Zakład Chemii Medycznej PUM Metale w stomatologii 1
Właściwości metali Metale zazwyczaj są: twarde, połyskliwe, mają dużą gęstość zależną od masy atomowej pierwiastka i typu struktury krystalicznej, która decyduje o sposobie upakowania atomów w sieci. dobrze przewodzące ciepło i elektryczność, co jest uwarunkowane wiązaniami metalicznymi 2
Wiązanie metaliczne konfiguracja elektronowa Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 elektron walencyjny 3s 1 otacza chmurą elektronową jon sodu Na + atom sodu zbliżenie dwóch atomów Na utworzy cząsteczkę Na 2, elektrony walencyjne będą się swobodnie poruszać w obrębie całej cząsteczki. zbliżenie większej ilość atomów, tworzących kryształ sodu powoduje, że elektrony walencyjne będą się poruszać w objętości całego kryształu cząsteczka Na 2 kryształ sodu wytworzony gaz elektronowy przenikając przestrzeń międzyjonową, w skutek oddziaływań elektrostatycznych przyciąga do siebie dodatnie jony, gęsto je upakowując 3
Wiązanie metaliczne Obecność gazu elektronowego w krysztale metalu warunkuje jego nieprzezroczystość połysk metaliczny dobre przewodnictwo elektryczne dobre przewodnictwo cieplne plastyczność tj. kowalność i ciągliwość 4
Wiązanie metaliczne Anizotropia kryształów jest konsekwencją uporządkowanej struktury krystalicznej. W krysztale metalicznym brak jest kierunków uprzywilejowanych /anizotropii/wskutek czego możliwe jest przesunięcie jednej płaszczyzny sieciowej wzdłuż drugiej, nie powodując przy tym pęknięcia kryształu 5
Metale wykorzystywane w stomatologii Metale szlachetne: złoto, pallad i platyna wysoka odporność na korozję Metale nieszlachetne: tytan, nikiel, miedź, srebro i cynk gwarantują wytrzymałość, elastyczność i odporność na ścieranie stopów dentystycznych 6
Podstawowe metale stosowane w stomatologii złoto Złoto znajduje się w dodatkowej rodzinie miedziowców Ciężar właściwy 19,3 temperatura topnienia 1062 o C temperatura wrzenia 2600 o C jest bardzo miękkie, kowalne i ciągliwe. jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. ze srebrem, platyną i palladem miesza się tworząc roztwory stałe Ta 4,85 kg bryłka złota została znaleziona w południowej Pustyni Kalifornijskiej przez prywatnego poszukiwacza przy użyciu wykrywacza 7 metalu
Podstawowe metale stosowane w stomatologii złoto Rozpuszcza się w: wodzie królewskiej Au + HNO 3 + 4 HCl HAuCl 4 + NO + 2H 2 O wodzie chlorowej 8
Wkład jest to ćwiek wykonany z metalu (złoto/stop stali) lub z włókna szklanego. 9
Podstawowe metale stosowane w stomatologii platyna Należy do rodziny platynowców. ciężar właściwy 21,45 temperatura topnienia 1773 o C temperatura wrzenia 4300 o C jest metalem średnio twardym daje się łatwo kuć i walcować charakteryzuje się dużą odpornością na działanie czynników chemicznych rozpuszcza się tylko w wodzie królewskiej tworząc kwas chloroplatynowy H 2 PtCl 6 10
Podstawowe metale stosowane w stomatologii platyna Ze względu na wysoką cenę nie jest często stosowana w protetyce Jest używana jako dodatek do złota (w ilości 5-10%) Platyna zmienia właściwości złota: nadaje sprężystość zmienia barwę podnosi temperaturę topnienia. Stopy złoto-platynowe służą do wyrobu: łuków i klamer drucianych aparatów ortodontycznych 11
Podstawowe metale stosowane w stomatologii iryd Iryd zajmuje miejsce w trzeciej triadzie platynowców Ciężar właściwy 22,42 temperatura topnienia 2440 o C temperatura wrzenia 4400 o C jest metalem srebrzystobiały, kruchym ale bardzo twardym Ma bardzo dużą odporność chemiczną. ulega jedynie działaniu chloru i fluoru, NIE rozpuszcza się w wodzie królewskiej. 12
Podstawowe metale stosowane w stomatologii iryd stopy irydu (10%) z platyną są bardziej twarde i odporne chemicznie niż czysta platyna 10% dodatek irydu do złota znacznie zwiększa jego twardość i wytrzymałość służą do wyrobu ćwieków do licówek porcelanowych 13
Podstawowe metale stosowane w stomatologii pallad Pallad w układzie okresowym zajmuje miejsce w drugiej triadzie platynowców. Ciężar właściwy 11,97 temperatura topnienia 1549 o C temperatura wrzenia 2540 o C jest niezbyt twardy plastyczny ciągliwy 14
Podstawowe metale stosowane w stomatologii pallad Reaktywność chemiczna: Rozpuszcza się w kwasie azotowym kwasie siarkowym, bardzo łatwo w wodzie królewskiej Dodatek 20% palladu do złota z platyną daje tzw. białe złoto. Stop palladu ze srebrem w stosunku 9:1 służy do wyrobu ćwieczków do licówek porcelanowych. Wchodzi w skład lutu platynowego. 15
Metale pomocnicze stosowane w stomatologii Srebro Właściwości fizyczne i chemiczne: jest niezbyt twarde wytrzymałe na obciążenia łatwe w obróbce chemicznej i termicznej, ciągliwe jest najlepszym przewodnikiem ciepła i elektryczności rozpuszcza się w kwasie azotowym i siarkowym Srebro tworzy stopy z wieloma metalami: z palladem i złotem miesza się w dowolnym stosunku tak w stanie stałym, jak i ciekłym łączy się z H 2 S, tworząc siarczek (Ag 2 S) łączy się z chlorem, tworząc (AgCl) 16
Metale pomocnicze stosowane w stomatologii Srebro Srebro w czystej postaci nie jest używane w protetyce jako materiał podstawowy Sole srebra są trujące! Może być stosowane pod warunkiem, że nie będzie miało kontaktu z płynami środowiska jamy ustnej. Ma zastosowanie : jako wkłady korzeniowe do koron, do czasowych prac ortodontycznych jako składnik złota dentystycznego 17
Uzupełnienie protetyczne stałe korony porcelanowe na podbudowie metalowej ze stali lub złota 18
Protezy to nowoczesne uzupełnienia protetyczne o metalowym szkielecie, zredukowanej płytce akrylowej, w której osadzone są zęby akrylowe lub porcelanowe, w których metalowe klamry i ciernie zakotwiczają protezę na podłożu. 19
Metale pomocnicze stosowane w stomatologii Rtęć w temperaturze pokojowej jest ona gęstym, płynnym metalem zaliczana jest do rodziny cynkowców ciężar właściwy 13,54 g/cm 3 temperatura krzepnięcia -38,89 o C temperatura wrzenia 356,90 o C rtęć rozpuszcza wszystkie metale z wyjątkiem żelazowców i platynowców. ulega tylko działaniu kwasu azotowego 20
Metale pomocnicze stosowane w stomatologii Tytan pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych liczba atomowa 22 lekki, posiada wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporny na korozję (w tym również wody morskiej i chloru) metal o szarawym kolorze dodawany jako dodatek stopowy do żelaza, aluminium, wanadu, molibdenu i innych. Stopy tytanu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym (silniki odrzutowe, promy kosmiczne), militarnym, procesach metalurgicznych, motoryzacyjnym, medycznym (protezy dentystyczne, ortopedyczne klamry), sportów ekstremalnych i innych 21
Metale pomocnicze stosowane w stomatologii Tytan Tytan stosowany jest w protetyce dentystycznej posiada kilkakrotnie niższe niż tradycyjne materiały protetyczne przewodnictwo cieplne duża twardość, wytrzymałość mechaniczna oraz trwałość nie wywołuje reakcji alergicznych i jest odporny na korozje do leczenia złamań kości stosuje się stopy tytanu z Al, Nb i Ta oraz tytanu z Al i Nb Na przykład tzw. klamry Blounta, których żywotność wynosi około 20 lat, wykonane są ze stopu tytanu (43-47%) z niklem (53-57%) charakteryzującego się pamięcią kształtu innym zastosowaniem stopów Ni-Ta są płytki implantacyjne oraz urządzenia do leczenia zgryzu u dzieci 22
Tytan jest metalem bardzo często stosowanym w implantologii i coraz częściej w protetyce Główna zaleta to wytwarzanie powierzchniowej warstwy tlenków, która chroni go przed korozją i wchodzeniem w reakcje chemiczne z płynami tkankowymi. Po wprowadzeniu implantu bezpośrednio do kości następuje proces osteogenezy kontaktowej tj. narastania kości bezpośrednio na powierzchnię implantu. 23
Osteointegracja Po pewnym czasie następuje połączenie kości z powierzchnią implantu i jest on naturalnie obciążany, można powiedzieć, że następuje osteointegracja Zdjęcie mikroskopowe pokazujące komórkę kościotwórczą na powierzchni implantu 24
Wkręt czyli właściwa część implantu Implanty zębowe są umieszczane w kości, to, co widzimy w jamie ustnej nazywamy fachowo koroną zęba Naturalny ząb (1) Implant stomatologiczny (2) Korona zęba (3) 25
Tytan Z punktu widzenia biomechaniki podstawową funkcją implantu jest przeniesienie siły powstającej w czasie żucia na kość Do implantu przymocowany jest metalowy lub cyrkoniowy łącznik protetycznym, który stanowi podbudowę dla porcelanowej korony. 26
Stopy metali kryteria podziału Stopy możemy podzielić ze względu na: ilość składników szlachetnych i nieszlachetnych, np. 60% Au, 10% Pl, 5% Pt i 25% Cu - łączna szlachetność stopu wynosi 75%. dominujący w nim metal np. stopy oparte na złocie kolor stopy w kolorze żółtym lub srebrnym (czasami nazywanym białym). na zastosowanie - stopy do wykonywania wypełnień oraz lutowia. 27
Własności stopów nie są z reguły, średnią z własności metali stopowych dodatek nawet niewielkiej ilości jakiegoś metalu lub pierwiastka niemetalicznego do tworzonego stopu, powoduje diametralną zmianę jego własności na przykład platyna w stopie złota w niewielkiej ilości (5-10%) podnosi twardość i sprężystość stopu, pallad bądź nikiel podnoszą jego twardość. o własnościach stopów decyduje wiele czynników m.in. skład, warunki odlewu, budowa krystaliczna, sposób obróbki mechanicznej, uszlachetnienie termiczne itp. 28
Stopy metali Stopy metali mają strukturę krystaliczną. Podczas tężenia roztopionego stopu dochodzi do formowania się i powiększania kryształów (ziaren). Im ziarna są mniejsze, tym lepsze właściwości posiada dany stop. W celu powstawania jak najmniejszych ziaren do stopów dodaje się składniki uszlachetniające np. iryd i ruten. W stopach o dużej zawartości metali nieszlachetnych dominują ziarna krystaliczne o większej średnicy 29
Wymagania stawiane podstawowym stopom metali łatwość topienia łatwość dokonywania odlewu (stopy o dużej gęstości i dobrej płynności po stopieniu są łatwiejsze do odlewania) łatwość obróbki odporność na korozję i zmatowienie w środowisku jamy ustnej biozgodność: nie powinny być toksyczne ani alergizować ustroju, nie powinny zawierać toksycznych związków mogących wpływać szkodliwie na personel techniczny w trakcie obróbki stopów 30
Wymagania stawiane podstawowym stopom metali odpowiednie właściwości mechaniczne, zwłaszcza: duża wytrzymałość plastyczna, szczególnie w przypadku stopów narażonych na działanie dużych sił odpowiednia ciągliwość zapobiegającą niezamierzonemu złamaniu w trakcie procedury doginania odpowiednia twardość, której wskaźnikiem jest trudność w rozdrabnianiu (mieleniu) stopu i jego wykańczaniu odporność na ścieranie nie powinny być zbyt kosztowne. Idealny stop odlewowy powinien być stosunkowo tani, zarówno jeśli chodzi o koszt samego materiału, jak i koszty jego obróbki. 31
Stopy metali kryteria podziału wg ANSI/ASA (American National Standards Institute /American Dental Association) Rodzaj stopu Zawartość złota [% wagowy] Zawartość metali szlachetnych Wysoko szlachetny > 40 > 60 Szlachetny nieokreślona > 25 O przewadze metali szlachetnych nieokreślona < 25 32
Stopy metali najważniejsze cechy Do najistotniejszych właściwości stopów należą: przedział topnienia, gęstość, wytrzymałość i twardość. 33
Stopy metali przedział topnienia Stopy metali topią się w ściśle określonym przedziale temperatur. Jeśli przedział topnienia stopu wynosi 950 o -1000 o C, to w trakcie ogrzewania: 950 o C pierwsze oznaki topnienia 975 o C temperaturze część stopu będzie płynna, ale niektóre składniki pozostaną jeszcze w stanie stałym 1000 o C cały stop przejdzie w postać płynną 34
Stopy metali przedział topnienia likwidus - temperatura, w której stop w całości przechodzi w postać płynną, solidus - temperatura, w której stop podczas chłodzenia przechodzi w całości w postać stałą, stop może być użyty do odlewania, gdy temperatura jego będzie wyższa od likwidusa. solidus ma duże znaczenia w procesie lutowania. jeśli lutowie doprowadzi do podgrzania stopu powyżej solidusa, to dojdzie do zmiany kształtu stopu 35
Stopy metali gęstość stopu Gęstość stopów dentystycznych mieści się w przedziale od 4,5 g/cm 3 (stopy tytanowe) do 18,5 g/cm 3 (niektóre stopy wysoko szlachetne) Rodzaj stopu Przedział topnienia [ o C] Gęstość [g/cm 3 ] Wysoko szlachetny złoto-platyna złoto-miedź-srebro 1045 1140 910 1065 18,5 15,6 Szlachetny srebro-złoto-miedź pallad-miedź srebro-pallad 865 925 1100 1190 1020 1100 12,4 10,6 10,6 O przewadze metali szlachetnych na bazie niklu na bazie kobaltu na bazie tytanu 1275 1400 1500 1700 7,5 7,5 4,5 36
Stopy metali wytrzymałość stopu granica plastyczności oznacza siłę przyłożoną na jednostkę powierzchni, przy której dojdzie do trwałego odkształcenia stopu jednostką plastyczności są megapaskale (MPa) wartość granicy plastyczności stopów waha się w przedziale 260-1150 MPa odkształcenie wielkość zniekształcenia, jakiemu podlega stop, wyrażona w procentach gdy granica plastyczności wynosi 750 MPa z odkształceniem 0,2%, oznacza to, że siła 750 MPa działająca na próbkę stopu spowoduje jej odkształcenie o 0,2% 37
Stopy metali twardość stopu cecha umożliwiająca jego polerowanie twardość stopów ma związek z granicą plastyczności. pomiaru twardości dokonuje się nacinając powierzchnię za pomocą diamentowej końcówki przykładając określone obciążenie. jednostką twardości jest kg/mm 2. oznacza to wielkość masy [kg], jaką należy zastosować, aby wykonać nacięcie o powierzchni 1 mm 2 twardość stopów dentystycznych zawiera się w przedziale 125 425 kg/mm 2 twardość szkliwa zębowego wynosi 343 kg/mm 2 38
Amalgamat amalgamat stanowi mieszaninę stopu srebra z płynną rtęcią stop srebra jest proszkiem składającym się ze srebra, cyny i miedzi po zmieszaniu stopu srebra z rtęcią zachodzi reakcja chemiczna, która prowadzi do powstania amalgamatu stomatologicznego powstaje on w reakcji stop srebra + rtęć -> amalgamat stomatologiczny w pierwszym etapie jest plastyczny po stwardnieniu przewyższa twardością inne wypełnienia stomatologiczne. 39
Amalgamat obecnie stosuje się stopy srebra o dużej zawartości miedzi (13 30%) amalgamaty powstałe ze stopów srebra o dużej zawartości miedzi są (w porównaniu do stopów o małej zawartości Cu 2 4%) bardziej wytrzymałe na zgniatanie i rozciąganie mniej podatne na korozję bardziej odporne na pęknięcia brzeżne skład stopów srebrowych wysoko miedziowych jest następujący: srebro 40 60% cyna 27 30% miedź 13 30% 40
Amalgamacja połączenie stopu srebra z rtęcią rozpoczyna proces rozpuszczania stopu w rtęci w trakcie rozpuszczania się rozpoczyna się reakcja chemiczna prowadząca do krystalizacji mieszaniny efektem tego jest gęstnienie i twardnienie amalgamatu Twardnienie amalgamatu rozpoczyna się przed całkowitym rozpuszczeniem się wszystkich cząstek stopu związany amalgamat zawiera dużą ilość cząstek stopu srebra, otoczonych przez nowy produkt reakcji chemicznej zachodzącej w amalgamacie uproszczony zapis amalgamacji: stop srebra (cyna - srebro - miedź) + rtęć stop srebra (nie przereagowany) + miedź-cyna + srebro-rtęć po zakończeniu procesu amalgamacji nie ma w amalgamacie niezwiązanej rtęci 41
Dziękuję za uwagę 42