인회석

3. 물리적, 화학적 성질

인회석은 모스 경도계에서 5에 해당하는 기준 광물이다.^[56] 현장에서는 베릴과 전기석보다 상대적으로 부드러운 점으로 구분할 수 있다. 자외선을 비추면 형광을 나타내는 경우가 많다.^[11]

화학식은 Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)₁이며,^[56] 육방정계의 결정 구조를 가진다.^[56] 비중은 3.1~3.2이고,^[56] 굴절률은 1.632~1.646이다.^[56] 결정은 육각주상, 육각판상으로 산출된다. 투명하거나 반투명하며, 유리 광택 또는 수지 광택을 띤다.^[56] 녹색이나 갈색이 많지만, 무색, 진한 청색, 자색, 흰색, 회색 등 다양한 색깔을 가진다. 불소 인회석은 원래 무색 또는 흰색이지만, 인과 칼슘의 일부가 다른 원소와 치환되면서 다채로운 색으로 변한다.^[56]

4. 인회석의 종류

인회석은 화학 조성에 따라 불소인회석, 염소인회석, 수산인회석 등으로 분류된다. 수산인회석(하이드록시아파타이트)은 치아 법랑질과 뼈의 주요 무기질 성분이다. 불소인회석은 수산인회석보다 산에 대한 저항성이 강하여 충치 예방에 효과적이다. 20세기 중반, 천연적으로 불소를 함유한 물을 공급받는 지역 사회가 충치 발생률이 낮다는 사실이 발견되었다.^[13] 불소화된 물은 치아의 아파타이트에서 수산기(-OH)를 불소 이온으로 치환할 수 있게 한다. 마찬가지로 치약에는 일반적으로 불소 음이온(예: 불화나트륨, 불화인산나트륨)의 공급원이 포함되어 있다. 불소가 과다하면 치아불소증 및/또는 골격불소증이 발생한다.^[14]

4. 1. 불소인회석 (Fluorapatite)

4. 2. 염소인회석 (Chlorapatite)

4. 3. 수산인회석 (Hydroxylapatite)

5. 용도

인회석의 주된 용도는 비료 생산 및 기타 산업용 인산염의 원료로 사용되는 것이다.^[26] 때때로 보석으로도 사용된다.

황산으로 인회석을 처리하여 인산을 만드는 과정에서 불화수소가 부산물로 생성되는데, 이는 불소인회석 함량에 따라 달라진다. 이 부산물은 불화수소산의 주요 산업적 공급원 중 하나이다.^[28] 인회석은 또한 미량 원소로 존재하는 우라늄과 바나듐의 원천이 되기도 한다.

불소-염소 인회석은 현재는 사용되지 않는 할로포스포르 형광등 형광체 시스템의 기반이었다. 몰 퍼센트 1% 미만의 망간과 안티몬과 같은 첨가제 원소가 칼슘과 인 대신 사용되어 형광을 나타내며, 불소와 염소의 비율을 조절하여 생성되는 흰색의 색조를 바꿀 수 있었다. 이 시스템은 삼원색 인광체 시스템으로 거의 완전히 대체되었다.^[29]

인회석은 다른 인산염과 함께 핵폐기물 저장을 위한 잠재적인 매체로도 제시되고 있다.^[30][31][32]

인회석은 보석으로 사용되는 경우가 드물다. 투명하고 깨끗한 색깔의 돌은 다면 커팅되었고, 빛을 반사하는 표본은 카보숑 커팅되었다.^[2] 빛을 반사하는 돌은 '캣츠아이 인회석'으로 알려져 있으며,^[2] 투명한 녹색 돌은 '아스파라거스 스톤'으로,^[2] 청색 돌은 '모록사이트'로 불린다.^[33] 인회석 결정 속에 루틸(금홍석) 결정이 자란 경우, 적절한 빛 아래서 커팅된 돌은 캣츠아이 효과를 보인다. 보석으로 사용되는 인회석의 주요 산지는^[2] 브라질, 미얀마, 멕시코이다. 다른 산지로는^[2] 캐나다, 체코, 독일, 인도, 마다가스카르, 모잠비크, 노르웨이, 남아프리카 공화국, 스페인, 스리랑카, 미국 등이 있다.

인회석에는 상당량의 희토류 원소가 포함되어 있는 경우가 있으며, 이러한 금속의 광석으로 사용될 수 있다.^[34] 이는 모나자이트^[35] 와 같은 기존의 희토류 광석보다 선호되는데, 인회석은 방사능이 매우 약하고 광미에서 환경 위험을 초래하지 않기 때문이다. 그러나 인회석에는 종종 우라늄과 마찬가지로 방사성이 있는 붕괴 사슬 핵종이 포함되어 있다.^[36][37]

투명하고 크고 아름다운 색깔을 가진 것은 보석이 되지만, 그러한 것은 거의 채취할 수 없기 때문에, 작은 것이 다양한 액세서리 용으로 가공되고 있다. 천연적으로 많이 산출되기 때문에 일반적으로 가격은 저렴하지만, 경도가 작기 때문에 보석으로서는 별로 적합하지 않다. 다만, 아름다운 광채를 가지고 있기 때문에, 광물 표본으로서는 인기가 높다.

인회석의 중요한 용도는 화학비료( 인산염)의 원료이다. 또한, 산업용 화학 제품의 원료로도 사용된다.

수산인회석은 치아와 뼈의 주성분이며,^[57] 치과 의료에서 치과 임플란트의 원료, 치약의 원료, 인공뼈의 원료로도 사용되고 있다.

6. 인회석과 생물학적 상호작용

외생균근균인 솔방울버섯과 잔나비버섯은 인회석에서 원소를 방출할 수 있다.^[49] 인회석으로부터 인산염을 방출하는 것은 균근균의 가장 중요한 활동 중 하나이며,^[50] 이는 식물의 인 흡수를 증가시킨다.^[50]

7. 인회석 그룹 및 초군

인회석은 화학적, 화학량론적 또는 구조적으로 유사한 광물, 생물학적 물질 및 합성 화학 물질 종류의 원형이다.^[51] 인회석과 가장 유사한 것들은 인회석으로도 알려져 있으며, 납 인회석(피로모르파이트), 바륨 인회석(알포사이트) 등이 있다. 인회석 초군에 속하는 화학적으로 더욱 다른 광물에는 벨로바이트류, 브리솔라이트류, 엘레스타다이트류 및 헤디파네류가 포함된다.

인회석 광물에서는 스트론튬, 바륨, 납이 칼슘을 대체할 수 있으며, 비산염 및 바나데이트가 인산염을 대체할 수 있다. 최종 균형 음이온은 불소(불소인회석), 염소(염소인회석), 수산화물(수산화인회석) 또는 산화물(산소인회석)일 수 있다. 합성 인회석에는 저망가네이트, 저크로메이트, 브롬화물(브롬인회석), 요오드화물(요오드인회석), 황화물(황인회석) 및 셀레늄화물(셀레늄인회석)이 추가된다. 달 암석 샘플에서 천연 황화물 치환의 증거가 발견되었다.^[52]

또한, 칼슘에 대한 1가 및 3가 양이온의 보상 치환, 인산염에 대한 2가 및 4가 음이온의 치환, 그리고 균형 음이온의 치환이 다양한 정도로 발생할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 인회석에서는 칼슘에 대한 나트륨의 치환과 인산염에 대한 탄산염의 치환이 상당히 일어난다. 벨로바이트에서는 나트륨과 세륨 또는 란타넘이 2가 금속 이온 쌍을 대체하고, 저마늄산염-피로모르파이트에서는 저마늄산염이 인산염과 염화물을 대체하며, 엘레스타다이트에서는 규산염과 황산염이 인산염 음이온 쌍을 대체한다. 마그네슘과 철과 같이 더 작은 2가 이온을 형성하는 금속은 비교적 큰 칼슘 이온을 광범위하게 대체할 수는 없지만 소량으로 존재할 수 있다.^[53]

8. 달 과학

아폴로 계획을 통해 우주비행사들이 채취한 달 암석에는 인회석이 포함되어 있다.^[45] 2010년 이 샘플들을 재분석한 결과, 인회석 내에 수산기 형태로 물이 함유되어 있다는 사실이 밝혀졌다.^[46] 이는 달 표면에 존재하는 물의 양을 이전 추정치보다 최소 100배 많은 10억 분의 64에서 최대 100만 분의 5 정도로 추정하게 했다.^[47] 만약 광물에 갇힌 물의 최소량을 액체로 변환하면, 달 표면을 약 1m 두께의 물로 덮을 수 있을 것이다.^[48]

9. 열역학

결정 상태의 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 클로로아파타이트(Chlorapatite) 및 브로모아파타이트(Bromapatite)의 표준 생성 엔탈피(Standard enthalpy of formation)는 반응 용액 열량측정법을 통해 결정되었다. 에너지 고려를 통해 칼슘 아파타이트 계열의 다섯 번째 구성원일 가능성이 있는 아이오도아파타이트(Iodoapatite)의 존재에 대한 추측이 제기되었다.^[39]

육방정계 칼슘 아파타이트 Ca₁₀(PO₄)₆(X)₂ (X= OH, F, Cl, Br)의 구조적 및 열역학적 특성은 모든 원자 Born-Huggins-Mayer 퍼텐셜^[40]을 이용한 분자 동역학 기법으로 조사되었다. 상온 및 대기압에서 모델의 정확도는 결정 구조 데이터와 비교하여 확인되었으며, 할로아파타이트의 경우 최대 4%, 하이드록시아파타이트의 경우 최대 8%의 편차를 보였다. 0.5~75 kbar 범위의 고압 시뮬레이션을 수행하여 이러한 화합물의 등온 압축률 계수를 추정하였다. 압축된 고체의 변형은 항상 탄성적으로 이방성이며, BrAp는 HOAp 및 ClAp가 보이는 거동과 현저히 다른 거동을 나타낸다. 고압 p-V 데이터는 Parsafar-Mason 상태 방정식^[41]에 1% 미만의 정확도로 적합되었다.^[42]

단사정계 고체 상 Ca₁₀(PO₄)₆(X)₂ (X= OH, Cl) 및 용융 하이드록시아파타이트 화합물도 분자 동역학으로 연구되었다.^[43][44]

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