Апатит – кальций фосфат минералы, и магмалық, метаморфтық тау жыныстарында кең таралған. Құрамы, пайда болуы, қабатты шөгінділерде кездесуі туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Минералдық топ, кальций фосфаты
Mineral group, calcium phosphate
Геология
Апатит магмалық және метаморфтық жыныстарда қосалқы минерал ретінде өте кең таралған, онда ол ең көп кездесетін фосфат минералы болып табылады. Дегенмен, оның кездесу орындалары көбінесе ұсақ түйіршіктер түрінде болады, оларды көбінесе тек жұқа қимада ғана көруге болады. Ірі кристалды апатит әдетте пегматиттермен, карбонат минералдарына бай шөгінділерден пайда болған гнейстермен, карнаттармен немесе мәрмәрмен шектеледі. Апатит сонымен қатар кластикалық шөгінді жыныстарда да кездеседі, олар бастапқы жыныстан эрозия арқылы шыққан түйіршіктер болып табылады. Фосфорит – 80%-ға дейін апатиттен тұратын, коллофан деп аталатын криптокристалдық массалар түрінде кездесетін фосфатқа бай шөгінді тау жынысы. Апатиттің экономикалық мөлшері кейде нефелин сиенитінде немесе карбонатиттерде де табылады. Апатит – биологиялық микроорта жүйелері өндіретін және қолданатын сирек минералдардың бірі. Фторпатит (немесе фторпатит) гидроксиапатиттен қышқылға төзімдірек; 20 ғасырдың ортасында сумен қамтамасыз етілген халықтардың суында фтор табиғи түрде болған жағдайда тіс кариесі деңгейі төмен екендігі анықталды. Фторланған су тістердегі апатиттегі гидроксил тобын фтор иондарымен алмастыруға мүмкіндік береді. Сол сияқты, тіс пастасы көбінесе фтор аниондарының көзін (мысалы, натрий фториді, натрий монофторфосфаты) қамтиды. Фтордың шамадан көп мөлшерде болуы тіс флюорозына және/немесе қаңқа флюорозына әкелуі мүмкін. Апатиттегі фиссиондық іздер орогендік белдеулердің және шөгінді алаптардағы шөгінділердің жылулық тарихын анықтау үшін жиі қолданылады. Апатиттің (U Th)/He жасы термиялық тарихты анықтау және палео-өрттің мерзімін анықтау сияқты басқа да ерекше емес қолданыстар үшін асыл газ диффузиясы зерттеулері арқылы жақсы белгілі.
Apatite is very common as an accessory mineral in igneous and metamorphic rocks, where it is the most common phosphate mineral. However, occurrences are usually as small grains which are often visible only in thin section. Coarsely crystalline apatite is usually restricted to pegmatites, gneiss derived from sediments rich in carbonate minerals, skarns, or marble. Apatite is also found in clastic sedimentary rock as grains eroded out of the source rock. Phosphorite is a phosphate rich sedimentary rock containing as much as 80% apatite, which is present as cryptocrystalline masses referred to as collophane. Economic quantities of apatite are also sometimes found in nepheline syenite or in carbonatites. Apatite is one of a few minerals produced and used by biological micro environmental systems. Fluorapatite (or fluoroapatite) is more resistant to acid attack than is hydroxyapatite; in the mid 20th century, it was discovered that communities whose water supply naturally contained fluorine had lower rates of dental caries. Fluoridated water allows exchange in the teeth of fluoride ions for hydroxyl groups in apatite. Similarly, toothpaste typically contains a source of fluoride anions (e. g. sodium fluoride, sodium monofluorophosphate). Too much fluoride results in dental fluorosis and/or skeletal fluorosis. Fission tracks in apatite are commonly used to determine the thermal histories of orogenic belts and of sediments in sedimentary basins. (U Th)/He dating of apatite is also well established from noble gas diffusion studies for use in determining thermal histories and other, less typical applications such as paleo wildfire dating.
Қолданылуы
Апатиттің негізгі қолданылуы – тыңайтқыш өндірісінде және басқа да өнеркәсіптік мақсаттарда фосфат көзі ретінде. Ол кейде әшекей тас ретінде де қолданылады. Апатит ұнтағы б.з.д. III ғасырындағы Қытайдың терракота армиясының пигменті ретінде, ал Цин әулетінің металл өнімдеріне эмаль жасау үшін қолданылған. Апатитті күкірт қышқылымен қорыту арқылы фосфор қышқылы жасау кезінде, фторапатит құрамындағы фтор болған жағдайда, қосалқы өнім ретінде фторсутек пайда болады. Бұл қосалқы өнім фторсутек қышқылының өнеркәсіптік шағын көзі болып табылады. Апатит сонымен қатар кейде уран мен ванадийдің көзі болып табылады, олар минералдағы шағын мөлшердегі элементтер ретінде кездеседі. Флюорохлороапатит – қазір қолданыстан шыққан галофосфор люминесценттік шамдардың фосфор жүйесінің негізін құрайды. Кальций мен фосфордың орнына бір мольден аз пайыздағы марганец және сурьма допанттары люминесценцияны қамтамасыз етеді, ал фтор мен хлор арақатынасын реттеу ақ түстің тонына әсер етеді. Бұл жүйе толығымен Трифосфор жүйесімен алмастырылды. Апатиттер, басқа фосфаттармен бірге, радиоактивтік қалдықтарды сақтауға арналған материал ретінде қарастырылып жатыр.
The primary use of apatite is as a source of phosphate in the manufacture of fertilizer and in other industrial uses. It is occasionally used as a gemstone. Ground apatite was used as a pigment for the Terracotta Army of 3rd century BCE China, and in Qing Dynasty enamel for metalware. During digestion of apatite with sulfuric acid to make phosphoric acid, hydrogen fluoride is produced as a byproduct from any fluorapatite content. This byproduct is a minor industrial source of hydrofluoric acid. Apatite is also occasionally a source of uranium and vanadium, present as trace elements in the mineral. Fluoro chloro apatite forms the basis of the now obsolete Halophosphor fluorescent tube phosphor system. Dopant elements of manganese and antimony, at less than one mole percentin place of the calcium and phosphorus impart the fluorescenceand adjustment of the fluorine to chlorine ratio alter the shade of white produced. This system has been almost entirely replaced by the Tri Phosphor system. Apatites are also a proposed host material for storage of nuclear waste, along with other phosphates.
Гемология
Апатит асыл тас ретінде сирек қолданылады. Мөлдір, таза түсті тастар граниттелген, ал жарқырағандары кабошонмен кесілген. Егер апатит кристалдарының ішінде рутил кристалдары өссе, дұрыс жарықта кесілген тас "мысық көзі" әсерін көрсетеді. Бұл монозит сияқты сирек кездесетін жер кендеріне қарағанда жақсырақ, себебі апатит аз радиоактивті және кен қалдықтарында қоршаған ортаға қауіп тудырмайды. Дегенмен, апатит көбінесе уран және оның радиоактивті ыдырау тізбегінің нуклидтерін қамтиды. Ресейдің Арктикалық солтүстігіндегі Апатиты қаласы осы кендерді өндірумен байланысты осылай аталған. Апатит – Хойдас көлінің сирек кездесетін жерлер жобасындағы кен минералы.
Apatite is infrequently used as a gemstone. Transparent stones of clean color have been faceted, and chatoyant specimens have been cabochon cut. If crystals of rutile have grown in the crystal of apatite, in the right light the cut stone displays a cat's eye effect. Major sources for gem apatite are This is preferable to traditional rare earth ores such as monazite, as apatite is not very radioactive and does not pose an environmental hazard in mine tailings. However, apatite often contains uranium and its equally radioactive decay chain nuclides. The town of Apatity in the Arctic North of Russia was named for its mining operations for these ores. Apatite is an ore mineral at the Hoidas Lake rare earth project.
Термодинамика
Гидроксиапатит пен хлорапатиттің кристалл күйіндегі стандартты түзілу энталпиясы және бромпатит үшін алдын ала мән, реакциялық ерітінді калориметриясы арқылы анықталды. Кальций апатиттері отбасының мүмкін бесінші мүшесі – йод апатитінің болуы туралы болжамдар энергетикалық ескертулерге негізделген. Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, F, Cl, Br) формулалы кристалл гексагонды кальций апатиттерінің құрылымдық және термодинамикалық қасиеттері, барлық атомдық Born Huggins Mayer потенциалын қолдана отырып, молекулалық динамика әдісімен зерттелді. Модельдің бөлме температурасы мен атмосфералық қысымдағы дәлдігі кристалл құрылымы туралы деректермен тексерілді, галоапатиттер үшін максималды ауытқу шамамен 4%, ал гидроксиапатит үшін 8% құрады. Бұл қосылыстардың изотермиялық сығылу коэффициентін бағалау үшін 0,5–75 кбар диапазонында жоғары қысымды симуляциялар жүргізілді. Сығылған қатты денелердің деформациясы әрқашан серпімді анизотропты болып келеді, BrAp, HOAp және ClAp көрсеткен мінез-құлықтан айқын ерекшеленеді. Жоғары қысымдағы pV деректері Parsafar Mason күй теңдеуіне 1%-дан жақсы дәлдікпен сәйкес келді. Моноклинді қатты фазалар Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, Cl) және балқыған гидроксиапатит қосылысы да молекулалық динамика арқылы зерттелді.
The standard enthalpies of formation in the crystalline state of hydroxyapatite, chlorapatite and a preliminary value for bromapatite, have been determined by reaction solution calorimetry. Speculations on the existence of a possible fifth member of the calcium apatites family, iodoapatite, have been drawn from energetic considerations. Structural and thermodynamic properties of crystal hexagonal calcium apatites, Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, F, Cl, Br), have been investigated using an all atom Born Huggins Mayer potential by a molecular dynamics technique. The accuracy of the model at room temperature and atmospheric pressure was checked against crystal structural data, with maximum deviations of c. 4% for the haloapatites and 8% for hydroxyapatite. High pressure simulation runs, in the range 0.5–75 kbar, were performed in order to estimate the isothermal compressibility coefficient of those compounds. The deformation of the compressed solids is always elastically anisotropic, with BrAp exhibiting a markedly different behavior from those displayed by HOAp and ClAp. High pressure p V data were fitted to the Parsafar Mason equation of state with an accuracy better than 1%. The monoclinic solid phases Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, Cl) and the molten hydroxyapatite compound have also been studied by molecular dynamics.
Ай туралы ғылым
Аполлон бағдарламасы кезінде ғарышкерлер жинаған Ай тастары апатит іздерін қамтиды. Айда судың болуы туралы жаңа мәліметтерден кейін, 2010 жылы осы үлгілерді қайта талдау нәтижесінде минералда гидроксил түрінде тұтқындалған су табылды, бұл Ай бетіндегі судың бұрынғы есептерге қарағанда кем дегенде 64 бөлік миллиардқа 100 есе көп және 5 бөлік миллионға дейін жететінін көрсетті. Егер минералдағы тұтқындалған судың ең аз мөлшері сұйық суға айналса, онда Ай беті шамамен бір метрлік су қабатымен жабылар еді.
Moon rocks collected by astronauts during the Apollo program contain traces of apatite. Following new insights about the presence of water in the moon, re analysis of these samples in 2010 revealed water trapped in the mineral as hydroxyl, leading to estimates of water on the lunar surface at a rate of at least 64 parts per billion100 times greater than previous estimatesand as high as 5 parts per million. If the minimum amount of mineral locked water was hypothetically converted to liquid, it would cover the Moon's surface in roughly one meter of water.
Биологиялық сұйықтық
Эктомикоризалық саңырауқұлақтар Suillus granulatus және Paxillus involutus апатиттен элементтерді босата алады. Апатиттен фосфаттың босатылуы – микоризалық саңырауқұлақтың ең маңызды қызметтерінің бірі, ол өсімдіктерде фосфордың сіңуін күшейтеді.
The ectomycorrhizal fungi Suillus granulatus and Paxillus involutus can release elements from apatite. Release of phosphate from apatite is one of the most important activities of mycorrhizal fungi, which increase phosphorus uptake in plants.
Апатит тобы және супертоп
Апатит – химиялық, стехиометриялық немесе құрылымдық жағынан ұқсас минералдар, биологиялық материалдар және синтетикалық химиялық заттар класының прототипі. Апатитке ең жақын заттар да апатиттер деп аталады, мысалы, қорғасын апатиті (пироморфит) және барий апатиті (альфорсит). Апатит супертобының химиялық құрамы жағынан өзгеше минералдарына беловиттер, бритолиттер, эллистадиттер және гедифандар жатады. Апатиттер пигменттер (мыс қосылған сілтілі жер апатиттері) ретінде, люминофорлар ретінде, сондай-ақ улы ауыр металдарды сіңіру және бекіту үшін қолдану мүмкіндігі зерттелген. Апатит минералдарында кальцийдің орнына стронций, барий және қорғасын, ал фосфаттың орнына арсенат және ванадат қосылуы мүмкін. Соңғы теңгерімдеуші анион фтор (фторпатиттер), хлорид (хлорпатиттер), гидроксид (гидроксиапатиттер) немесе оксид (оксиапатиттер) болуы мүмкін. Синтетикалық апатиттерге гипоманганат, гипохромат, бромид (бромоапатиттер), йодид (йодоапатиттер), сульфид (сульфоапатиттер) және селенид (селеноапатиттер) қосылады. Ай тас үлгілерінде сульфидтің табиғи алмасуына дәлелдер табылды. Бұдан әрі, кальцийдің орнына моно және тривалентті катиондардың, фосфаттың орнына ди- және тетрабазалық аниондардың, ал теңгерімдеуші анионның алмасуы түрлі деңгейде жүруі мүмкін. Мысалы, биологиялық апатиттерде натрийдің кальцийге, карбонаттың фосфатқа айтарлықтай алмасуы байқалады, беловитте натрий және церий немесе лантан еківалентті металл иондарының жұбын, германат пироморфитте германат фосфат пен хлоридті, ал эллистадиттерде силикат пен сульфат фосфат аниондарының жұбын алмастырады. Магний және темір сияқты кішкентай еківалентті иондарды құрайтын металдар салыстырмалы түрде үлкен кальций иондарын кеңінен алмастыра алмайды, бірақ шағын мөлшерде кездесуі мүмкін.
Apatite is the prototype of a class of chemically, stoichometrically or structurally similar minerals, biological materials, and synthetic chemicals. Those most similar to apatite are also known as apatites, such as lead apatite (pyromorphite) and barium apatite (alforsite). More chemically dissimilar minerals of the apatite supergroup include belovites, britholites, ellestadites and hedyphanes. Apatites have been investigated for their potential use as pigments (copper doped alkaline earth apatites), as phosphors and for absorbing and immobilising toxic heavy metals. In apatite minerals strontium, barium and lead can be substituted for calcium; arsenate and vanadate for phosphate; and the final balancing anion can be fluoride (fluorapatites), chloride (chlorapatites), hydroxide (hydroxyapatites) or oxide (oxyapatites). Synthetic apatites add hypomanganate, hypochromate, bromide (bromoapatites), iodide (iodoapatites), sulfide (sulfoapatites), and selenide (selenoapatites). Evidence for natural sulfide substitution has been found in lunar rock samples. Furthermore, compensating substitution of monovalent and trivalent cations for calcium, of dibasic and tetrabasic anions for phosphate, and of the balancing anion, can occur to a greater or lesser degree. For example, in biological apatites there is appreciable substitution of sodium for calcium and carbonate for phosphate, in belovite sodium and cerium or lanthanum substitute for a pair of divalent metal ions, in germanate pyromorphite germanate replaces phosphate and chloride, and in ellestadites silicate and sulphate replace pairs of phosphate anions. Metals forming smaller divalent ions, such as magnesium and iron, cannot substitute extensively for the relatively large calcium ions but may be present in small quantities.