Энергетический ландшафт валентных электронов апатитов природного происхождения

Abstract

Методами рентгеновской, ИК-спектроскопии, а также методом ЯМР высокого разрешения на ядрах ¹Н и ³¹Р в сочетании с квантово-механическими расчетами изучены особенности электронного строения природных апатитов. Исследования проводились на образцах нативной кости человека, минерального апатита (оксоапатита) и синтетического апатита. Установлено, что для нативной кости человека происходит увеличение ионной составляющей химической связи между кислородом и кальцием при переходе от синтетического апатита к образцу нативной кости. Показано, что в образцах апатитов природного происхождения 3d-оболочка кальция носит ярко выраженный атомный характер. В образце нативной кости человека степень ионности химической связи между фосфором и кислородом существенно больше, чем в синтезированном образце и в минеральном апатите природного происхождения, что свидетельствует об увеличении ионной составляющей химической связи в кристалле в целом.

Методами Рентґенової, ІЧ-спектроскопії, а також ЯМР високої роздільчої здатности на ядрах ¹Н і ³¹Р у сукупності з квантово-механічними розрахунками вивчено особливості електронної будови природніх апатитів. Дослідження виконувалися на зразках нативної кістки людини, мінерального апатиту (оксоапатиту) та синтетичного апатиту. Встановлено, що для нативної кістки людини відбувається збільшення йонної складової хемічного зв’язку між киснем і кальцієм при переході від синтетичного апатиту до зразка нативної кістки. Показано, що в зразках апатитів природнього походження 3d-оболонка кальцію має яскраво виражений атомовий характер. У зразку нативної кістки людини ступінь йонности хемічного зв’язку між фосфором і киснем істотно більша, аніж у синтезованому зразку і в мінеральному апатиті природнього походження, що свідчить про збільшення йонної складової хемічного зв’язку в кристалі в цілому.

X-ray photoelectron spectroscopy, IR spectroscopy, NMR high-resolution spectroscopy, and quantum-mechanical calculations are combined to study features of the electronic structure of natural apatites. Investigations are carried out on samples of human native bone, mineral apatite and synthetic apatite. As revealed, in human native bone, an ionic contribution to the chemical bond between calcium and oxygen ions exceeds that in synthetic apatite. As shown, in mineral apatites, calcium 3d-shell demonstrates pronounced atomic character. In human native bone, the degree of ionic contribution to the chemical bond between phosphorus and oxygen essentially exceeds the same in synthetic and mineral apatites. This fact indicates an increase of the ionic contribution to the chemical bond in a crystal as a whole.