Wpływ obecności jonów węglanowych na powstawanie, strukturę i właściwości hydroksylmimetytu $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}OH$

Abstract

Hydroxylmimetite $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}OH$ is a mineral isostructural with hydroxylapatite $Ca_{5}(PO_{4})_{3}OH$. Carbonate $CO_{3}{^{2-}}$ substitutions, well known from hydroxylapatites, have never been studied in hydroksylmimetite. Carbonated hydroxylmimetite was synthesized from aqueous solutions in the presence of $NH_{4}HCO_{3}$. The solids were characterized using X-ray powder diffraction (XRD), wet chemical analysis, CHNS analysis, scanning electron microscopy (SEM/EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy and thermal analysis (TG/DTA) with EGA - evolved gas analysis. The results suggest that, similarly to hydroxylapatite, carbonate ion can be incorporated into hydroxylmimetite structure as type B substitution (substitution for arsenate tetrahedron as type A substitution (for hydroxyl group in apatite channel position). The presence of atmospheric $CO_{2}$ in contact with aqueous solution is sufficient to provide a source of substituting carbonate in hydroxylmimetite precipitating from the solution.

Hydroksylmimetyt $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}OH$ jest minerałem izostrukturalnym z hydroksylapatytem $Ca_{5}(PO_{4})_{3}OH$. Podstawienia jonów węglanowych $CO_{3}{^{2-}}$, których występowanie jest dobrze znane i zbadane dla hydroksylapatytów, nie były dotychczas nigdy badane w hydroksylmimetycie. W niniejszej pracy otrzymano syntetycznie i scharakteryzowano hydroksylmimetyt węglanowy o różnym stopniu podstawień $Pb_{5}(AsO_{4}, CO_{3})_{3}(OH,CO_{3})$. Syntetyczny hydroksylmimetyt węglanowy otrzymano przez wytrącenie z roztworów wodnych ołowiu (II) oraz arsenu (V) w obecności $NH_{4}HCO_{3}$. Identyfikacje produktów syntez przeprowadzono za pomocą rentgenograficznej dyfraktometrii proszkowej (XRD), analizy chemicznej „na mokro”, analizy składu elementarnego CHNS, skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM/EDS), spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni (FTIR), spektroskopii rozproszenia Ramana oraz analizy termicznej (DTA, TG, DTG, EGA). Wyniki sugerują, że jony węglanowe $CO_{3}{^{2-}}$ mogą podstawiać się w strukturze hydroksylmimetytu analogicznie do hydroksylapatytu: zlokalizowane są zarówno w kanale apatytu zastępując częściowo grupę OH, jak i w płaszczyźnie tetraedru $AsO_{4}$, tworząc typ podstawień A-B. Duże znaczenie środowiskowe ma stwierdzenie, że wystarczająca jest obecność dwutlenku węgla $CO_{2}$ w powietrzu aby węglan w postaci jonowej mógł zostać włączony w strukturę hydroksylmimetytu krystalizującego z roztworu wodnego.