الأباتيت

الأباتيت هو مجموعة من معادن الفوسفات ، عادةً ما تكون هيدروكسي أباتيت ، وفلور أباتيت، وكلورا أباتيت، وتتميز بتركيزات عالية من أيونات الهيدروكسيد (OH⁻ ⁾ ، والفلوريد ₍ F⁻ ^{)، والكلوريد} ₍ Cl⁻ ) على التوالي في البلورة . وتُكتب الصيغة الكيميائية لمزيج العناصر الثلاثة الأكثر شيوعًا على النحو التالي: Ca₁₀ ( PO₄ ) _₆ (OH,F,Cl) _₂ ، بينما تُكتب صيغ وحدة الخلية البلورية للمعادن الفردية على النحو التالي : _Ca₁₀ (PO₄ ₎ ₆ ₍ OH) _₂ ، و _Ca₁₀ ( _PO₄ ) _₆F₂ ، و _{Ca₁₀ (} PO₄ _{) ₆Cl₂ .}

أطلق الجيولوجي الألماني أبراهام غوتلوب فيرنر اسم الأباتيت على هذا المعدن عام 1786، ^{[ 4 ]} على الرغم من أن المعدن الذي وصفه أُعيد تصنيفه إلى فلوراباتيت عام 1860 على يد عالم المعادن الألماني كارل فريدريش أوغست راميلسبيرغ . كثيرًا ما يُخلط بين الأباتيت ومعادن أخرى، وينعكس هذا الخلط في اسم المعدن المشتق من الكلمة اليونانية ἀπατάω (apatáō)، والتي تعني الخداع . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يشكل الهيدروكسيباتيت جزءًا رئيسيًا من أسنان وعظام الحيوانات الفقارية .

يُعدّ الأباتيت معدنًا ثانويًا شائعًا جدًا في الصخور النارية والمتحولة ، حيث يُعتبر أكثر معادن الفوسفات شيوعًا. ومع ذلك، فإنه يوجد عادةً على شكل حبيبات صغيرة لا تُرى غالبًا إلا في المقاطع الرقيقة . ويقتصر وجود الأباتيت ذي البلورات الخشنة عادةً على البغماتيت ، والنيس المشتق من الرواسب الغنية بمعادن الكربونات ، والسكارن ، والرخام . كما يُوجد الأباتيت في الصخور الرسوبية الفتاتية على شكل حبيبات تآكلت من الصخور الأصلية. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وقد يعود وجوده في بعض الصخور إلى تحلل الهياكل العظمية للحيوانات أو ترسبها على الأسطح، وخاصةً قشور الأسماك أو قطع العظام، من مياه البحر. ^{[ 7 ]} أما الفوسفوريت فهو صخر رسوبي غني بالفوسفات يحتوي على ما يصل إلى 80% من الأباتيت، ^{[ 9 ]} والذي يوجد على شكل كتل دقيقة التبلور تُعرف باسم الكولوفان . ^{[ 10 ]} توجد كميات اقتصادية من الأباتيت أحيانًا في سيانيت النيفيلين أو في الكربوناتيت . ^{[ 7 ]}

الأباتيت هو المعدن المميز للصلابة 5 على مقياس موس . ^{[ 11 ]} ويمكن تمييزه في الطبيعة عن البريل والتورمالين من خلال ليونته النسبية. وغالبًا ما يكون متألقًا تحت الأشعة فوق البنفسجية . ^{[ 12 ]}

الأباتيت هو أحد المعادن القليلة التي تُنتجها وتستخدمها الأنظمة البيئية الدقيقة البيولوجية. ^{[ 7 ]} يُعدّ هيدروكسي أباتيت (الاسم العلمي: هيدروكسي أباتيت) المكوّن الرئيسي لمينا الأسنان ومعادن العظام . ويُشكّل نوع نادر نسبيًا من الأباتيت، حيث تغيب معظم مجموعات الهيدروكسيل (OH) ويحتوي على العديد من بدائل الكربونات والفوسفات الحمضي، مكوّنًا رئيسيًا لمادة العظام . ^{[ 13 ]}

يُعدّ فلوراباتيت (أو فلوروأباتيت) أكثر مقاومةً للتآكل الحمضي من هيدروكسي أباتيت؛ ففي منتصف القرن العشرين، اكتُشف أن المجتمعات التي تحتوي مياهها بشكل طبيعي على الفلور لديها معدلات أقل لتسوس الأسنان . ^{[ 14 ]} يسمح الماء المُفلور بتبادل أيونات الفلورايد في الأسنان مع مجموعات الهيدروكسيل في الأباتيت. وبالمثل، يحتوي معجون الأسنان عادةً على مصدر لأيونات الفلورايد (مثل فلوريد الصوديوم، أحادي فلوروفوسفات الصوديوم ). يؤدي الإفراط في تناول الفلورايد إلى التسمم الفلوري للأسنان و/أو التسمم الفلوري الهيكلي . ^{[ 15 ]}

تُستخدم آثار الانشطار في الأباتيت بشكل شائع لتحديد التاريخ الحراري للأحزمة الجبلية والرواسب في الأحواض الرسوبية . ^{[ 16 ]} كما أن تأريخ الأباتيت باستخدام نظائر اليورانيوم والثوريوم /الهيليوم راسخٌ من خلال دراسات انتشار الغازات النبيلة ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} لاستخدامه في تحديد التاريخ الحراري ^{[ 24 ] [ 25 ]} وتطبيقات أخرى أقل شيوعًا، مثل تأريخ حرائق الغابات القديمة. ^{[ 26 ]}

يُستخدم الأباتيت بشكل أساسي كمصدر للفوسفات في صناعة الأسمدة وفي استخدامات صناعية أخرى. ويُستخدم أحيانًا كحجر كريم. ^{[ 27 ]} استُخدم الأباتيت المطحون كصبغة لجيش التيراكوتا في الصين في القرن الثالث قبل الميلاد، ^{[ 28 ]} وفي طلاء المينا للأواني المعدنية في عهد أسرة تشينغ . ^{[ 29 ]}

أثناء معالجة الأباتيت بحمض الكبريتيك لإنتاج حمض الفوسفوريك ، يُنتج فلوريد الهيدروجين كمنتج ثانوي من أي محتوى من فلوراباتيت . يُعد هذا المنتج الثانوي مصدرًا صناعيًا ثانويًا لحمض الهيدروفلوريك . ^{[ 30 ]} كما يُعد الأباتيت أحيانًا مصدرًا لليورانيوم والفاناديوم ، الموجودين كعناصر نادرة في المعدن. ^{[ 27 ]}

يشكل فلورو-كلورو أباتيت أساس نظام الفوسفور في أنابيب الفلورسنت الهالوفوسفورية، الذي أصبح الآن نظامًا قديمًا . وتُضفي عناصر المنغنيز والأنتيمون المُضافة، بنسبة أقل من واحد مول في المائة - بدلاً من الكالسيوم والفوسفور - خاصية التألق، ويؤدي تعديل نسبة الفلور إلى الكلور إلى تغيير درجة اللون الأبيض الناتج. وقد استُبدل هذا النظام بالكامل تقريبًا بنظام الفوسفور الثلاثي . ^{[ 31 ]}

تُعتبر الأباتيتات أيضاً مادة مضيفة مقترحة لتخزين النفايات النووية ، إلى جانب أنواع أخرى من الفوسفات. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

علم الأحجار الكريمة

نادرًا ما يُستخدم الأباتيت كحجر كريم . وقد تم صقل الأحجار الشفافة ذات اللون النقي، بينما تم قطع العينات ذات البريق المتلألئ على شكل كابوشون . ^{[ 3 ]} تُعرف الأحجار ذات البريق المتلألئ باسم أباتيت عين الهر ، ^{[ 3 ]} وتُعرف الأحجار الخضراء الشفافة باسم حجر الهليون ، ^{[ 3 ]} وتُسمى الأحجار الزرقاء بالموروكسيت . ^{[ 35 ]} إذا نمت بلورات الروتيل داخل بلورة الأباتيت، فإن الحجر المصقول يُظهر تأثير عين الهر في الضوء المناسب. من أهم مصادر الأباتيت الكريم ^{[ 3 ]} البرازيل وميانمار والمكسيك. وتشمل المصادر الأخرى ^{[ 3 ]} كندا، وجمهورية التشيك، وألمانيا، والهند، ومدغشقر، وموزمبيق، والنرويج، وجنوب إفريقيا، وإسبانيا، وسريلانكا، والولايات المتحدة.

يُستخدم كخام معدني

يُعثر أحيانًا على الأباتيت في كميات كبيرة من العناصر الأرضية النادرة ، ويمكن استخدامه كخام لهذه المعادن. ^{[ 36 ]} وهذا أفضل من خامات العناصر الأرضية النادرة التقليدية مثل المونازيت ، ^{[ 37 ]} لأن الأباتيت ليس شديد الإشعاع ولا يشكل خطرًا بيئيًا في مخلفات المناجم . مع ذلك، غالبًا ما يحتوي الأباتيت على اليورانيوم ونويداته الناتجة عن سلسلة التحلل الإشعاعي . ^{[ 38 ]}

سميت مدينة أباتيتي الواقعة في شمال روسيا المتجمد الشمالي بهذا الاسم نسبة إلى عمليات التعدين التي كانت تجري فيها لاستخراج هذه الخامات.

الأباتيت هو معدن خام في مشروع بحيرة هويداس للعناصر الأرضية النادرة. ^{[ 39 ]}

تم تحديد قيم الإنثالبيات القياسية للتكوين في الحالة البلورية لكل من هيدروكسي أباتيت وكلورا أباتيت، بالإضافة إلى قيمة أولية لبروم أباتيت، باستخدام قياس السعرات الحرارية للتفاعل والمحلول . وقد استُنتجت تكهنات حول وجود عضو خامس محتمل من عائلة أباتيت الكالسيوم، وهو يودو أباتيت، من اعتبارات طاقية. ^{[ 40 ]}

تمت دراسة الخصائص البنيوية والديناميكية الحرارية لبلورات أباتيت الكالسيوم سداسية الشكل، Ca10 ₍ PO4 ₎ 6 ₍ X) _{2 (حيث X = OH، F، Cl، Br)، باستخدام جهد بورن-هوغينز-ماير الذري الكامل} ^{[ 41 ]} بتقنية الديناميكا الجزيئية . وتم التحقق من دقة نموذج كروز وآخرون (2005) ^{[ 42 ]} عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي بمقارنته ببيانات البنية البلورية، حيث بلغت أقصى انحرافات حوالي 4% للهالوأباتيت و8% للهيدروكسي أباتيت . وأُجريت عمليات محاكاة تحت ضغط عالٍ، في نطاق 0.5-75 كيلوبار، لتقدير معامل الانضغاطية المتساوية الحرارة لهذه المركبات. ويكون تشوه المواد الصلبة المضغوطة دائمًا غير متجانس مرنًا، حيث يُظهر بروميد الأباتيت (BrAp) سلوكًا مختلفًا بشكل ملحوظ عن سلوك هيدروكسي أباتيت (HOAp) وكلوريد الأباتيت (ClAp). تمت مطابقة بيانات الضغط والحجم عند الضغط العالي مع معادلة حالة بارسافار-ماسون ^{[ 43 ]} بدقة أفضل من 1%. ^{[ 42 ]}

تمت دراسة الأطوار الصلبة أحادية الميل Ca10 ₍ PO4 ₎ 6 ₍ X) _{2 (حيث X = OH، Cl) ومركب هيدروكسي أباتيت المنصهر باستخدام الديناميكا الجزيئية.} ^{[ 44 ] [ 45 ]}

تحتوي صخور القمر التي جمعها رواد الفضاء خلال برنامج أبولو على آثار من الأباتيت. ^{[ 46 ]} بعد اكتشافات جديدة حول وجود الماء على سطح القمر، ^{[ 47 ]} كشفت إعادة تحليل هذه العينات في عام 2010 عن وجود ماء محتجز داخل المعدن على شكل هيدروكسيل ، مما أدى إلى تقديرات لوجود الماء على سطح القمر بمعدل لا يقل عن 64 جزءًا في المليار - أي 100 ضعف التقديرات السابقة - وقد يصل إلى 5 أجزاء في المليون. ^{[ 48 ]} إذا افترضنا أن الحد الأدنى من الماء المحتجز داخل المعدن قد تحول إلى سائل، فإنه سيغطي سطح القمر بطبقة من الماء يبلغ سمكها حوالي متر واحد. ^{[ 49 ]}  

تستطيع الفطريات الإكتوميكوريزية Suillus granulatus و Paxillus involutus إطلاق عناصر من الأباتيت. ويُعدّ إطلاق الفوسفات من الأباتيت أحد أهم أنشطة الفطريات الميكوريزية ، ^{[ 50 ]} مما يزيد من امتصاص الفوسفور في النباتات. ^{[ 51 ]}

الأباتيت هو النموذج الأولي لفئة من المعادن والمواد البيولوجية والمواد الكيميائية الاصطناعية المتشابهة كيميائيًا أو من حيث التركيب الكيميائي أو البنيوي. ^{[ 52 ]} تُعرف المعادن الأكثر تشابهًا مع الأباتيت أيضًا باسم الأباتيت، مثل أباتيت الرصاص ( البيرومورفيت ) وأباتيت الباريوم ( الألفورسيت ). تشمل المعادن الأقل تشابهًا كيميائيًا ضمن مجموعة الأباتيت الفائقة: البيلوفيت ، والبريثوليت ، والإليستاديت ، والهيديفان .

تمت دراسة الأباتيتات لاستخدامها المحتمل كأصباغ (أباتيتات قلوية ترابية مطعّمة بالنحاس)، وكمواد فسفورية ، ولامتصاص وتثبيت المعادن الثقيلة السامة.

في معادن الأباتيت ، يمكن استبدال الكالسيوم بالسترونتيوم والباريوم والرصاص ؛ والفوسفات بالزرنيخات والفانادات ؛ ويمكن أن يكون الأنيون النهائي الموازن فلوريد (فلوراباتيت)، أو كلوريد ( كلوراباتيت)، أو هيدروكسيد (هيدروكسياباتيت)، أو أكسيد (أوكسياباتيت). أما الأباتيتات الاصطناعية فتُضاف إليها هيبومنجنات ، وهيبوكرومات ، وبروميد (بروموأباتيت)، ويوديد (يودوأباتيت)، وكبريتيد (سلفوأباتيت)، وسيلينيد (سيلينوأباتيت). وقد وُجدت أدلة على استبدال الكبريتيد الطبيعي في عينات من صخور القمر. ^{[ 53 ]}

علاوة على ذلك، قد يحدث استبدال تعويضي للأيونات أحادية وثلاثية التكافؤ بالكالسيوم، والأيونات ثنائية ورباعية القاعدة بالفوسفات، والأيون الموازن، بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال، في الأباتيتات البيولوجية، يوجد استبدال ملحوظ للصوديوم بالكالسيوم والكربونات بالفوسفات، وفي البيلوفيت، يحل الصوديوم والسيريوم أو اللانثانوم محل زوج من أيونات المعادن ثنائية التكافؤ، وفي الجرمانات-بيرومورفيت، يحل الجرمانات محل الفوسفات والكلوريد، وفي الإليستاديت، يحل السيليكات والكبريتات محل أزواج من أنيونات الفوسفات. لا تستطيع المعادن التي تُكوّن أيونات ثنائية التكافؤ أصغر حجمًا، مثل المغنيسيوم والحديد، أن تحل محل أيونات الكالسيوم الكبيرة نسبيًا بشكل كبير، ولكنها قد توجد بكميات ضئيلة. ^{[ 54 ]}

• قائمة المعادن
• نمذجة التاريخ الحراري
• حمض الهيكسافلوروسيليسيك
• هيدروكسيباتيت في العظام