Apatitas – fosfatinių mineralų grupė (hidroksiapatitas, fluorapatitas)

Apatitas — fosfatinių mineralų grupė (hidroksiapatitas, fluorapatitas): pagrindas dantų emaliui ir kaulams, fluoras didina atsparumą ėduoniui.

Apatitas - tai grupė fosfatinių mineralų, kurių kristaluose atitinkamai yra didelė OH-, F-, Cl- arba jonų koncentracija.

Struktūra ir cheminė sudėtis

Apatitai priklauso heksagoninei kristalinei sistemai ir turi bendrą idealizuotą formulę, kuri dažnai pateikiama kaip Ca5(PO4)3X (kur X = OH, F arba Cl) arba išraiškingesne forma Ca10(PO4)6X2. Kristaluose yra kanalo tipo vietos, kur gali įsitaisyti hidroksilo, fluoro arba chloro anijonai; toje pačioje vietoje taip pat gali būti tuštumų (vacancies).

Apatitai yra labai polimorfiški: į jų struktūrą dažnai įsiterpia pakaitalai — karbonatai (CO3 2-), rūgštieji fosfatai (HPO4 2-), taip pat Na+, Mg2+ ir kiti katijonai. Dėl šių pakaitalų gamtiniai apatitai ir ypač biologinis apatitas paprastai yra nestoechiometriniai ir mažiau gryno cheminio sudėties nei idealizuotos formulės.

Biologinė reikšmė

Apatitas būdingas biologinėms sistemoms. Jis yra vienas iš nedaugelio mineralų, kuriuos gamina ir naudoja biologinės mikroaplinkos sistemos. Jo kietumas pagal Moso skalę yra 5 balai. Hidroksiapatitas yra pagrindinė dantų emalio ir kaulų mineralų sudedamoji dalis.

Biologinis apatitas (ypač kauluose ir dantyse) paprastai yra smulkiai kristalinis, dalis pozicijų užimtų karbonatais ar rūgšties fosfatais, todėl jis skiriasi nuo stoechiometrinio laboratorinio hidroksiapatito. Dantų emalis sudarytas iš tankiai išdėstytų apatito kristalų ir yra kietžiausias žmogaus organizmo audinys; dentinas ir kaulas turi daugiau organinės medžiagos ir labiau karbonatizuotą apatito formą.

Fluorapatitas ir dantų apsauga

Fluorapatitas (arba fluoroapatitas) yra atsparesnis rūgščių poveikiui nei hidroksiapatitas. XX a. viduryje buvo nustatyta, kad bendruomenėse, kurių vandentiekyje natūraliai buvo fluoro, dantų ėduonies atvejų buvo mažiau. Fluoruotas vanduo sudaro sąlygas fluoro jonams dantyse keistis į hidroksilo grupes apatite. Taip pat ir dantų pastos sudėtyje dažnai yra fluoro anijonų (pvz., natrio fluorido, natrio monofluorofosfato).

Mechanizmas trumpai: fluoro jonai pakeičia hidroksilo grupes apatito kanale, susidarant tvirtesnei ir mažiau tirpstančiai fluorapatito fazei, kuri atsparesnė emalio demineralizacijai rūgščių įtakos metu. Dėl to tiek sisteminis (vandens fluorinimas), tiek lokalus (fluoro turinčios dantų pastos ar profesionalios fluoridinės procedūros) fluorido vartojimas sumažina ėduonies riziką. Visgi fluoro naudojimas privalo būti kontroliuojamas — per didelės dozės gali sukelti nepageidaujamų poveikių (pvz., dentalinę fluorozę), todėl taikomos rekomenduojamos koncentracijos ir dozės.

Gamtinė atsiradimas ir pramoninis naudojimas

Apatitai randami plačiai: lydiniuose ir magminių uolienų zonose (ypač pegmatituose ir karbonatituose), metamorfituose, taip pat sedimentiniuose fosfato telkiniuose (fosforitai). Labiausiai paplitusi mineralinė forma žemės plutoje, iš kurios pramoniniu būdu gaminamas fosforas trąšoms ir kitoms cheminėms pramonės reikmėms, yra fluoroapatitas (kartais vadinamas tiesiog apatitu arba fosforito rūšimi).

Apie mineralus: jie gali būti skaidrūs arba įvairių spalvų — žalia, mėlyna, violetinė, geltona — priklausomai nuo priemaišų. Kietumas pagal Moso skalę ~5 ir tankis ~3,1–3,2 g/cm³. Dėl savo cheminių savybių apatitai taip pat yra svarbūs fluoro ir chloro šaltiniai kai kuriose pramoninėse reakcijose.

Medicininės ir technologinės taikysenos

Sintetinis hidroksiapatitas ir jo modifikuotos formos plačiai naudojamos medicinoje: kaulų ir dantų implantų dangos, kaulo pakaitalai, audinių inžinerija, dantų remineralizacijos produktai. Hidroksiapatitas yra biokompatibilus ir palaiko kaulinio audinio augimą, todėl naudojamas kaip porėtos struktūros užpildas kaulo defektams gydyti arba kaip dangos sluoksnis metaliniams implantams, kad būtų pagerintas rišimasis su kaulu.

Taip pat eksperimentuojama su nanohidroksiapatitu dantų pastose kaip alternatyva fluoro turintiems produktams — šios medžiagos padeda tiek užpildyti smulkias emalio defektų sritis, tiek pagerinti paviršiaus atsparumą demineralizacijai.

Santrauka

• Apatitai – tai fosfatiniai mineralai, kurių charakteringa savybė yra kanalų vietose esantys OH-, F- arba Cl- anijonai.
• Hidroksiapatitas yra pagrindinis dantų emalio ir kaulų mineralas, tačiau biologinis apatitas dažnai būna karbonatizuotas ir nestoechiometrinis.
• Fluorapatitas yra atsparesnis rūgščių poveikiui ir todėl susijęs su mažesne dantų ėduonies rizika; fluoro panaudojimas vandens tiekime ir dantų pastose turi praktinę reikšmę dantų sveikatai.
• Pramonėje apatitas yra svarbus fosforo šaltinis trąšoms ir cheminei gamybai, o medicinoje – implantams ir kaulo regeneracijai.

Jeigu pageidaujate, galiu parengti trumpą schemą su cheminėmis formulėmis, palyginimą tarp emalio ir dentino apatito arba trumpą apžvalgą apie apatito gavimo išteklius ir trąšų gamybos procesą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra apatitas?

K: Kokia apatito savybė, susijusi su biologinėmis sistemomis?

K: Koks yra apatito kietumas pagal Moso skalę?

K: Kas yra hidroksiapatitas?

K: Kokia yra reta apatito forma, aptinkama daugumoje kaulinės medžiagos?

K: Kas yra fluorapatitas?

K: Koks ryšys tarp fluoro ir dantų ėduonies?

Paieška pagal raidę