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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