فلوراباتيت

الفلوراباتيت ، الذي يُكتب أحيانًا فلوروأباتيت ، هو معدن فوسفاتي صيغته الكيميائية Ca₅ ₍ PO₄ ₎ ₃F ₍ فلوروفوسفات الكالسيوم). الفلوراباتيت مادة صلبة بلورية. على الرغم من أن عينات منه قد تتخذ ألوانًا مختلفة (أخضر، بني، أزرق، أصفر، بنفسجي، أو عديم اللون)، إلا أن المعدن النقي عديم اللون، كما هو متوقع لمادة تفتقر إلى المعادن الانتقالية . إلى جانب الهيدروكسيلاباتيت ، يُمكن أن يكون الفلوراباتيت مكونًا من مكونات مينا الأسنان ، خاصةً لدى الأشخاص الذين يستخدمون معجون أسنان يحتوي على الفلورايد ، ولكن للاستخدام الصناعي، يُستخرج كلا المعدنين على شكل صخور فوسفاتية ، والتي يتكون تركيبها المعدني عادةً بشكل أساسي من الفلوراباتيت، ولكن غالبًا ما تحتوي على كميات كبيرة من المعدن الآخر. ^{[ 5 ]}

يتبلور فلوراباتيت في نظام بلوري سداسي. وغالبًا ما يُدمج كمحلول صلب مع هيدروكسيلاباتيت (Ca₅ ₍ PO₄ ₎ ₃OH _أو Ca₁₀ ₍ PO₄ ₎ ₆ ₍ OH) _₂ ) في المواد البيولوجية. ويُعد كلوراباتيت (Ca₅ ₍ PO₄ ₎ ₃Cl ₎ بنيةً أخرى ذات صلة. ^{[ 5 ]} صناعيًا، يُعد هذا المعدن مصدرًا هامًا لكلٍ من حمض الفوسفوريك وحمض الهيدروفلوريك .

يُعدّ فلوراباتيت أكثر معادن الفوسفات شيوعًا. ويتواجد بكثرة كمعادن ثانوية في الصخور النارية والصخور المتحولة الغنية بالكالسيوم . كما يتواجد عادةً كمعادن فتاتية أو معادن ناتجة عن عمليات التكوين اللاحق للصخور الرسوبية ، وهو عنصر أساسي في رواسب خام الفوسفوريت . ويتواجد أيضًا كمعادن متبقية في التربة اللاتيريتية . ^{[ 2 ]}

يوجد فلوراباتيت في أسنان أسماك القرش وأنواع أخرى من الأسماك بتراكيز متفاوتة. كما يوجد في أسنان الإنسان التي تعرضت لأيونات الفلورايد ، على سبيل المثال، من خلال فلورة المياه أو باستخدام معجون أسنان يحتوي على الفلورايد . يساعد وجود فلوراباتيت في الوقاية من تسوس الأسنان . ^{[ 6 ]} يتميز فلوراباتيت أيضًا بخاصية تثبيط نمو البكتيريا، مما يساعد على تقليل تكاثر بكتيريا المكورات العقدية الطافرة، وهي البكتيريا السائدة المرتبطة بتسوس الأسنان. ^{[ 7 ]}

يمكن تصنيع فلوراباتيت في عملية من ثلاث خطوات. أولاً، يُنتج فوسفات الكالسيوم بدمج أملاح الكالسيوم والفوسفات عند درجة حموضة متعادلة . ثم يتفاعل هذا المركب مع مصادر الفلورايد (غالباً أحادي فلوروفوسفات الصوديوم أو فلوريد الكالسيوم (CaF₂ ₎ ) لإنتاج المعدن. يُعد هذا التفاعل جزءاً لا يتجزأ من دورة الفوسفور العالمية . ^{[ ٨ ]}

3 Ca ²⁺+ 2 PO ³⁻ ₄ → Ca₃ (PO₄ )₂

3 كالسيوم₃ (PO₄ )₂ +CaF₂ → 2Ca₅ (PO₄ )₃ ف

يُنتج فلوراباتيت، وهو شوائب طبيعية موجودة في الأباتيت، فلوريد الهيدروجين كمنتج ثانوي أثناء إنتاج حمض الفوسفوريك ، حيث يتحلل الأباتيت بواسطة حمض الكبريتيك . ويُعد فلوريد الهيدروجين الناتج أحد المصادر الصناعية لحمض الهيدروفلوريك ، الذي يُستخدم بدوره ككاشف أولي لتخليق مجموعة من مركبات الفلور الصناعية والصيدلانية الهامة .

شكّل فلوراباتيت اصطناعي مُطعّم بالمنغنيز (II) والأنتيمون (V) أساس الجيل الثاني من فوسفورات الأنابيب الفلورية، والمعروفة باسم الفوسفورات الهالوجينية . عند تعريضها لإشعاع رنين الزئبق بطول موجي 253.7 نانومتر ، أضاءت هذه الفوسفورات بانبعاث واسع النطاق يقع ضمن نطاق درجات اللون الأبيض المقبولة . عمل الأنتيمون (V) كمنشط رئيسي، مُنتجًا انبعاثًا أزرق واسعًا. أدى إضافة المنغنيز (II) إلى ظهور قمة عريضة ثانية عند الطرف الأحمر من طيف الانبعاث على حساب قمة الأنتيمون، حيث انتقلت طاقة الإثارة من الأنتيمون إلى المنغنيز بعملية غير إشعاعية، مما جعل الضوء المنبعث يبدو أقل زرقة وأكثر وردية. تسبب استبدال بعض أيونات الفلوريد بأيونات الكلوريد في الشبكة البلورية في إزاحة عامة لنطاقات الانبعاث نحو الطرف الأحمر ذي الطول الموجي الأطول من الطيف. أتاحت هذه التعديلات تصنيع مواد فسفورية لأنابيب الإضاءة البيضاء الدافئة والبيضاء والنهارية (بدرجات حرارة لونية مصححة تبلغ 2900 و4100 و6500 كلفن على التوالي). تتراوح كميات المنجنيز والأنتيمون المنشطة بين 0.05 و0.5 مول بالمئة. يوضح الشكل أدناه التفاعل المستخدم في تصنيع الهالوفوسفور. يجب دمج الأنتيمون والمنجنيز بكميات ضئيلة مناسبة لضمان أن يكون المنتج متألقًا.  

6 CaHPO₄ + (3+x)CaCO₃ + (1−x)CaF₂ + (2x)NH₄ Cl→ 2Ca₅ (PO₄ )₃ (F_1−x Cl_x )+ (3+x)CO₂ + (3+x)H₂ O+ (2x)NH₃

أحيانًا، كان يُستبدل جزء من الكالسيوم بالسترونتيوم، مما يُعطي قمم انبعاث أضيق. ولأغراض خاصة أو أنابيب ملونة، كان يُخلط الهالوفوسفور بكميات صغيرة من مواد فوسفورية أخرى، لا سيما في أنابيب ديلوكس ذات مؤشر تجسيد لوني أعلى ، والمخصصة للاستخدام في إضاءة أسواق المواد الغذائية أو استوديوهات الفنون.

قبل تطوير الهالوفوسفور عام 1942، استُخدمت في أنابيب الفلورسنت أنواعٌ من الفوسفور من الجيل الأول، وهي: فوسفور ويليميت الشبكي، وفوسفور الزنك أورثوسيليكات المنشط بالمنغنيز الثنائي، وفوسفور الزنك والبيريليوم أورثوسيليكات. ونظرًا لسمية مركبات البيريليوم على الجهاز التنفسي، كان التخلي عن هذه الأنواع المبكرة من الفوسفور مفيدًا للصحة.

منذ حوالي عام 1990، حلت الفوسفورات الثلاثية من الجيل الثالث، وهي عبارة عن ثلاثة فوسفورات منفصلة حمراء وزرقاء وخضراء يتم تنشيطها بأيونات العناصر الأرضية النادرة وخلطها بنسب معينة لإنتاج ألوان بيضاء مقبولة، محل الفوسفورات الهالوجينية إلى حد كبير. ^{[ 9 ]}

يمكن استخدام فلوراباتيت كمادة أولية لإنتاج الفوسفور . ويمكن اختزاله بواسطة الكربون في وجود الكوارتز .

4 كال₅ (PO₄ )₃ F+ 21SiO₂ + 30 درجة مئوية → 20CaSiO₃ + 30 CO +SiF₄ + 6نقاط₂

عند التبريد، يتم توليد الفوسفور الأبيض (P _{4 ):}

2 P₂ → P₄

يُستخدم الفلوراباتيت أيضًا كحجر كريم. ^{[ 10 ]}