Кіріспе

Минералдық топ, кальций фосфаты

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.