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| アパタイトグループ | |
|---|---|
 アパタイト (CaF) (フッ化アパタイト) 方解石中の両端に末端を持つ結晶 | |
| 一般的な | |
| カテゴリ | リン酸鉱物 |
| 式 （繰り返し単位） | Ca 5 (PO 4 ) 3 (F,Cl,OH) |
| IMAシンボル | アプ[1] |
| ストルンツ分類 | 8.BN.05 |
| 結晶系 | 六角 |
| クリスタルクラス | 双錐体（6/m） （ HM記号 と同じ）[2] |
| 空間群 | P6 3 /m（No.176） |
| 識別 | |
| 色 | 透明から半透明、通常は緑色だが、まれに無色、黄色、青から紫、ピンク、茶色もある。[3] |
| クリスタル習慣 | 板状、柱状結晶、塊状、緻密状、または粒状 |
| 胸の谷間 | [0001] 不明瞭、[1010] 不明瞭[2] |
| 骨折 | 貝殻状から不均一な形状[3] |
| モース 硬度 | 5 [3]（鉱物の定義） |
| 光沢 | ガラス質[3]から樹脂下 |
| 連勝 | 白 |
| 透けて見える | 透明から半透明[2] |
| 比重 | 3.16–3.22 [2] |
| 磨きの光沢 | 硝子体[3] |
| 光学特性 | 複屈折、一軸負[3] |
| 屈折率 | 1.634–1.638 (+0.012、-0.006) [3] |
| 複屈折 | 0.002–0.008 [3] |
| 多色性 | 青い石– 強い青と黄色から無色。他の色は弱いから非常に弱い。[3] |
| 分散 | 0.013 [3] |
| 紫外線 蛍光 | 黄色の石– 長波でより強い紫がかったピンク色。青色の石 – 長波と短波の両方で青から水色。緑色の石 – 長波でより強い緑がかった黄色。紫色の石 – 長波では緑がかった黄色、短波では薄紫色。[3] |
アパタイトは、通常、ハイドロキシアパタイト、フルオロアパタイト、クロロアパタイトであるリン酸鉱物のグループであり、結晶中にそれぞれ高濃度のOH −、F −、Cl −イオンが含まれています。最も一般的な 3 つの端成分の混合物の式はCa 10 ( PO 4 ) 6 (OH,F,Cl) 2と表記され、個々の鉱物の結晶単位格子の式は Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2、 Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2、 Ca 10 (PO 4 ) 6 Cl 2と表記されます。
この鉱物は1786年にドイツの地質学者 アブラハム・ゴットロープ・ヴェルナーによってアパタイトと命名されたが[4]、彼が記述した特定の鉱物は1860年にドイツの鉱物学者 カール・フリードリヒ・アウグスト・ランメルスベルクによってフルオロアパタイトとして再分類された。アパタイトは他の鉱物と間違われることが多い。この傾向は鉱物の名前にも反映されており、ギリシャ語の「欺く」を意味するἀπατάω (apatáō) に由来している。[5] [6]
地質学
アパタイトは火成岩や変成岩の副次鉱物として非常に一般的で、最も一般的なリン酸塩鉱物です。しかし、通常は小さな粒子として産出され、薄い断面でしか見られないことが多いです。粗い結晶のアパタイトは通常、炭酸塩鉱物、スカルン、または大理石に富んだ堆積物から生成されたペグマタイト、片麻岩に限定されます。アパタイトは、源岩から浸食された粒子として砕屑性堆積岩にも見られます。 [7] [8]リン酸塩は、80%ものアパタイトを含むリン酸塩に富んだ堆積岩で、[9]コロフェンと呼ばれる隠微結晶の塊として存在します。[10]経済的な量のアパタイトは、ネフェリン閃長岩やカーボナタイトにも時々見られます。[7]
アパタイトはモース硬度5の鉱物です。[11]比較的柔らかいため、現場では緑柱石やトルマリンと区別できます。紫外線下では蛍光を発することが多いです。[12]
アパタイトは、生物学的微小環境システムによって生成され、利用される数少ない鉱物の1つです。[7]ハイドロキシアパタイトは、ヒドロキシアパタイトとも呼ばれ、歯のエナメル質と骨のミネラルの主成分です。ほとんどのOH基が存在せず、多くの炭酸塩と酸性リン酸の置換を含む比較的珍しい形態のアパタイトは、骨物質の大きな成分です。[13]
フルオロアパタイト（またはフルオロアパタイト）は、ハイドロキシアパタイトよりも酸に対する耐性が高く、20世紀半ばには、天然のフッ素を含む水道水を使用している地域では虫歯の発生率が低いことが発見されました。[14] フッ素添加水は、歯の中でフッ化物イオンをアパタイトのヒドロキシル基と交換します。同様に、歯磨き粉には通常、フッ化物アニオン源（フッ化ナトリウム、モノフルオロリン酸ナトリウムなど）が含まれています。フッ化物が多すぎると、歯のフッ素症や骨のフッ素症を引き起こします。[15]
アパタイトのフィッショントラックは、造山帯や堆積盆地の堆積物の熱履歴を決定するために一般的に使用されています。[16]アパタイトの(U-Th)/He年代測定は、希ガス拡散研究[17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]からも確立されており、熱履歴の決定[24] [25]や、古山火事の年代測定などのあまり一般的ではない用途に使用されています。[26]
用途
アパタイトの主な用途は、肥料の製造やその他の工業用途におけるリン酸源としてです。宝石として使用されることもあります。 [27]粉砕されたアパタイトは、紀元前3世紀の中国の兵馬俑の顔料として使用され、 [28]清朝の 金属製品のエナメルにも使用されました。[29]
リン酸を作るためにアパタイトを硫酸で分解する過程で、フッ化アパタイトに含まれるフッ化水素が副産物として生成される。この副産物はフッ化水素酸の微量な工業的供給源である。[30]アパタイトは、鉱物中に微量元素として存在するウランやバナジウムの供給源となることもある。 [27]
フルオロクロロアパタイトは、現在では廃れてしまったハロフォスファー蛍光管蛍光体システムの基礎を成しています。マンガンとアンチモンのドーパント元素は、カルシウムとリンの代わりに1モルパーセント未満で蛍光を発し、フッ素と塩素の比率を調整することで白色の色合いを変えます。このシステムは、トリフォスファーシステムにほぼ完全に置き換えられました。[31]
アパタイトは他のリン酸塩とともに、核廃棄物の貯蔵ホスト材料としても提案されている。 [32] [33] [34]
宝石学
アパタイトは宝石としてはあまり使われません。透明できれいな色の石はファセットカットされ、シャトヤンシーの標本はカボションカットされています。[3]シャトヤンシーの石はキャッツアイアパタイトとして知られ、[3]透明な緑色の石はアスパラガスストーンとして知られ、[3]青色の石はモロキサイトと呼ばれています。[35]ルチルの結晶がアパタイトの結晶内で成長した場合、適切な光の中でカットされた石はキャッツアイ効果を示します。宝石用アパタイトの主な産地は[3]ブラジル、ミャンマー、メキシコです。その他の産地は[3]カナダ、チェコ共和国、ドイツ、インド、マダガスカル、モザンビーク、ノルウェー、南アフリカ、スペイン、スリランカ、米国などです。
鉱石鉱物としての利用
アパタイトには稀に多量の希土類元素が含まれていることが発見され、それらの金属の鉱石として使用することができます。 [36]これは、モナザイトなどの従来の希土類鉱石 よりも好ましいものです。[37]アパタイトは放射能がそれほど強くなく、鉱山の尾鉱で環境への危険をもたらさないためです。しかし、アパタイトにはウランと、それと同等の放射能を持つ崩壊連鎖核種が含まれていることがよくあります。[38] [39]
ロシア北極圏の アパチーティという町は、これらの鉱石の採掘事業にちなんで名付けられました。
アパタイトはホイダス湖希土類元素プロジェクトの鉱石鉱物です。 [40]
熱力学
ハイドロキシアパタイト、クロロアパタイトの結晶状態における標準生成エンタルピー、およびブロマパタイトの予備値は、反応溶液熱量測定によって決定されている。エネルギー的考察から、カルシウムアパタイトファミリーの5番目のメンバーであるヨードアパタイトの存在についての推測が導かれている。[41]
結晶六方晶カルシウムアパタイト Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 (X= OH, F, Cl, Br) の構造的および熱力学的特性が、分子動力学法による全原子ボルン・ハギンズ・マイヤーポテンシャル[42]を用いて調査された。室温および大気圧でのモデルの精度は結晶構造データと比較され、最大偏差はハロアパタイトで約 4%、ハイドロキシアパタイトで 8% であった。これらの化合物の等温圧縮率を推定するために、0.5～75 kbar の範囲で高圧シミュレーションを実行した。圧縮された固体の変形は常に弾性的に異方性であり、BrAp は HOAp および ClAp が示すものとは著しく異なる挙動を示した。高圧 pV データは、1% を超える精度でParsafar-Mason 状態方程式[43]に適合された。 [44]
単斜晶系固相Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 (X= OH, Cl)および溶融ハイドロキシアパタイト化合物も分子動力学によって研究されている。[45] [46]
月の科学
アポロ計画中に宇宙飛行士が採取した月の岩石には、微量のアパタイトが含まれている。[47]月の水の存在に関する新たな知見を受けて、[48] 2010年にこれらのサンプルを再分析したところ、鉱物に水酸化物として閉じ込められた水が明らかになり、月面上の水の割合は少なくとも64ppb（以前の推定値の100倍）で、5ppmにも達すると推定された。[49] 鉱物に閉じ込められた水の最小量が仮に液体に変換された場合、月面は約1メートルの水で覆われることになる。[50]
バイオリーチング
外生菌根菌である Suillus granulatusとPaxillus involutusは、アパタイトから元素を放出することができます。アパタイトからのリン酸の放出は菌根菌の最も重要な活動の一つであり[51] 、植物のリンの吸収を増加させます。[52]
アパタイトグループとスーパーグループ
アパタイトは、化学的、化学量論的、構造的に類似した鉱物、生物材料、合成化学物質のクラスの原型です。[53]アパタイトに最も類似したものは、鉛アパタイト（パイロモルファイト）やバリウムアパタイト（アルフォルサイト）など、アパタイトとしても知られています。アパタイトスーパーグループの化学的に類似しない鉱物には、ベロバイト、 ブリソライト、エレスタダイト、ヘディファンなどがあります。
アパタイトは、顔料（銅添加アルカリ土類アパタイト）、蛍光体、有毒重金属の吸収および固定化 への潜在的用途が研究されてきました。
アパタイト鉱物では、カルシウムの代わりにストロンチウム、バリウム、鉛が、リン酸の代わりにヒ酸、バナジン酸が、そして最終的なバランスをとる陰イオンは、フッ化物（フッ化アパタイト）、塩化物（クロロアパタイト）、水酸化物（ヒドロキシアパタイト） 、酸化物（オキシアパタイト）である。合成アパタイトには、次亜マンガン酸、次亜クロム酸、臭化物（臭化アパタイト）、ヨウ化物（ヨードアパタイト）、硫化物（スルホアパタイト）、セレン化物（セレノアパタイト）が添加されている。天然の硫化物置換の証拠は、月の岩石サンプルで発見されている。[54]
さらに、カルシウムを一価および三価陽イオンで、リン酸を二塩基および四塩基陰イオンで、バランスをとる陰イオンで代用する置換が、程度の差はあれ起こる可能性がある。例えば、生物アパタイトでは、カルシウムをナトリウムで、リン酸を炭酸塩で、ベロバイトでは、ナトリウムとセリウムまたはランタンで二価金属イオンのペアを、ゲルマニウム酸塩-パイロモルファイトでは、ゲルマニウム酸塩がリン酸と塩化物を、エレスタダイトでは、ケイ酸塩と硫酸塩がリン酸陰イオンのペアをそれぞれ置換している。マグネシウムや鉄などのより小さな二価イオンを形成する金属は、比較的大きなカルシウムイオンを広範囲に置換することはできないが、少量存在することがある。[55]
参照
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