STUDIO CRISTALLOCHIMICO E STRUTTURALE DI MINERALI APPARTENENTI AL GRUPPO DELL'APATITE: CONFRONTO TRA CAMPIONI NATURALI E SINTETICI

Abstract

Il fosforo è il decimo elemento in termini di abbondanza sulla Terra. Esso è il costituente fondamentale dei fosfati: tra questi, i minerali appartenenti al gruppo dell’apatite e in particolare le fasi idrossiapatite, clorapatite e fluorapatite, risultano essere le più comuni in natura. In questo lavoro di tesi sono stati trattati gli aspetti strutturali e cristallochimici di idrossiapatiti naturali e sintetizzate: essendo stata riscontrata la presenza ricorrente di piccole quantità di CO32- e Zn2+ nelle idrossiapatiti naturali analizzate, si è cercato di riprodurre in laboratorio delle fasi sintetiche drogate con gli stessi componenti, per cercare di evidenziare una correlazione tra queste sostituzioni e la struttura. I campioni naturali analizzati in questo studio provengono dalla grotta Pollera situata nell’entroterra del comune di Finale Ligure (SV). All’interno di questa grotta sono state campionate alcune porzioni di croste fosfatiche la cui genesi è legata alla presenza di un deposito di guano fossile di pipistrello. Diverse sintesi, invece, sono state usate per produrre campioni sintetici di idrossiapatiti, idrossiapatiti contenenti carbonato e idrossiapatiti drogate con concentrazioni via via crescenti di Zn. Le sintesi dei campioni, sia dell’idrossiapatite pura sia di quelle drogate con CO32- o con Zn2+, sono state condotte attraverso una reazione di precipitazione in fase acquosa. La caratterizzazione dei campioni è avvenuta attraverso l’utilizzo di diverse tecniche analitiche: diffrattometria a raggi X su polveri (P-XRD), microscopia elettronica a scansione e microanalisi (SEM-EDS), spettroscopia infrarosso in trasformata di Fourier (FTIR/ATR). Dal confronto tra i dati raccolti per i campioni naturali e sintetici è stato possibile evidenziare alcune differenze di comportamento sui seguenti aspetti: cristallinità, stabilità della fase, morfologia e presenza di carbonato.

Phosphorus is the tenth element in terms of abundance on Earth. It is the fundamental constituent of phosphates: among these, minerals belonging to the apatite group and in particular the hydroxylapatite, chlorapatite and fluorapatite phases, are the most common in nature. In this thesis work the structural and crystallochemical aspects of natural and synthesized hydroxylapatites were treated: since the recurrent presence of small amounts of CO32- and Zn2+ was found in the natural hydroxylapatites analyzed, we tried to reproduce in the laboratory synthetic phases doped with the same components, in order to try to highlight a correlation between these substitutions and the structure. The natural samples analyzed in this study come from the Pollera cave located in the hinterland of Finale Ligure (SV). Inside this cave were sampled some portions of phosphate crusts, whose genesis is linked to the presence of a deposit of fossil guano of bat. Several syntheses, however, have been used to produce synthetic samples of hydroxylapatites, carbonate-containing hydroxylapatites and doped hydroxylapatites with gradually increasing concentrations of Zn. Sample syntheses, both of pure hydroxylapatite and those doped with CO32- or Zn2+, were conducted through an aqueous phase precipitation reaction. The characterization of the samples took place through the use of different analytical techniques: X-ray powder diffraction (P-XRD), scanning electron microscopy and microanalysis (SEM-EDS), infrared spectroscopy in Fourier transform (FTIR/ATR). From the comparison between the data collected for natural and synthetic samples it was possible to highlight some differences in behavior on the following aspects: crystallinity, phase stability, morphology and presence of carbonate.