Фторапатит - Fluorapatite
| Фторапатит | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория |
Фосфатный минерал группа апатита |
|
Формула (повторяющаяся единица) |
Ca 5 (PO 4 ) 3 F |
| Классификация Струнца | 8.BN.05 |
| Кристаллическая система | Шестиугольный |
| Кристалл класс | Дипирамидальный (6 / м) символ HM : (6 / м) |
| Космическая группа | P 6 3 / м |
| Идентификация | |
| Цвет | Морской зеленый, фиолетовый, пурпурный, голубой, розовый, желтый, коричневый, белый, бесцветный, можно зонировать |
| Хрустальная привычка | От массивного до призматического кристаллического |
| Twinning | Контактные близнецы редко |
| Расщепление | Нечеткое |
| Перелом | От хрупкого до раковинного |
| Твердость по шкале Мооса | 5 |
| Блеск | Стекловидное, от смолистого до тусклого |
| Полоса | белый |
| Прозрачность | От прозрачного до непрозрачного |
| Удельный вес | От 3,1 до 3,2 |
| Оптические свойства | Одноосный (-) |
| Показатель преломления | nω = 1,631 - 1,650 nε = 1,633 - 1,646 |
| Двулучепреломление | δ = 0,002 |
| Ультрафиолетовая флуоресценция | Флуоресцентный и фосфоресцентный. |
| Рекомендации | |
Фторапатит , часто с альтернативным написанием фторапатита , представляет собой фосфатный минерал с формулой Ca 5 (PO 4 ) 3 F (фторфосфат кальция). Фторапатит - твердое кристаллическое вещество. Хотя образцы могут иметь различный цвет (зеленый, коричневый, синий, желтый, фиолетовый или бесцветный), чистый минерал бесцветен, как и ожидалось для материала, в котором отсутствуют переходные металлы . Наряду с гидроксилапатитом , он может быть компонентом зубной эмали , но для промышленного использования оба минерала добываются в виде фосфатной породы , обычный минеральный состав которой состоит в основном из фторапатита, но часто со значительными количествами другого.
Фторапатит кристаллизуется в гексагональной кристаллической системе. Его часто объединяют 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. В промышленности минерал является важным источником фосфорной и плавиковой кислот .
Фторапатит как минерал является наиболее распространенным фосфатным минералом. Он широко встречается в качестве акцессорного минерала в магматических породах и метаморфических породах, богатых кальцием . Это обычно происходит в обломочном или diagenic минерала в осадочных породах и является существенным компонентом фосфоритов рудных месторождений. Встречается как остаточный минерал в латеритных почвах .
Фторапатит содержится в зубах акул и других рыб в различных концентрациях. Он также присутствует в человеческих зубах , подвергшихся действию фторид- ионов, например, в результате фторирования воды или использования фторидсодержащей зубной пасты . Присутствие фторапатита помогает предотвратить разрушение зубов или кариес . Фторапатит имеет критическое значение pH 4,5, что делает структуру зуба более устойчивой к дополнительным атакам кариеса. Он также обладает мягкими бактериостатическими свойствами, что помогает уменьшить распространение Streptococcus mutans , преобладающей бактерии, связанной с кариесом зубов.
Синтез
Фторапатит можно синтезировать в трехстадийном процессе. Во-первых, фосфат кальция образуется путем объединения солей кальция и фосфата при нейтральном pH . Затем этот материал вступает в реакцию с источниками фтора (часто монофторфосфатом натрия или фторидом кальция (CaF 2 )) с образованием минерала. Эта реакция является неотъемлемой частью глобального цикла фосфора .
- 3 Ca 2+
+ 2 PO 3-
4 → Ca
3 (PO
4 )
2
- 3 Ca
3 (PO
4 )
2 + CaF
2 → 2 Ca
5 (PO
4 )
3 F
Приложения
Фторапатит как природная примесь в апатите образует фтористый водород в качестве побочного продукта при производстве фосфорной кислоты , поскольку апатит переваривается серной кислотой . Побочный продукт фтористого водорода в настоящее время является одним из промышленных источников фтористоводородной 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, лег в основу второго поколения люминофоров для люминесцентных ламп, называемых галофосфорами . При облучении ртутным резонансным излучением 253,7 нм они флуоресцируют с широким излучением, которое появляется в пределах приемлемого белого цвета . Сурьма-V действовала как первичный активатор и давала широкое синее излучение. Добавление марганца-II привело к появлению второго широкого пика на красном конце спектра излучения за счет пика сурьмы, при этом энергия возбуждения передается от сурьмы к марганцу в результате безызлучательного процесса и излучаемый свет становится менее заметным. синий и более розовый. Замена части фторид-ионов хлорид-ионами в решетке вызвала общий сдвиг полос излучения в сторону более длинноволновой красной части спектра. Эти изменения позволили изготавливать люминофоры для трубок Warm White , White и Daylight (с исправленными цветовыми температурами 2900, 4100 и 6500 K соответственно). Количество активаторов марганца и сурьмы варьируется от 0,05 до 0,5 мол.%. Реакция, используемая для создания галогенфосфор, показана ниже. Сурьма и марганец должны быть включены в правильных следовых количествах, чтобы продукт был флуоресцентным.
- 6 CaHPO
4 + (3 + x) CaCO
3 + (1-х) CaF
2 + (2x) NH
4 Cl → 2 Ca
5 (PO
4 )
3 (F
1-х Cl
Икс ) + (3 + х) СО
2 + (3 + х) H
2 O + (2x) NH
3
Иногда часть кальция заменяли стронцием, что давало более узкие пики эмиссии. 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 продуктового рынка или художественных студий.
До разработки галофосфоров в 1942 году в люминесцентных лампах использовались люминофоры с решетчатым виллемитом первого поколения , ортосиликат цинка, активированный марганцем-II и ортосиликат цинка-бериллия. Из-за респираторной токсичности соединений бериллия устаревание этих ранних типов люминофора было полезно для здоровья.
Примерно с 1990 года трифосфоры третьего поколения, три отдельных красных, синих и зеленых люминофоров, активированных редкоземельными ионами и смешанные в пропорциях для получения приемлемых белых люминофоров, в значительной степени заменили галофосфоры.
Фторапатит можно использовать в качестве прекурсора для производства фосфора . Его можно восстановить углеродом в присутствии кварца :
- 4 Ca
5 (PO
4 )
3 F + 21 SiO
2 + 30 С → 20 CaSiO
3 + 30 СО + SiF
4 + 6 П
2
При охлаждении образуется белый фосфор (P 4 ):
- 2 пол.
2 → P
4
Фторапатит также используется как драгоценный камень.