Фторапатит
| Фторапатит | |
|---|---|
 Фторапатит (розовый) поверх мусковита (зеленый) | |
| Общий | |
| Категория | Фосфатный минерал группы апатита |
| Формула (повторяющаяся единица) | Ca 5 (PO 4 ) 3 F |
| символ ИМА | Фап [1] |
| классификация Штрунца | 8.БН.05 |
| Кристаллическая система | Шестиугольный |
| Кристаллический класс | Дипирамидальный (6/м) Символ HM : (6/м) |
| Космическая группа | П 6 3 /м |
| Идентификация | |
| Цвет | Цвет морской волны, фиолетовый, пурпурный, синий, розовый, желтый, коричневый, белый, бесцветный, может быть зонированным |
| Кристаллическая привычка | Массивный или призматический кристаллический |
| Побратимство | Контактные близнецы редки |
| Расщепление | Нечеткий |
| Перелом | Хрупкий до раковистого |
| Твёрдость по шкале Мооса | 5 |
| Блеск | Стекловидный, смолистый до матового |
| Полоса | Белый |
| Прозрачность | Прозрачный-непрозрачный |
| Удельный вес | 3.1 к 3.2 |
| Оптические свойства | Одноосный (−) |
| Показатель преломления | nω = 1,631 – 1,650 nε = 1,633 – 1,646 |
| Двойное лучепреломление | δ = 0,002 |
| Ультрафиолетовая флуоресценция | Флуоресцентные и фосфоресцентные |
| Ссылки | [2] [3] [4] |
Фтороапатит , часто с альтернативным написанием фтороапатит , является фосфатным минералом с формулой Ca5 ( PO4 ) 3F ( фторофосфат кальция). Фтороапатит является твёрдым кристаллическим твёрдым веществом. Хотя образцы могут иметь различный цвет (зелёный, коричневый, синий, жёлтый, фиолетовый или бесцветный), чистый минерал бесцветен, как и ожидалось для материала, не содержащего переходных металлов . Наряду с гидроксиапатитом , он может быть компонентом зубной эмали , особенно у людей, использующих фторированную зубную пасту , но для промышленного использования оба минерала добываются в виде фосфатной породы , чей обычный минеральный состав в основном состоит из фтороапатита, но часто со значительным количеством другого. [5]
Фторапатит кристаллизуется в гексагональной кристаллической системе. Он часто сочетается в виде твердого раствора с гидроксилапатитом (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH или Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) в биологических матрицах. Хлорапатит (Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl) — еще одна родственная структура. [5] В промышленности минерал является важным источником как фосфорной, так и плавиковой кислот.
Фторапатит как минерал является наиболее распространенным фосфатным минералом. Он широко встречается как акцессорный минерал в магматических породах и в богатых кальцием метаморфических породах . Он обычно встречается как обломочный или диагенный минерал в осадочных породах и является существенным компонентом месторождений фосфоритовой руды. Он встречается как остаточный минерал в латеритных почвах . [2]
Фторапатит содержится в зубах акул и других рыб в различных концентрациях. Он также присутствует в человеческих зубах , которые подвергались воздействию фторид -ионов, например, при фторировании воды или при использовании зубной пасты, содержащей фторид . Присутствие фторапатита помогает предотвратить разрушение зубов или кариес . [6] Фторапатит также обладает мягким бактериостатическим свойством, что помогает уменьшить распространение Streptococcus mutans , преобладающей бактерии, связанной с кариесом. [7]
Синтез
Фторапатит может быть синтезирован в трехэтапном процессе. Сначала фосфат кальция образуется путем объединения солей кальция и фосфата при нейтральном pH . Затем этот материал далее реагирует с источниками фтора (часто монофторфосфатом натрия или фторидом кальция (CaF 2 )) для получения минерала. Эта реакция является неотъемлемой частью глобального цикла фосфора . [8]
- 3 Са2+
+ 2 ПО3−
4 → Ка
3(ПО)
4)
2
- 3 Са
3(ПО)
4)
2+ КаФ
2 → 2 Са
5(ПО)
4)
3Ф
Приложения
Фторапатит как естественная примесь в апатите генерирует фтористый водород как побочный продукт во время производства фосфорной кислоты , поскольку апатит переваривается серной кислотой . Побочный продукт фтористый водород в настоящее время является одним из промышленных источников плавиковой кислоты , которая, в свою очередь, используется в качестве исходного реагента для синтеза ряда важных промышленных и фармацевтических соединений фтора .
Синтетический фторапатит, легированный марганцем -II и сурьмой -V, легировал второе поколение люминофоров для люминесцентных трубок, называемых галофосфорами . При облучении резонансным излучением ртути 253,7 нм они флуоресцировали с широким излучением, которое находилось в диапазоне приемлемых белых цветов . Сурьма-V действовала как первичный активатор и производила широкое синее излучение. Добавление марганца-II приводило к появлению второго широкого пика на красном конце спектра излучения за счет пика сурьмы, причем энергия возбуждения передавалась от сурьмы к марганцу безызлучательным процессом, и излучаемый свет казался менее синим и более розовым. Замена некоторых ионов фтора ионами хлорида в решетке вызвала общий сдвиг полос излучения в сторону более длинноволнового красного конца спектра. Эти изменения позволили изготовить люминофоры для тепло-белых , белых и дневных ламп (с исправленными цветовыми температурами 2900, 4100 и 6500 К соответственно). Количество активаторов марганца и сурьмы варьируется от 0,05 до 0,5 мольных процентов. Реакция, используемая для создания галофосфора, показана ниже. Сурьма и марганец должны быть включены в правильных следовых количествах, если продукт должен быть флуоресцентным.
- 6 CaHPO
4+ (3+x) CaCO
3+ (1−x) CaF
2+ (2x) НГ
4Cl → 2 Ca
5(ПО)
4)
3(Ф
1−xКл
х) + (3+x) СО
2+ (3+x) Н
2О + (2x) NH
3
Иногда часть кальция заменяли стронцием, что давало более узкие пики излучения. Для специальных или цветных трубок галофосфор смешивали с небольшими количествами других люминофоров, особенно в трубках De-Luxe с более высоким индексом цветопередачи для использования в освещении продовольственных рынков или художественных студий.
До разработки галофосфора в 1942 году в люминесцентных трубках использовались виллемитовые решетчатые, активированные марганцем-II цинковые ортосиликатные и цинково-бериллиевые ортосиликатные фосфоры первого поколения. Из-за респираторной токсичности соединений бериллия устаревание этих ранних типов фосфора было выгодно для здоровья.
Примерно с 1990 года трифосфоры третьего поколения, три отдельных люминофора красного, синего и зеленого цвета, активированные редкоземельными ионами и смешанные в пропорциях для получения приемлемого белого цвета, в значительной степени заменили галофосфоры. [9]
Фторапатит может быть использован в качестве прекурсора для производства фосфора . Он может быть восстановлен углеродом в присутствии кварца :
- 4 Са
5(ПО)
4)
3F + 21 SiO
2+ 30 С → 20 CaSiO
3+ 30 CO + SiF
4+ 6 П
2
При охлаждении образуется белый фосфор (P 4 ):
- 2 П
2 → П
4
Фторапатит также используется как драгоценный камень. [10]
Ссылки
- ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616.
- ^ ab "Фтороапатит" Архивировано 2012-02-08 в Wayback Machine . Справочник по минералогии .
- ^ Данные по минералу апатит-(CaF) Архивировано 30 октября 2016 г. на Wayback Machine . webmineral.com .
- ^ "Фтороапатит". mindat.org . Архивировано из оригинала 2018-03-08 . Получено 2013-11-17 .
- ^ ab Klein, Cornelis; Hurlbut, Cornelius Searle; Dana, James Dwight (1999), Manual of Mineralogy (21-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-31266-5
- ^ «Как фторид защищает мои зубы и делает их крепкими?». UCSB Science Line . Regents of the University of California. Архивировано из оригинала 27 октября 2017 г. Получено 3 июня 2016 г.
- ^ Трушковски, Ричард. «Наука диагностики кариеса» Архивировано 01.07.2016 в Wayback Machine . Dentistry IQ .
- ^ Холлеман, А. Ф.; Виберг, Э. «Неорганическая химия» Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .
- ^ Хендерсон и Марсден, Лампы и освещение, Edward Arnold Press, 1972, ISBN 0-7131-3267-1
- ↑ Драгоценные камни мира Вальтера Шумана, стр. 18, 23, 29, 34, 56, 83
