Apatiit: fosfaatmineraal — hüdroksüapatiit hambaemaili ja luude põhikomponent

Apatiit: ülevaade fosfaatmineraalist ja hüdroksüapatiidist — hambaemaili ja luude põhikomponent, fluori mõju kestvusele ning bioloogilised ja keemilised asendused luustruktuuris.

Apatiit on fosfaatmineraalide rühm, mille kristallis on vastavalt suur OH-, F-, Cl- või ioonide kontsentratsioon.

Apatiit on iseloomulik bioloogilistele süsteemidele. See on üks vähestest mineraalidest, mida bioloogilised mikrokeskkonna süsteemid toodavad ja kasutavad. Selle kõvadus on Mohsi skaalal 5. Hüdroksüapatiit on hambaemaili ja luu mineraali põhikomponent.

Suur osa luumaterjalist on suhteliselt haruldasel kujul apatiit. Selles vormis puudub enamik OH-rühmi ning esineb palju karbonaat- ja happelisi fosfaat-asendusi.

Fluorapatiit (või fluorapatiit) on happekindlam kui hüdroksüapatiit. 20. sajandi keskel avastati, et kogukondades, mille veevarustus sisaldas looduslikult fluori, esines vähem hambakaariest. Fluoreeritud vesi võimaldab hammastes fluoriidioonide vahetamist apatiidi hüdroksüülrühmade vastu. Samamoodi sisaldavad hambapastad sageli fluoriidi anioone (nt naatriumfluoriid, naatriummonofluorofosfaat).

Keemiline koostis ja kristallstruktuur

Apatiidi üldine keemiline valem hüdroksüapatiidi puhul on sageli kirjutatud kujul Ca5(PO4)3(OH) või ühikute tasandil Ca10(PO4)6(OH)2. Apatiidid kristalluvad tavaliselt heksagonaalses või trigonomeetrilises süsteemis. Mineraali struktuuris võivad asenduda OH-, F- või Cl- ioonid ning fosfaadi rühmas esineb tihti asendusi (nt karbonaat- või vesinikfosfaadi rühmad), mis annab looduses esinevatele apatiitidele mittestoiheomeetrilise ja madala kristallsusega iseloomu — seda eriti bioloogilistes materjalides (bioapatiit).

Füüsikalised omadused ja välimus

• Värvus: apatiit võib olla värvitu, valge, kollakas, roheline, sinine, violetne või pruun; värvus sõltub trace-elementidest ja asendustest.
• Läige: klaasjas kuni rasvane.
• Lõhustumine/fraktuur: murdub sageli ebatasase või kooriva pinnaga.
• Tihedus: tavaliselt ligikaudu 3,1–3,2 g/cm³.
• Mohsi kõvadus: umbes 5 (nagu eespool mainitud).

Esinemine ja teke

Apatiit on laialt levinud nii setetes kui ka metamorfsetes ja magmatilistes kivimites. Bioloogilises kontekstis tekib apatiit rakkude poolt kontrollitud biomineralisatsioonina — see moodustab hambakrooni emaili ja luustruktuuri. Loodusliku apatiidi leiukohtadest kaevandatakse fosfaati ka põllumajanduse väetiste tootmiseks (fosforiit).

Bioloogiline ja meditsiiniline tähtsus

Bioloogiline apatiit (bioapatiit) on luu ja hammaste peamine mineraalne komponent. Bioloogilises apatiidis on tavaline suur hulk asendusi (nt karbonatsioon), mistõttu see on vähem kristalliseerunud ja suurema pinnaaktiivsusega kui puhas hüdroksüapatiit. Sellesse seotult mõjutavad pH ja lokaalsed ioonikontsentratsioonid apatiidi lahustumist ja remineralisatsiooni protsesse.

Fluorapatit on happekindlam kui hüdroksüapatiit ja selle stabiliseerumine hammastes vähendab kaariese tekkimist — seetõttu on fluoriidide kasutamine vee fluoreerimisel ja hambapastades olnud oluline ennetusmeetod. Samas tuleb arvestada, et liigne fluoriidikogus võib põhjustada hambafluoroosi ja harvemini skeletifluoroosi, seega tuleb järgida rahvatervise soovitusi fluoriidiannuse kohta.

Meditsiinis ja hambaravis kasutatakse sünteetilist hüdroksüapatiiti laialdaselt koekasvatuses, luuimplantaadi pindade katmisel, täidismaterjalides ja mõnes hambapasta koostises, kuna see on biokompatible ning toetab luu ja emaili regenereerumist ja remineralisatsiooni.

Kasutusvaldkonnad

• Põllumajandus: fosforiidid (apatiidi rühma kivimid) on peamiseks maapealse fosfori allikaks väetiste tootmises.
• Tööstus: apatiite kasutatakse fosfori ja muude fosfaatide tootmiseks ning mõnikord ka metallurgias ja katalüsaatorites.
• Meditsiin: sünteetiline hüdroksüapatiit luuimplantaadi katmisel, ortopeedilistes täitematerjalides ja hambaravis.
• Ehted: läbipaistvat ja värvilist apatiiti kasutatakse mõnikord juveelitööstuses, kuigi selle suhteline pehmus (Mohs 5) piirab kulumisekindlust.
• Keskkonnatehnika: hüdroksüapatiiti uuritakse raskmetallide immobiliseerimiseks ja radioaktiivsete ioonide sidumiseks.

Mõningad keemilised ja terviseriskid

Apatiidi lahustuvus sõltub pH-st: happelises keskkonnas suureneb apatiidi lahustumine, mis seletab hammaste demineralisatsiooni happerünnaku korral (nt suhkrute ja hapendavate toitude mõjul). Fluorapatidi moodustumine ja fluoriidide paikne kasutamine aitab seda protsessi vähendada.

Fosfaadikaevandamine ja töötlemine võivad keskkonna ja inimeste tervise seisukohast tekitada riske (tolm, vee- ja pinnase saastumine), seetõttu on vajalikud vastavad töö- ja keskkonnakaitse meetmed.

Kokkuvõttes on apatiidid mitmekülgne ja laialt levinud mineraalide grupp, millel on nii looduslikul kui ka tehnilisel alal suur tähtsus — alates hammaste ja luude ehitusest kuni väetiste ja meditsiiniliste materjalideni.

Küsimused ja vastused

K: Mis on apatiit?

K: Milline on apatiidi omadus seoses bioloogiliste süsteemidega?

K: Milline on apatiidi kõvadus Mohsi skaalal?

K: Mis on hüdroksüapatiit?

K: Mis on apatiidi haruldane vorm, mida leidub enamikus luumaterjalides?

K: Mis on fluorapatiit?

K: Milline on seos fluoriidi ja hambakaariese vahel?

Otsing