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Apatito

La apatita es un grupo de minerales de fosfato , generalmente hidroxiapatita , fluorapatita y clorapatita, con altas concentraciones de iones OH − , F − y Cl − , respectivamente, en el cristal . La fórmula de la mezcla de los tres miembros finales más comunes se escribe como Ca 10 ( PO 4 ) 6 (OH, F, Cl) 2 , y las fórmulas de celda unitaria cristalina de los minerales individuales se escriben como Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2 y Ca 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 .

El geólogo alemán Abraham Gottlob Werner denominó al mineral apatita en 1786, [4] aunque el mineral específico que había descrito fue reclasificado como fluorapatita en 1860 por el mineralogista alemán Karl Friedrich August Rammelsberg . La apatita suele confundirse con otros minerales. Esta tendencia se refleja en el nombre del mineral, que se deriva de la palabra griega ἀπατάω (apatáō), que significa engañar . [5] [6]

Geología

La apatita es muy común como mineral accesorio en rocas ígneas y metamórficas , donde es el mineral de fosfato más común . Sin embargo, las apariciones suelen ser como pequeños granos que a menudo son visibles solo en una sección delgada . La apatita de cristal grueso generalmente se restringe a pegmatitas , gneis derivados de sedimentos ricos en minerales de carbonato , skarns o mármol . La apatita también se encuentra en rocas sedimentarias clásticas como granos erosionados de la roca fuente. [7] [8] La fosforita es una roca sedimentaria rica en fosfato que contiene hasta un 80% de apatita, [9] que está presente como masas criptocristalinas denominadas colofana . [10] A veces también se encuentran cantidades económicas de apatita en la sienita nefelina o en las carbonatitas . [7]

La apatita es el mineral que define el 5 en la escala de Mohs . [11] Se puede distinguir en el campo del berilo y la turmalina por su relativa suavidad. A menudo es fluorescente bajo luz ultravioleta . [12]

La apatita es uno de los pocos minerales producidos y utilizados por los sistemas microambientales biológicos. [7] La ​​hidroxiapatita, también conocida como hidroxiapatita, es el componente principal del esmalte dental y del mineral óseo . Una forma relativamente rara de apatita en la que la mayoría de los grupos OH están ausentes y que contiene muchas sustituciones de carbonato y fosfato ácido es un componente importante del material óseo . [13]

La fluorapatita (o fluoroapatita) es más resistente al ataque ácido que la hidroxiapatita; a mediados del siglo XX, se descubrió que las comunidades cuyo suministro de agua contenía flúor de forma natural tenían tasas más bajas de caries dentales . [14] El agua fluorada permite el intercambio en los dientes de iones de flúor por grupos hidroxilo en la apatita. De manera similar, la pasta de dientes normalmente contiene una fuente de aniones de flúor (por ejemplo, fluoruro de sodio, monofluorofosfato de sodio ). Demasiado flúor produce fluorosis dental y/o fluorosis esquelética . [15]

Las trazas de fisión en la apatita se utilizan comúnmente para determinar las historias térmicas de los cinturones orogénicos y de los sedimentos en las cuencas sedimentarias . [16] La datación (U-Th)/He de la apatita también está bien establecida a partir de estudios de difusión de gases nobles [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] para su uso en la determinación de historias térmicas [24] [25] y otras aplicaciones menos típicas, como la datación por paleoincendios. [26]

Usos

El uso principal de la apatita es como fuente de fosfato en la fabricación de fertilizantes y en otros usos industriales. Ocasionalmente se utiliza como piedra preciosa. [27] La ​​apatita molida se utilizó como pigmento para el Ejército de terracota de la China del siglo III a. C., [28] y en el esmalte de la dinastía Qing para objetos de metal . [29]

Durante la digestión de la apatita con ácido sulfúrico para producir ácido fosfórico , se produce fluoruro de hidrógeno como subproducto a partir de cualquier contenido de fluorapatita . Este subproducto es una fuente industrial menor de ácido fluorhídrico . [30] La apatita también es ocasionalmente una fuente de uranio y vanadio , presentes como oligoelementos en el mineral. [27]

La fluoro-cloroapatita constituye la base del sistema de fósforo de los tubos fluorescentes Halophosphor, que ya está obsoleto. Los elementos dopantes de manganeso y antimonio, en una proporción inferior al uno por ciento molar (en lugar del calcio y el fósforo), imparten la fluorescencia, y el ajuste de la relación flúor-cloro altera el tono de blanco producido. Este sistema ha sido reemplazado casi en su totalidad por el sistema Tri-Phosphor. [31]

Las apatitas también son un material huésped propuesto para el almacenamiento de residuos nucleares , junto con otros fosfatos. [32] [33] [34]

Gemología

Apatita azul facetada, Brasil

La apatita se utiliza con poca frecuencia como piedra preciosa . Se han tallado piedras transparentes de color limpio y se han tallado en cabujón los ejemplares chatoyant . [3] Las piedras chatoyant se conocen como apatita ojo de gato , [3] las piedras verdes transparentes se conocen como piedra espárrago , [3] y las piedras azules se han llamado moroxita . [35] Si han crecido cristales de rutilo en el cristal de apatita, con la luz adecuada la piedra cortada muestra un efecto de ojo de gato. Las principales fuentes de apatita gema son [3] Brasil, Myanmar y México. Otras fuentes incluyen [3] Canadá, República Checa, Alemania, India, Madagascar, Mozambique, Noruega, Sudáfrica, España, Sri Lanka y Estados Unidos.

Uso como mineral de mena

Apatita en fotomicrografías de una sección delgada de la mina de apatita de Siilinjärvi . A la izquierda, con luz polarizada cruzada y a la derecha, con luz polarizada plana.
Una mina de apatita en Siilinjärvi , Finlandia.

En ocasiones, se ha descubierto que la apatita contiene cantidades significativas de elementos de tierras raras y se puede utilizar como mineral para esos metales. [36] Esto es preferible a los minerales de tierras raras tradicionales, como la monacita , [37] ya que la apatita no es muy radiactiva y no representa un peligro ambiental en los relaves de las minas . Sin embargo, la apatita a menudo contiene uranio y sus nucleidos de cadena de desintegración igualmente radiactivos . [38] [39]

La ciudad de Apatity , en el norte ártico de Rusia, recibió su nombre debido a sus operaciones mineras de estos minerales.

La apatita es un mineral del proyecto de tierras raras del lago Hoidas . [40]

Termodinámica

Se han determinado las entalpías estándar de formación en estado cristalino de la hidroxiapatita, la clorapatita y un valor preliminar para la bromapatita mediante calorimetría de reacción-solución . Se han especulado sobre la existencia de un posible quinto miembro de la familia de las apatitas de calcio, la yodoapatita, a partir de consideraciones energéticas. [41]

Las propiedades estructurales y termodinámicas de las apatitas de calcio hexagonales cristalinas, Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 (X = OH, F, Cl, Br), se han investigado utilizando un potencial de Born-Huggins-Mayer de todos los átomos [42] mediante una técnica de dinámica molecular. La precisión del modelo a temperatura ambiente y presión atmosférica se verificó frente a los datos estructurales cristalinos, con desviaciones máximas de c. 4% para las haloapatitas y 8% para la hidroxiapatita. Se realizaron ejecuciones de simulación de alta presión, en el rango de 0,5 a 75 kbar, para estimar el coeficiente de compresibilidad isotérmica de esos compuestos. La deformación de los sólidos comprimidos es siempre elásticamente anisotrópica, y BrAp exhibe un comportamiento marcadamente diferente de los mostrados por HOAp y ClAp. Los datos pV de alta presión se ajustaron a la ecuación de estado de Parsafar-Mason [43] con una precisión mejor que el 1%. [44]

Las fases sólidas monoclínicas Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 (X = OH, Cl) y el compuesto de hidroxiapatita fundida también se han estudiado mediante dinámica molecular. [45] [46]

Ciencia lunar

Las rocas lunares recogidas por los astronautas durante el programa Apolo contienen trazas de apatita. [47] Tras nuevos conocimientos sobre la presencia de agua en la Luna, [48] un nuevo análisis de estas muestras en 2010 reveló agua atrapada en el mineral en forma de hidroxilo , lo que llevó a estimaciones de agua en la superficie lunar a una tasa de al menos 64 partes por mil millones (100 veces mayor que las estimaciones anteriores) y tan alta como 5 partes por millón. [49] Si la cantidad mínima de agua atrapada en minerales se convirtiera hipotéticamente en líquido, cubriría la superficie de la Luna con aproximadamente un metro de agua. [50]

Biolixiviación

Los hongos ectomicorrízicos Suillus granulatus y Paxillus involutus pueden liberar elementos de la apatita. La liberación de fosfato de la apatita es una de las actividades más importantes de los hongos micorrízicos, [51] que aumentan la absorción de fósforo en las plantas. [52]

Grupo y supergrupo de apatita

La apatita es el prototipo de una clase de minerales, materiales biológicos y productos químicos sintéticos químicamente, estequiométrica o estructuralmente similares. [53] Los más similares a la apatita también se conocen como apatitas, como la apatita de plomo ( piromorfita ) y la apatita de bario ( alforsita ). Los minerales químicamente más diferentes del supergrupo de la apatita incluyen belovitas , britholitas , ellestaditas y hedifanas .

Se han investigado las apatitas por su posible uso como pigmentos (apatitas alcalinotérreas dopadas con cobre), como fósforos y para absorber e inmovilizar metales pesados ​​tóxicos.

En los minerales de apatita , el estroncio , el bario y el plomo pueden sustituir al calcio; el arseniato y el vanadato al fosfato; y el anión de equilibrio final puede ser fluoruro (fluorapatitas), cloruro (clorapatitas), hidróxido (hidroxiapatitas) u óxido (oxiapatitas). Las apatitas sintéticas añaden hipomanganato , hipocromato, bromuro (bromoapatitas), yoduro (yodoapatitas), sulfuro (sulfoapatitas) y seleniuro (selenoapatitas). Se han encontrado pruebas de sustitución natural de sulfuro en muestras de rocas lunares. [54]

Además, puede producirse en mayor o menor grado una sustitución compensatoria de cationes monovalentes y trivalentes por calcio, de aniones dibásicos y tetrabásicos por fosfato y del anión de equilibrio. Por ejemplo, en las apatitas biológicas hay una sustitución apreciable de sodio por calcio y de carbonato por fosfato; en la belovita, el sodio y el cerio o el lantano sustituyen a un par de iones metálicos divalentes; en la germanato-piromorfita, el germanato sustituye al fosfato y al cloruro, y en las elestaditas, el silicato y el sulfato sustituyen a pares de aniones fosfato. Los metales que forman iones divalentes más pequeños, como el magnesio y el hierro, no pueden sustituir ampliamente a los iones calcio relativamente grandes, pero pueden estar presentes en pequeñas cantidades. [55]

Véase también

Referencias

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    Werner describió el mineral con cierto detalle en un artículo de 1788.
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