que el material es istropopara esa propiedad. Los materiales cristalinos siempre son anistropos para alguna

propiedad.

Simetra: es la propiedad que hace que un objeto no se distinga de su posicinoriginal despus de haberle aplicado una transformacin.

En general un slido cristalino a nivel macroscpico ser homogneo continuo,anistropo (para alguna propiedad) y simtrico.

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Defectos cristalinos.

Imperfecciones que afectan a la distribucin ordenada y geomtrica de losconstituyentes atmicos.

1. Vacancia:posicin atmicade la estructurasin ocupar.

2. Sustitucin: un in del

cristal es sustituido porotro de igual carga ysimilar tamao.(impurezas).

Defectos puntuales

3. Intersticial: espacio

de la estructuraocupado por un tomoque no le corresponde.

Imperfecciones de Frenkell y Schottky

-+

G < 0 (H > 0, S >0).Formacin de defectos:

Defectos cristalinos.

Defectos lineales

Dislocacin de filo: se inserta un plano entre dos planos normales.

Dislocacin helicoidaldistorsiones debido a fuerzas decizalla.

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Tipos de slidoscristalinos

Inicos Covalentes Metlicos

1. Cristales Inicos: cuando se disuelven en solucin se disocian en susiones componentes conduciendo la electricidad. Ej. NaCl

Propiedades: Dureza y densidad moderada Puntos de fusin y ebullicin elevados. Conductividad elctrica y trmica muy baja. Elevada simetra.

2. Cristales Covalentes: la malla cristalina est conformada por tomoso molculas unidas mediante enlaces covalentes. Ej. Diamante.

Propiedades: Insolubilidad Alta estabilidad No forman iones en solucin, Puntos de fusin y de ebullicin

muy elevados

3. Cristales Metlicos: Los puntos de red estn ocupados por tomosmetlicos. Ej. Plata.

Propiedades: Plasticidad Tenacidad Ductilidad Conductividad y maleabilidad. Baja dureza Bajos puntos de fusin.

Electrones mviles

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Polimorfismo.

Es la habilidad de una sustancia por existir en ms de una forma cristalina.Puede cristalizar en ms de una estructura cristalina.

Polimorfos de carbono

A

B

G

Solution(M+(aq)+ X

-(aq))

Amorphous

GN(B)Gg(B)

+

GT1

GN(A) Gg(A)+

GT2

GT3

Final mineral(crystalline)

Aceleradorese

inhibidores

CARBONATO DE CALCIO FOSFATO DE CALCIO

CaCO3 Amorfo

Vaterita

Aragonita

Calcita

CaP Amorfo

Brushita

Fostato Octacalcio

Hidroxiapatita

Tienden a estabilizarse en la formacristalina termodinmicamente msestable.

Polimorfismo y transformaciones de fase

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Esmalte:

Protege la superficie apical del diente Sustancia ms dura y mineralizada del organismo No est vivo, pero sufre cambios fisico-qumicos dinmicos Producido por los ameloblastos.

Dentina: Constituye el volumen principal del diente Menor dureza y mineralizacin que el esmalte: Base elstica Matriz mineralizada + tbulos dentinarios (procesosodontoblsticos) ntimamente relacionada con la pulpa (complejo dentino-pulpar).

Cemento: Protege la superficie radicular del diente. Composicin qumica y propiedades muy similares a las del hueso.

Tejidos dentales mineralizados

Estructura cristalina del tejido dental

Microscopaelectrnica debarrido (SEM) yde transmisin(TEM)

Prismas (R)

Espacio interprismtico (IR)

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Estructura cristalina del tejido dental

Prisma

Espacio

Esmalte Joven Esmalte MaduroEsmalte Joven Esmalte Maduro

Prisma y espacios

Igual tipo decristal, diferente

orientacin

Estructura cristalina del tejido dental

Cul es la naturaleza de los cristales que forman eltejido dentario?

Cristales de Hidroxiapatita

Orientacin de los cristales

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Donde X = OH- Hidroxiapatita Ca10(OH)2(PO4)6

Apatitas

Fosfatos de calcio de frmula general: Ca10(X)2 (PO4)6

X = F- Florapatita Ca10(F)2(PO4)6

Hidroxiapatita carbonatada Ca10(PO4)6-x(OH)2-y(CO3)x+y

Celda unitaria (OHAp)

Patrn DRX de Hidroxiapatita

Sistema Cristalino : Hexagonal

Grupo Espacial: P63/m

Parmetros de red: a= 0.9432 nm, c =0.6881 nm.

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Formacin de tejidos duros: Principio de Biomineralizacin

La mineralizacin inducida biolgicamente involucra la precipitacin de fases minerales

mediante reaccin entre iones y productos metablicos generado por la clulas del tejido.Los biominerales son aglomeraciones de cristales separados por una matriz orgnica.

MATRIZ ORGNICA

Macromolculas solubles(cidas)

Red de MacromolculasInsolubles

Morfologa

Polimorfismo

Propiedadesmecnicas

Nucleacin

Crecimiento

Composicin

Etapas Proceso decristalizacin:Nucleacin y Crecimiento

Biomineralizacin principios

Nucleacin fuera de la clula

Matriz orgnica Matriz orgnica

Clula

iones

Cristal

BiomineralizacinIntercelular en unaestructura de coral

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Las clulas ameloblastos secretan amelogenina, protena que modula la deposicin

de los cristales de hidroxiapatita (esmalte). Similar proceso ocurre con losodontoblastos (dentina) y osteoblastos (hueso)

Biomineralizacin de estructurasdentarias

Amelogenina(5-22kDa)

Protena extracelular del esmalte. Naturaleza hidrofbica e hidroflica. Posee una serina fosforilada. Propiedades tipo lectinas Capacidad par autoensamblarse en la forma de nanoesferas.

Macromolcula deamelogenina

Nanoesfera deAmelogenina(25 nm)

Cintas de

amelogenina(210 nm)

Biomineralizacin del esmaltemediado por amelogenina

Cintadeamelogenina

Mineralizacin de hidroxipatita sobre la superficie de amelogenina

Apatitamineralizadasobreamelogenina

Forma, tamao yorientacin del cristalpuede ser afectado porla matriz proteica, ascomo por la saturaciny flujo de iones en elmedio.

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CaCO3controlLi+

HPO42-

010

110

100

Control de la morfologa del cristal

El tiempo decristalizacin puedemodificar la morfologafinal.

Efecto de la composicin qumica

Tejido Densidad Inorgnico Orgnico Agua% Peso %Vol. %Peso %Vol. %Peso %Vol.

Esmalte 2.9 - 3.0 95 87 1 2 3.0 11.0

Dentina 2.05 - 2.35 70 47 20 33 10 21

Cemento 2.02 - 2.05

Hueso 2.1 - 2.2 65 36 24 26 15 28

Composicin de los tejidos dentales mineralizados

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Componente Esmalte Dentina Hueso

Agua 8 5 4

Mineral 95 75 70

Orgnico 0.6 20 22

Colgeno 0.35 18 18.6

Otras protenas:Glucoprotenas,

sialoproteinas,

amelogenina, enamelina,

osteocalcina, otras

0.2 0.2 1

Otras

biomolculas:Lpidos, citrato,lacto,Sulfato de Condroitina

0.05 1.8 2.4

Densidad 3.05 2.15 2.03

Composicin de los tejidos dentales mineralizados

Elementos e iones mayoritarios del esmalte

Ion Esmalte Hidroxiapatita Fluorapatita

Ca 33.6 - 39.4 39.9 39.7

P 16.1 - 18.0 18.5 18.4

CO3 1.95 - 3.66

Mg 0.25 - 0.56

Na 0.25 - 0.90

K 0.05 - 0.30

Cl 0.19

F 0.006 - 0.3

Ca/P 1.48 - 1.67 1.67 1.67

Constituyente ppm

F 50 - 5000

Fe 8 - 218

Zn 152 -227

Sr 50 -400

Cu 10 - 100

Mn 0 - 18

Ag 0 - 10

Constituyentes menores del esmalte

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Elementos traza del esmalte

Componente Esmalte (ppm) Dentina (ppm)

Al 5-700 10-100

Sb 0.02-0.34 0.7

S 130 - 530

Ba 0.08 - 500 10 - 130

B 0.5 - 39 1 - 10

Br 0.03 - 35 114

Cd 0.03 - 10

Co

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Agua

Orgnico

Mineral

Mineral

100

96

95

10

SuperficieExterna

InterfaseEsmalte-Dentina

Fosfatode Calcio

Mineral

Total

Protena

Total

Enamelina

AmelogeninaProtenas

Formacin Transicional Maduracin

Etapas de Maduracin del Esmalte

Distribucin de componentes en el esmalte

Densidad

(g/cm3)

E

(GPa)

Esfuerzo

Compre

sin

(MPa)

Resistencia

Traccin

(MPa)

Coeficiente de

expansn trmica

(1/C)

Esmalte 2.2 48 241 10 (ish) 11.4x10-6

Dentina 1.9 13.8 138 35-52 8.3x10-6

Propiedades Mecnicas

E: Mdulo de Young.

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Sustituciones en OHAp por Fluoruro

Fluorapatita

38 000 ppm de

Fluoruro

Sustitucin OH-/ F-

100%

Esmalte Superficial (10 mcm)

2000 - 4000 ppm de

Fluoruro

Sustitucin OH-/ F-

max. 10%

Tringulo de Calcio

OH-

F-

Efecto del In Fluoruro sobre los Iones Hidroxilos

Calcio FluoruroHidroxilo

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Efecto del in fluoruro sobre el cristal de hidroxiapatita

insaturada

[Ca ]2+

/

M

HAP

FAP

Fluido de placa

Saliva

Supersaturada

pH

100

10

1

0.15 6 7

Efecto del in carbonato sobre el cristal de hidroxiapatita

Ca10(PO4)6(OH)2 Ca10(PO4)6-x(OH)2-y(CO3)x+yCO3

2-

Celda Unitaria ExpandidaPresencia de Impurezas Sustitucionalesy Vacancias y/o Impurezas Intersticiales.Disminucin de la CristalinidadDisminucin de la Dureza Apatita menos Estable (Carbonato Lbil)Apatita ms Soluble

Apatita Kps

Hidroxiapatita 2 x 10-115

Carboxiapatita 9 x 10-105

Fluorapatita 1 x 10-119

Esmalte 5 x 10-105- 4 x 10-115

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Estructura cristalina y qumica de hidroxiapatita del esmalte en funcinde la edad.

Anlisis DRX Anlisis espectroscopia IR

Edad