Apatito
Apatito es un grupo de minerales fosfatados, generalmente hidroxiapatito, fluorapatito y clorapatito, con altas concentraciones de OH−, F− y Cl − ion, respectivamente, en el cristal. La fórmula de la mezcla de los tres extremos más comunes se escribe como Ca10(PO4)6(OH,F,Cl)2, y las fórmulas de las celdas unitarias de cristal de los minerales individuales se escriben como Ca10(PO4)6(OH)2, Ca10(PO4)6F2 y Ca10 (PO4)6Cl2.
El mineral fue denominado apatita por el geólogo alemán Abraham Gottlob Werner en 1786, aunque el mineral específico que había descrito fue reclasificado como fluorapatita en 1860 por el mineralogista alemán Karl Friedrich August Rammelsberg. La apatita a menudo se confunde con otros minerales. Esta tendencia se refleja en el nombre del mineral, que se deriva de la palabra griega ἀπατάω (apatáō), que significa engañar.
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 ocurrencias son generalmente como pequeños granos que a menudo son visibles solo en una sección delgada. La apatita cristalina gruesa 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 a medida que los granos se erosionan de la roca madre. La fosforita es una roca sedimentaria rica en fosfato que contiene hasta un 80 % de apatito, que está presente en forma de masas criptocristalinas denominadas colofán. A veces también se encuentran cantidades económicas de apatito en la nefelina sienita o en las carbonatitas.
La apatita es el mineral que define el 5 en la escala de Mohs. Se puede distinguir en el campo del berilo y la turmalina por su relativa suavidad. A menudo es fluorescente bajo la luz ultravioleta.
La apatita es uno de los pocos minerales producidos y utilizados por sistemas microambientales biológicos. La hidroxiapatita, también conocida como hidroxiapatita, es el principal componente del esmalte dental y del mineral óseo. Una forma relativamente rara de apatito 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.
La fluorapatita (o fluoroapatita) es más resistente al ataque de los ácidos que la hidroxiapatita; a mediados del siglo XX, se descubrió que las comunidades cuyo suministro de agua contenía flúor naturalmente tenían tasas más bajas de caries dental. El agua fluorada permite el intercambio en los dientes de iones de fluoruro por grupos hidroxilo en apatito. De manera similar, la pasta de dientes normalmente contiene una fuente de aniones de fluoruro (por ejemplo, fluoruro de sodio, monofluorofosfato de sodio). Demasiado fluoruro resulta en fluorosis dental y/o fluorosis esquelética.
Las huellas de fisión en apatito se usan comúnmente para determinar las historias térmicas de los cinturones orogénicos y de los sedimentos en las cuencas sedimentarias. La datación (U-Th)/He de apatita también está bien establecida a partir de estudios de difusión de gases nobles para su uso en la determinación de historias térmicas y otras aplicaciones menos típicas, como la datación paleo-fuego forestal.
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. La apatita molida se usó como pigmento para el ejército de terracota de China del siglo III a. C. y en el esmalte de la dinastía Qing para artículos de metal.
Durante la digestión de apatito con ácido sulfúrico para producir ácido fosfórico, se produce fluoruro de hidrógeno como subproducto de cualquier contenido de fluorapatito. Este subproducto es una fuente industrial menor de ácido fluorhídrico. La apatita también es ocasionalmente una fuente de uranio y vanadio, presentes como oligoelementos en el mineral.
La fluorocloroapatita forma la base del ahora obsoleto sistema de fósforo de tubo fluorescente halofosforado. Los elementos dopantes de manganeso y antimonio, a menos de un porcentaje molar - en lugar del calcio y el fósforo imparten la fluorescencia - y el ajuste de la proporción de flúor a cloro alteran el tono de blanco producido. Este sistema ha sido reemplazado casi en su totalidad por el sistema Tri-Phosphor.
Las apatitas también son un material huésped propuesto para el almacenamiento de desechos nucleares, junto con otros fosfatos.
Gemología
La apatita se usa con poca frecuencia como piedra preciosa. Se han facetado piedras transparentes de color limpio, y se han tallado en cabujón ejemplares chatoyantes. Las piedras de chatoyant se conocen como apatita de ojo de gato, las piedras verdes transparentes se conocen como piedra de espárrago y las piedras azules se han denominado moroxita. Si han crecido cristales de rutilo en el cristal de apatito, con la luz adecuada la piedra tallada muestra un efecto de ojo de gato. Las principales fuentes de gema apatita son Brasil, Myanmar y México. Otras fuentes incluyen Canadá, República Checa, Alemania, India, Madagascar, Mozambique, Noruega, Sudáfrica, España, Sri Lanka y los Estados Unidos.
Utilizar como mineral mineral
En ocasiones, se encuentra que la apatita contiene cantidades significativas de elementos de tierras raras y se puede usar como mineral para esos metales. Esto es preferible a los minerales tradicionales de tierras raras como la monacita, ya que la apatita no es muy radiactiva y no representa un peligro ambiental en los relaves mineros. Sin embargo, la apatita a menudo contiene uranio y sus nucleidos de cadena de desintegración igualmente radiactivos.
La ciudad de Apatity en el norte ártico de Rusia recibió su nombre por sus operaciones de extracción de estos minerales.
La apatita es un mineral en el proyecto de tierras raras del lago Hoidas.
Termodinámica
Las entalpías estándar de formación en estado cristalino de la hidroxiapatita, la clorapatita y un valor preliminar para la bromapatita, se han determinado por calorimetría de solución de reacción. Las especulaciones sobre la existencia de un posible quinto miembro de la familia de las apatitas de calcio, la yodoapatita, se derivan de consideraciones energéticas.
Propiedades estructurales y termodinámicas de apatitas de calcio hexagonales cristalinas, Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, F, Cl, Br), se han investigado utilizando un potencial de Born-Huggins-Mayer de todos los átomos mediante una técnica de dinámica molecular. La precisión del modelo a temperatura ambiente y presión atmosférica se comprobó con datos estructurales de cristal, con desviaciones máximas de c. 4% para las haloapatitas y 8% para hidroxiapatita. Se realizaron simulaciones 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, mostrando BrAp un comportamiento marcadamente diferente al mostrado por HOAp y ClAp. Los datos p-V de alta presión se ajustaron a la ecuación de estado de Parsafar-Mason con una precisión superior al 1%.
Las fases sólidas monoclínicas Ca10(PO4)6(X)2 (X= OH, Cl) y el compuesto de hidroxiapatita fundido también han sido estudiados por dinámica molecular.
Ciencia lunar
Las rocas lunares recolectadas por los astronautas durante el programa Apolo contienen rastros de apatita. Tras nuevos conocimientos sobre la presencia de agua en la luna, el nuevo análisis de estas muestras en 2010 reveló agua atrapada en el mineral como 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 alto como 5 partes por millón. Si la cantidad mínima de agua bloqueada con minerales se convirtiera hipotéticamente en líquido, cubriría la superficie de la Luna en aproximadamente un metro de agua.
Bio-lixiviación
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 micorrícicos, que aumentan la absorción de fósforo.