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 слабым бактериостатическим свойством, что помогает уменьшить распространение Streptococcus mutans , преобладающей бактерии, связанной с кариесом. [7]
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]
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.
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 цветов, 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 :
При охлаждении образуется белый фосфор (P 4 ):
Фторапатит также используется как драгоценный камень. [10]
