Апатит - Apatite

Не путать с аппетит.
Группа апатитов
Apatite Canada.jpg
Общий
КатегорияФосфатный минерал
Формула
(повторяющийся блок)		Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)
Классификация Струнца8.BN.05
Кристаллическая системаШестиугольный
Кристалл классДипирамидальный (6 / м)
(одно и тоже Символ HM )[1]
Идентификация
ЦветПрозрачный до полупрозрачного, обычно зеленого, реже бесцветного, желтого, синего до фиолетового, розового, коричневого.[2]
Хрустальная привычкаТаблетчатые, призматические кристаллы, массивные, компактные или зернистые
Расщепление[0001] нечеткое, [1010] нечеткое[1]
ПереломОт конхоидальной до неровной[2]
Шкала Мооса твердость5[2] (определение минерала)
БлескСтекловидное тело[2] до подслоя
Полосабелый
ПрозрачностьОт прозрачного до полупрозрачного[1]
Удельный вес3.16–3.22[1]
Польский блескСтекловидное тело[2]
Оптические свойстваДвойное лучепреломление, одноосный отрицательный[2]
Показатель преломления1.634–1.638 (+0.012, −0.006)[2]
Двулучепреломление0.002–0.008[2]
ПлеохроизмГолубые камни - сильный, от синего и желтого до бесцветного. Остальные цвета от слабого до очень слабого.[2]
Дисперсия0.013[2]
Ультрафиолетовый флуоресценцияЖелтые камни - пурпурно-розовый, который сильнее в длинных волнах; синие камни - от голубого до голубого в длинных и коротких волнах; зеленые камни - зеленовато-желтый, более сильный в длинноволновой части; фиолетовые камни - зеленовато-желтый по длинной волне, светло-фиолетовый по короткой.[2]

Апатит это группа фосфатные минералы, обычно имея в виду гидроксиапатит, фторапатит и хлорапатит, с высокими концентрациями ОЙ−, F− и Cl− ионы соответственно в кристалл. Формула смеси трех самых распространенных участники записывается как Ca10(PO4 )6(ОН, F, Cl)2, и формулы элементарной ячейки кристалла индивидуального минералы записываются как Ca10(PO4)6(ОЙ)2, Ca10(PO4)6F2 и Ca10(PO4)6Cl2.

Минерал был назван апатитом немецкими геолог Авраам Готтлоб Вернер в 1786 г.,[3] хотя конкретный минерал, который он описал, был реклассифицирован как фторапатит в 1860 г. минералог Карл Фридрих Август Раммельсберг. Апатит часто принимают за другие минералы. Эта тенденция отражена в названии минерала, которое происходит от греческого слова απατείν (апатеин), что означает обмануть или же вводить в заблуждение.[4]

Геология

Апатит встречается в осадочных, метаморфических, магматических и вулканические породы. Апатит может образовываться в осадочных процессах, магматических процессах (например, Пегматит ), метаморфические процессы, а в гидротермальные источники,[5] а также производство биологическими системами.

Апатит - один из немногих минералов, производимых и используемых биологическими системами окружающей среды. Апатит - определяющий минерал для 5 баллов. Шкала Мооса. Гидроксиапатит, также известный как гидроксилапатит, является основным компонентом эмаль зубов и костный минерал. Относительно редкая форма апатита, в которой большинство групп ОН отсутствует и содержит много карбонат и замещения кислого фосфата является важным компонентом кость материал.

Фторапатит (или фторапатит) более устойчив к воздействию кислоты, чем гидроксиапатит; в середине 20-го века было обнаружено, что в сообществах, водоснабжение которых естественно содержало фтор, было меньше кариес.[6] Фторированная вода позволяет обмен в зубы фторид-ионов для гидроксильные группы в апатите. Точно так же зубная паста обычно содержит источник фтора. анионы (например, фторид натрия, монофторфосфат натрия ). Слишком много фтора приводит к стоматологический флюороз и / или флюороз скелета.

Следы деления в апатите обычно используются для определения термической истории орогенные пояса и из отложения в осадочные бассейны.[7] (U-Th) / Он встречается апатита также хорошо установлено из исследований диффузии благородных газов[8][9][10][11][12][13][14] для использования при определении тепловых историй[15][16] и другие, менее типичные приложения, такие как датирование палео-пожаров.[17]

Фосфорит богат фосфатами осадочная порода, который содержит от 18% до 40% P2О5. Апатит в фосфорите присутствует в виде скрытокристаллический массы, называемые коллофан.

Использует

Основное использование апатита - производство удобрение - это источник фосфора. Иногда его используют как драгоценный камень. Зеленые и синие разновидности в мелкодисперсном виде пигменты с отличной укрывистостью.

При переваривании апатита серная кислота сделать фосфорная кислота, фтороводород производится как побочный продукт из любых фторапатит содержание. Этот побочный продукт является второстепенным промышленным источником плавиковая кислота.[18]

Фтор-хлорапатит составляет основу устаревшего галофосфора. флуоресцентная лампа люминофорная система. Допант элементы марганца и сурьмы, в количестве менее одного молярного процента - вместо кальция и фосфора, придающих флуоресценцию - и регулировка соотношения фтора и хлора изменяют оттенок белого. Эта система была почти полностью заменена системой Tri-Phosphor.[19]

В Соединенных Штатах удобрения на основе апатита используются для дополнения питания многих сельскохозяйственных культур, являясь ценным источником фосфат.

Апатиты также являются предлагаемым материалом-хозяином для хранения ядерные отходы, наряду с другими фосфатами.

Геммология

Граненый голубой апатит, Бразилия
Желтые апатиты

Апатит редко используется в качестве драгоценный камень. Прозрачный камни чистого цвета огранены, и chatoyant образцы были кабошон -резать.[2] Камни Чатоянь известны как апатит кошачий глаз,[2] прозрачные зеленые камни известны как спаржа,[2] и голубые камни были названы мороксит.[20] Если кристаллы рутил выросли в кристалле апатита, при правильном освещении ограненный камень дает эффект кошачьего глаза. Основные источники драгоценного апатита:[2] Бразилия, Мьянма и Мексика. Другие источники включают[2] Канада, Чешская Республика, Германия, Индия, Мадагаскар, Мозамбик, Норвегия, Южная Африка, Испания, Шри-Ланка и США.

Использование в качестве рудного минерала

Апатит в микрофотографии шлифа из Апатитовый рудник Сиилинъярви. В кросс-поляризованном свете слева, в плоскополяризованном свете справа.
Апатитовый рудник в Сиилинъярви, Финляндия.

Иногда обнаруживается, что апатит содержит значительное количество редкоземельные элементы и может использоваться как руда для этих металлов.[21] Это предпочтительнее традиционных редкоземельных руд, таких как монацит,[22] поскольку апатит не очень радиоактивен и не вызывает экологическая опасность в хвостохранилища Однако апатит часто содержит уран и его столь же радиоактивный цепочка распада нуклиды.[23][24]

Апатит - рудный минерал на месторождении Озеро Хойдас редкоземельный проект.[25]

Термодинамика

В стандартные энтальпии образования в кристаллическом состоянии гидроксиапатита, хлорапатита и предварительное значение для бромпатита, были определены реакционным раствором калориметрия. Предположения о существовании возможного пятого члена семейства кальциевых апатитов, йодапатита, были сделаны из соображений энергетики.[26]

Структурные и термодинамический свойства кристаллических гексагональных апатитов кальция, Ca10(PO4)6(ИКС)2 (X = OH, F, Cl, Br), были исследованы с использованием всеатомного потенциала Борна-Хаггинса-Майера.[27] методом молекулярной динамики. Точность модели при комнатной температуре и атмосферном давлении проверялась по структурным данным кристалла с максимальными отклонениями c. 4% для галоапатитов и 8% для гидроксиапатита. Для оценки коэффициента изотермической сжимаемости этих соединений были выполнены прогоны моделирования высокого давления в диапазоне 0,5-75 кбар. Деформация сжатых твердых тел всегда упруго анизотропна, а поведение BrAp заметно отличается от поведения, которое демонстрируют HOAp и ClAp. Данные высокого давления p-V были подогнаны к уравнению состояния Парсафара-Мейсона.[28] с точностью лучше 1%.[29]

Моноклинные твердые фазы Ca10(PO4)6(ИКС)2 (X = OH, Cl) и расплав гидроксиапатита также были изучены методом молекулярной динамики.[30][31]

Лунная наука

Лунные скалы собранных космонавтами во время Программа Аполлон содержат следы апатита.[32] Повторный анализ этих проб в 2010 г. показал, что вода, захваченная минералом, гидроксил, что приводит к оценкам содержания воды на поверхности Луны в размере не менее 64 частей на миллиард - в 100 раз больше, чем предыдущие оценки - и достигает 5 частей на миллион.[33] Если минимальное количество заблокированной минералами воды гипотетически превратить в жидкость, она покроет поверхность Луны примерно на одном метре воды.[34]

Биовыщелачивание

Эктомикоризные грибы Suillus granulatus и Paxillus invutus может выделять элементы из апатита.[35]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Апатит. Webmineral
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Геммологический институт Америки, Справочное руководство GIA Gem 1995, ISBN  0-87311-019-6
  3. ^ По словам самого Вернера - (Werner, 1788), с. 85 - название «апатит» впервые появилось в печати:
    • Герхард, К.А., Grundriss des Mineral-Systems [Схема системы минералов] (Берлин, (Германия): Кристиан Фридрих Химбург, 1786), п. 281. С п. 281: "Von einigen noch nicht genau bestimmten und ganz neu entdeckten Mineralien. Ich rechne hierzu folgende drei Körper: 1. Den Apatit des Herrn Werners.…"(О некоторых еще не точно определенных и совсем недавно открытых минералах. Я считаю среди них следующие три вещества: 1. апатит г-на Вернера.…)
    Вернер довольно подробно описал минерал в статье 1788 года.
    • Вернер, А.Г. (1788) "Geschichte, Karakteristik, und kurze chemische Untersuchung des Apatits" (История, характеристика и краткие химические исследования апатита), Bergmännisches Journal (Шахтерский журнал), т. 1. С. 76–96. На стр. 84–85, Вернер объяснил, что, поскольку минералоги неоднократно ошибочно классифицировали его (например, как Аквамарин ), он дал апатиту имя «обманщик»: "Ich wies hierauf diesem Foßile, als einer eigenen Gattung, sogleich eine Stelle in dem Kalkgeschlechte an; und ertheilte ihm, - weil es bisher alle Mineralogen in seiner Bestimmung und geführt hatte, - den Namen Апатит, den ich von dem griechischen Worte απατάω (decipio) bildete, und welcher so viel as Trügling сагт. " (Затем я немедленно назначил этой окаменелости [т.е. материалу, полученному из-под земли], как отдельному типу, место в линии происхождения извести; и присвоил ей - поскольку она ранее сбивала с пути всех минералогов в своей классификации - название «апатит ", которое я образовал от греческого слова απατάω [апатао] (я обманываю) и который говорит столько же, сколько [слово] «обманщик».)
  4. ^ "Информация и данные о фторапатитовых минералах". mindat.org. Получено 30 января 2018.
  5. ^ Минеральная группа апатита. минералы.net. Проверено 14 октября 2020.
  6. ^ Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований. История фторирования; 2008-12-20.
  7. ^ Malusà, Marco G .; Фитцджеральд, Пол Г., ред. (2019). Термохронология треков деления и ее применение в геологии. Учебники Springer по наукам о Земле, географии и окружающей среде. Дои:10.1007/978-3-319-89421-8. ISBN  978-3-319-89419-5. ISSN  2510-1307. S2CID  146467911.
  8. ^ Zeitler, P.K .; Herczeg, A.L .; McDougall, I .; Хонда, М. (октябрь 1987 г.). «U-Th-He датирование апатита: потенциальный термохронометр». Geochimica et Cosmochimica Acta. 51 (10): 2865–2868. Bibcode:1987GeCoA..51.2865Z. Дои:10.1016/0016-7037(87)90164-5. ISSN  0016-7037.
  9. ^ Wolf, R.A .; Farley, K.A .; Сильвер, L.T. (Ноябрь 1996 г.). «Диффузия гелия и низкотемпературная термохронометрия апатита». Geochimica et Cosmochimica Acta. 60 (21): 4231–4240. Bibcode:1996GeCoA..60.4231W. Дои:10.1016 / с0016-7037 (96) 00192-5. ISSN  0016-7037.
  10. ^ Warnock, A.C .; Zeitler, P.K .; Wolf, R.A .; Бергман, С.С. (декабрь 1997 г.). «Оценка низкотемпературной апатитовой U Th / He термохронометрии». Geochimica et Cosmochimica Acta. 61 (24): 5371–5377. Bibcode:1997GeCoA..61.5371W. Дои:10.1016 / с0016-7037 (97) 00302-5. ISSN  0016-7037.
  11. ^ Фарли, К. А. (2000-02-10). «Диффузия гелия из апатита: общее поведение на примере фторапатита Дуранго» (PDF). Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 105 (B2): 2903–2914. Bibcode:2000JGR ... 105.2903F. Дои:10.1029 / 1999jb900348. ISSN  0148-0227.
  12. ^ Шустер, Дэвид Л .; Цветы, Ребекка М .; Фарли, Кеннет А. (сентябрь 2006 г.). «Влияние естественного радиационного повреждения на кинетику диффузии гелия в апатите». Письма по науке о Земле и планетах. 249 (3–4): 148–161. Bibcode:2006E и PSL.249..148S. Дои:10.1016 / j.epsl.2006.07.028. ISSN  0012-821X.
  13. ^ Айдлман, Брюс Д .; Цайтлер, Питер К .; Макданнелл, Калин Т. (январь 2018 г.). «Характеристика выделения гелия из апатита при непрерывном постепенном нагреве». Химическая геология. 476: 223–232. Bibcode:2018ЧГео.476..223И. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2017.11.019. ISSN  0009-2541.
  14. ^ McDannell, Kalin T .; Цайтлер, Питер К .; Джейнс, Дарвин Дж .; Айдлман, Брюс Д .; Файон, Анния К. (февраль 2018 г.). «Скрининг апатитов для термохронометрии (U-Th) / He посредством непрерывного постепенного нагрева: компоненты возраста He и их влияние на разброс по возрасту». Geochimica et Cosmochimica Acta. 223: 90–106. Bibcode:2018GeCoA.223 ... 90 млн. Дои:10.1016 / j.gca.2017.11.031. ISSN  0016-7037.
  15. ^ House, M.A .; Wernicke, B.P .; Farley, K.A .; Думитру Т.А. (Октябрь 1997 г.). «Кайнозойская термическая эволюция центральной Сьерра-Невады, Калифорния, из (UTh) / He термохронометрии». Письма по науке о Земле и планетах. 151 (3–4): 167–179. Дои:10.1016 / s0012-821x (97) 81846-8. ISSN  0012-821X.
  16. ^ Ehlers, Todd A .; Фарли, Кеннет А. (январь 2003 г.). «Апатитовая (U – Th) / He термохронометрия: методы и приложения к проблемам тектонических и поверхностных процессов». Письма по науке о Земле и планетах. 206 (1–2): 1–14. Bibcode:2003E и PSL.206 .... 1E. Дои:10.1016 / s0012-821x (02) 01069-5. ISSN  0012-821X.
  17. ^ Reiners, P.W .; Thomson, S.N .; McPhillips, D .; Donelick, R.A .; Реринг, Дж. Дж. (2007-10-12). «Термохронология лесных пожаров и судьба и перенос апатита на склонах холмов и в речных средах». Журнал геофизических исследований. 112 (F4): F04001. Bibcode:2007JGRF..112.4001R. Дои:10.1029 / 2007jf000759. ISSN  0148-0227.
  18. ^ Вильяльба, Гара; Эйрес, Роберт У .; Шредер, Ганс (2008). «Учет фтора: производство, использование и потери». Журнал промышленной экологии. 11: 85–101. Дои:10.1162 / jiec.2007.1075.
  19. ^ Хендерсон и Марсден, «Лампы и освещение», Эдвард Арнольд Лтд., 1972 г., ISBN  0-7131-3267-1
  20. ^ Стритер, Эдвин В., Драгоценные камни и драгоценные камни 6-е издание, Джордж Белл и сыновья, Лондон, 1898 г., стр. 306
  21. ^ Салви С., Уильямс-Джонс А. 2004. Щелочные гранит-сиенитовые месторождения. В Линнен Р.Л., Самсон И.М., редакторы. Геохимия редких элементов и месторождения полезных ископаемых. Сент-Катаринс (ОН): Геологическая ассоциация Канады. стр. 315-341 ISBN  1-897095-08-2
  22. ^ Хаксель Дж., Хедрик Дж., Оррис Дж. 2006. Критические ресурсы редкоземельных элементов для высоких технологий. Рестон (Вирджиния): Геологическая служба США. Информационный бюллетень USGS: 087-02.
  23. ^ Проктор, Роберт Н. (01.12.2006) Вдыхание полония - New York Times. Nytimes.com. Проверено 24 июля 2011.
  24. ^ Табачный дым | Радиационная защита | Агентство по охране окружающей среды США. Epa.gov (28.06.2006). Проверено 24 июля 2011.
  25. ^ Грейт Вестерн Минералс Групп Лтд. | Проекты - Озеро Хойдас, Саскачеван В архиве 2008-07-01 на Wayback Machine. Gwmg.ca (27 января 2010 г.). Проверено 24 июля 2011.
  26. ^ Cruz, F.J.A.L .; Минас да Пьедаде, M.E .; Calado, J.C.G. (2005). «Стандартные мольные энтальпии образования гидрокси-, хлор- и бромапатита». J. Chem. Термодин. 37 (10): 1061–1070. Дои:10.1016 / j.jct.2005.01.010.
  27. ^ Видеть: Потенциал Борна-Хаггинса-Майера (SklogWiki)
  28. ^ Парсафар, Голамаббас и Мейсон, Э.А. (1994) "Универсальное уравнение состояния для сжатых твердых тел", Physical Review B Конденсированное вещество, 49 (5) : 3049–3060.
  29. ^ Cruz, F.J.A.L .; Canongia Lopes, J.N .; Calado, J.C.G .; Минас да Пьедаде, M.E. (2005). «Молекулярно-динамическое исследование термодинамических свойств апатитов кальция. 1. Гексагональные фазы». J. Phys. Chem. B. 109 (51): 24473–24479. Дои:10.1021 / jp054304p. PMID  16375450.
  30. ^ Cruz, F.J.A.L .; Canongia Lopes, J.N .; Calado, J.C.G. (2006). «Молекулярно-динамическое исследование термодинамических свойств кальциевых апатитов. 2. Моноклинные фазы». J. Phys. Chem. B. 110 (9): 4387–4392. Дои:10.1021 / jp055808q. PMID  16509739.
  31. ^ Cruz, F.J.A.L .; Canongia Lopes, J.N .; Calado, J.C.G. (2006). «Моделирование молекулярной динамики расплавленного гидроксиапатита кальция». Уравнение жидкой фазы. 241 (1–2): 51–58. Дои:10.1016 / j.fluid.2005.12.021.
  32. ^ Smith, J. V .; Андерсон, А. Т .; Newton, R.C .; Olsen, E. J .; Crewe, A. V .; Исааксон, М. С. (1970). «Петрологическая история Луны, выведенная из петрографии, минералогии и петрогенезиса пород Аполлона 11». Geochimica et Cosmochimica Acta. 34, Дополнение 1: 897–925. Bibcode:1970GeCAS ... 1..897S. Дои:10.1016/0016-7037(70)90170-5.
  33. ^ McCubbina, Francis M .; Стил, Эндрю; Haurib, Erik H .; Неквасилц, Ханна; Ямашитад, Сигеру; Рассел Дж. Хемлея (2010). «Номинально водный магматизм на Луне». Труды Национальной академии наук. 107 (25): 11223–11228. Bibcode:2010ПНАС..10711223М. Дои:10.1073 / pnas.1006677107. ЧВК  2895071. PMID  20547878.
  34. ^ Фазекас, Эндрю «Вода на Луне в сто раз больше, чем предполагалось» National Geographic News (14 июня 2010 г.). News.nationalgeographic.com (14.06.2010). Проверено 24 июля 2011.
  35. ^ Джеффри Майкл Гэдд (март 2010 г.). «Металлы, минералы и микробы: геомикробиология и биоремедиация». Микробиология. 156 (Pt 3): 609–643. Дои:10.1099 / мик.0.037143-0. PMID  20019082.